0　引言

太阳系中存在着海量的小行星。其中近日点距离（q）<1.3 AU（Astronomical Unit，天文单位，1 AU≈1.496×10⁸ km），距地球最小距离（Minimum Orbit Intersection Distance，MOID）≤0.3 AU的小行星被定义为近地小行星（Near-Earth Asteroid，NEA）。NEA中，MOID≤0.05 AU（7.50×10⁶ km，20倍地月距离），直径≥140 m的近地小行星又被称作潜在危险小行星（Potentially Hazardous Asteroid ，PHA）^［1］。NEA可能与地球轨道交会，存在撞击地球的风险。根据美国国家航空航天局（NASA）近地物体研究中心的数据，截至2024年7月14日，已发现NEA35 269颗，其中直径大于140 m的10 933颗，直径大于1 km的864颗，PHA2 428颗^［2］。目前尚有大量的NEA尚未被人类发现，小行星尺寸越小，未被发现的小行星数量越多。

NEA撞击地球是小概率但高风险事件，地球历史上曾多次发生过小行星撞击引起的重大灾难事件。小行星撞击地球过程可产生强烈的光热辐射、冲击波和撞击地表效应^［3］。由于小行星撞击的复杂特性，评估撞击危害程度通常采用等效直径来分类^［4］。典型撞击事件主要包括K-T撞击事件^［5-6］、通古斯大爆炸^［7-9］和车里雅宾斯克空爆^［10］等。其中K-T撞击事件的小行星直径约为10 km，导致了大量的地球生物灭绝，并直接导致了恐龙时代的终结；通古斯大爆炸的小行星直径约为30~50 m，导致数千平方千米森林被毁；车里雅宾斯克空爆的小行星直径约为20 m，导致了千余人受伤和大量经济损失。大尺寸（百米级及以上）NEA撞击概率极低，但危害巨大，撞击可能对全球或地区文明发展产生重大影响；小尺寸（亚百米级，特别是10~50 m）NEA撞击地球概率较大，撞击可能造成重大人员伤亡与财产损失，目前尚有超过90%的此类小行星未发现编目，百年内可能对人类安全造成重大潜在威胁。

随着观测预警能力的提升，近年来人们观测到了大量的NEA造访地球事件。其中，仅2023年6月15日至2024年6月15日的一年间就观测到NEA飞掠地球事件1 569次^［11］，其中29颗进入大气层后发生空爆或撞击地表（火流星）^［12］，而绝大多数小行星进入大气层事件都没能及时监测、预警。大量的NEA飞掠与进入地球事件提醒人类始终面临着小行星撞击威胁。

应对NEA撞击风险，首先要发现威胁小行星，并对其进行特性识别与跟踪；根据特性识别与跟踪结果，评估威胁小行星的撞击概率，预报可能的撞击落点，评估撞击灾害和可行的救援方案；对于可提前防御的高撞击风险目标，需要实施偏转或摧毁防御任务以消除撞击威胁。NEA撞击风险应对问题涉及监测预警、灾害评估、在轨处置等多个方面，涵盖多学科，需要多部门与机构协同，在面对重大撞击风险时还需开展国际合作共同应对，是复杂的系统性问题。本文概述了国际小行星撞击风险应对现状，重点评述了2020年我国启动实施NEA撞击风险应对工作以来的成绩，包括机构与政策、监测预警、灾害评估和在轨处置等，详细介绍了我国在动能撞击偏转防御技术方面的研究进展。

1　国际应对现状与趋势

国际社会高度重视NEA撞击风险应对，在联合国框架下和非政府层面成立了多个组织机构，联合开展国际监测预警、灾害评估和在轨处置。1995年，联合国召开了首次近地天体国际会议。2014年，在联合国和平利用外层空间委员会框架下正式成立了“国际小行星预警网（International Asteroid Warning Network，IAWN）”^［13］和“空间任务咨询小组（Space Mission Planning Advisory Group，SMPAG）”^［14］，其成为小行星防御领域2个主要的国际组织。此外，联合国为纪念俄罗斯通古斯大爆炸事件，使民众进一步了解其对地球的潜在危害，将每年6月30日定为“国际小行星日”；同时，美国、俄罗斯和欧洲国家等主要航天国家和组织成立专门机构，统筹协调组织本国NEA撞击风险应对工作^［15］。

美国的NEA撞击风险应对处于领先地位。在组织机构方面，美国建立了跨部门、军警地一体化应急救援体系，制定了较为完善的应急协调机制和标准化应急法规体系，近年来发布了多项国家行动计划和政策^［16-17］。监测预警方面，美国建立了全球最强的监测预警体系，实施开展了多项天/地基NEA监测任务与计划^［18-24］，强大的监测预警能力使得美国对NEA的国际编目贡献率超过98%，且已形成权威的数据库并公开发布。灾害评估方面，美国建立了多套模拟小行星进入与撞击效应的超高速空气动力学和超高速碰撞动力学试验装置（主要是二级轻气炮、风洞），系统研究了小行星进入大气层超高速气动力/气动热、烧蚀、爆炸解体、撞击陆地成坑/撞击海洋引起的海啸等问题，研发了可对小行星撞击地球的过程和危害进行定量评估的分析评估系统（Probabilistic Asteroid Impact Risk，PAIR）^［25］，其中PAIR已成为美国政府、军方、学术界开展小行星撞击联合应急桌面演习的主要工具。在轨处置方面，美国开展了大量的小行星防御技术研究^［26-34］，并分别于2005年和2022年实施了撞击彗星（深度撞击，Deep Impact任务^［35］）和撞击小行星（双小行星重定向测试，Double Asteroid Redirection Test，DART任务^［36］）的在轨验证工程任务。其中，DART任务是人类首次小行星防御技术在轨演示验证，航天器于2022年9月27日成功对Didymos双小行星系统的子星Dimorphos实施了撞击，撞击造成子星Dimorphos绕主星Didymos的轨道周期改变约32 min，远超设计之初预期的73 s，充分证明了动能撞击技术防御NEA撞击风险的可行性，该试验具有重大的科学与工程意义。

俄罗斯在车里雅宾斯克撞击事件后高度重视该领域的工作，成立了专门的小行星防御研究组织，建立了可快速调度所有应急资源和力量的牵头抓总、高度融合的国家危机管理中心，构建了常态化演练机制。此外，由俄罗斯科学院主导的国际科学光学网（International Scientific Optical Network，ISON）在全球17个国家的27个台站开展了NEA监测工作，以提前预警小行星威胁。

以欧洲航天局（欧空局）为主体的欧洲国家也在该领域处于重要位置。欧空局成立了行星防御办公室与应急响应协调中心，实现信息互通共享，统一调度、协调各成员国应急资源和救援队伍。监测预警方面，欧洲国家对小行星国际编目贡献率达到0.88%，正在建设的“复眼”系统，目标是至2030年能够“至少3周前发现40 m以上NEA的撞击威胁”。在轨处置方面，欧空局发起和参与了多项小行星防御概念任务研究^［37-39］，其中正在实施的“赫拉”（HERA）任务将对DART任务撞击效果进行抵近精确评估。此外，欧洲国家还通过了新的彗星拦截任务（Comet Interceptor）^［40］，主要目标是通过动能撞击的方式拦截来自柯伊伯带或奥尔特云，第一次进入太阳系或在太阳系内停留时间较短的彗星。灾害评估方面，欧洲国家对小行星超高速进入大气中爆炸解体、热辐射，以及撞击成坑问题开展了研究，发展了相应的冲击动力学手段，建立了小行星进入与撞击效应模型，研制了小行星撞击灾害评估软件（iSALE-2D），该软件可开放使用^［15］。

近年来，国际上对NEA撞击风险应对，特别是监测预警与在轨处置方面的发展目标与趋势主要包括：1） 监测预警方面，以发展具有广域、深场、高重访能力的地基监测网为主，以优化发展天基监测能力为辅，逐步构建天地一体化的NEA撞击风险观测预警系统，天/地基监测预警网络互为补充、取长补短。其中，美国航空航天局（NASA）计划在2030年前对140 m以上的小天体探测确认率达到90%以上。2） 在轨处置方面，进一步在轨验证动能撞击偏转技术的有效性，完善处置-评估一体化技术，新型防御技术从概念研究向关键技术攻关迈进；全面分析并评价单一处置技术对各类目标的适用性、效能及成本，开展多手段协同的高效处置方案设计；综合在轨与地面演示验证，加速小行星防御能力的实用化进程。

2　中国的NEA风险应对

史载1490年，我国甘肃庆阳地区发生陨石雨事件，导致“亡人数万”^［41］。近年来，我国多次发生NEA进入大气层的火流星事件，2011年至今上报的火流星次数超过60次以上，引起我国政府和民众对NEA撞击威胁事件的广泛关注。“十二五”和“十三五”期间，国家航天局在空间碎片专项支持下开展NEA防御关键和共性技术攻关及任务方案设计等，整体技术实力快速提升。2018年，国家航天局代表中国政府加入联合国框架下的IAWN和SMPAG。2022年1月，《2021中国的航天》白皮书提出论证建设近地小天体防御体系^［42］。2022年3月，中国按照规划开始论证首次NEA防御演示验证任务。特别是在“十四五”空间碎片和NEA防御专项支持下，我国NEA撞击风险应对的业务架构、机制流程和体系能力正在快速建立、完善，各项工作取得了显著进展。

3.2 2.1　监测预警

NEA监测预警主要包括发现、特性识别、跟踪，撞击概率评估、落点预报等，是NEA防御的先决基础。监测预警一般可划分为3个应对场景：1） 日常编目场景。通过专用天基、地基设备日常执行巡天搜索，以发现新的NEA，并利用精测望远镜进行跟踪，获取足量数据开展定轨编目。2） 威胁预警场景。针对日常编目中20年内撞击概率大于1%的NEA，通过地基、天基等专、兼用设备开展精密跟踪，获取精准轨道，细化评估撞击风险和危害。3） 短临预报场景。针对进入地球7.50×10⁶ km之内，撞击概率大于10%的NEA，开展加密跟踪和特性测量，获取理化特性，并预报撞击区域（落点）等信息。

在NEA监测预警方面，采用已有和在建的专、兼用天文观测台站，我国已经具备了一定的监测预警能力。中国科学院紫金山天文台的1 m口径施密特型望远镜是目前我国唯一近地天体专用监测设备（已经加入国际联测网，台站编号D29），望远镜口径为1.04 m，视场为3°×3°，分辨率为1.03角秒/像素，极限星等为20.5星等，天区覆盖能力为3 000平方度/夜。该近地天体望远镜可对NEA开展自主监测、识别、证认和编目，每年可监测300个近地天体。迄今已发现5 000多颗新小行星；发现42颗新NEA，其中7颗是对地球构成潜在威胁的NEA；发现4颗新的彗星。

此外，我国在用和在建的天文观测设施，如冷湖2.5 m大视场望远镜、姚安的2×20台70 cm大视场望远镜、阿里70 cm精测望远镜以及在兴隆、德令哈、长春等地的望远镜设施，在重庆的“中国复眼”、在稻城的“千眼天珠”新体制观测设施等，也具有一定的兼用NEA监测能力。

2022年9月27日，美国牵头实施了DART任务，中国科学院紫金山天文台利用地基光学望远镜对DART任务的撞击过程开展了自主监测和独立评估。紫金山天文台观测到了撞击时刻图像，确认DART任务航天器对Dimorphos小行星成功实施了撞击，并通过分析得出撞击导致目标观测亮度增加了7.6倍，撞击产生的尘埃溅射速度约为2.5 km/s，撞击导致Dimorphos小行星绕主星Didymos的公转轨道周期改变了约（31.4±1） min，据此推断动能撞击目标小行星的动量传递因子为3.9±0.2，相关监测与评估结果与NASA公布的结果一致，初步验证了自主监测评估能力和水平。此次对美国DRAT任务的撞击效果监测与评估为支撑我国即将实施的首次小行星撞击演示验证任务奠定了基础。

除地基监测外，天基监测系统具有独特优势，可有效弥补地基监测易受气候条件影响，且存在监测盲区的不足，可与地基监测形成优势互补。天基监测方面，中国空间技术研究院提出了多个NEA天基观测与普查定位任务概念与计划，如基于日地L1点NEA天基观测系统方案^［43］、近地小天体普查与定位系统任务^［1］等。其中近地小天体普查与定位系统任务计划在类金星轨道上部署数颗小卫星，由1颗搭载窄视场光学-红外望远镜的机动主星，以及多颗搭载宽视场光学波段望远镜的微小卫星构成，任务周期为3~5年，能够对200平方度以上视场天区的小行星实现精确定轨以及跟踪详查。任务相关如图1所示。

总体而言，我国的NEA监测预警能力具备观测、动力学、物理特性等全链条研究能力，能够全面支撑NEA撞击应对的体系能力建设。通过联测演练，我国形成了深空任务的保障和效能评估能力，可为我国深空探测目标提供观测和历表支持，并能够开展我国首次NEA撞击演示验证任务的监测和效能分析。基于日地L1点和地球领航轨道的“近地天体普查与地球孪生星子搜寻”任务概念正在进一步深化研究，可望在近期形成我国自主、有国际特色的天地一体化监测预警能力。

3.3 2.2　灾害评估

NEA撞击灾害评估涉及空爆效应、撞击成坑、地震与海啸效应、抛射物效应、对地面财产和人员损伤、灾害长期演化效应等方面。灾害评估决定撞击灾害等级划分，是实施在轨处置任务和灾害救援的决策依据。

中国空气动力研究与发展中心超高速所发展了小行星极高速进入大气的烧蚀实验研究^［44-45］，开发了小行星进入与撞击效应分析评估软件（Asteroid Impact Consequence Analysis，AICA）^［46］，AICA具备进入弹道、解体及空中爆炸情况、进入过程能量沉积、冲击波产生的地面超压损伤范围、火球产生的热辐射损伤范围、撞击地表的撞击坑特征等方面的分析计算功能，可开展撞击诱发的地震灾害、地震次生地质灾害、海啸灾害以及空爆诱发的野火灾害等分析。北京理工大学等研究了小行星撞击陨石坑的形成过程、撞击引起的地震和海啸等级模拟等^［47］。中国科学院国家空间科学中心开展了小天体进入地球大气层的空爆效应等研究^［48］，应急管理部国家自然灾害防治研究院开展了NEA撞击地球的灾害链效应等研究^［49］。

在空间碎片与NEA防御专项支持下，我国NEA撞击灾害评估相关研究工作正在从起步阶段向成熟阶段发展。目前，我国具备了一定的实验与数值模拟评估能力，但相关实验能力尚不能满足NEA进入大气与撞击地表全过程精细模拟要求，尚未建立基于自主实验数据的理论计算模型，对小行星撞击灾害效应及其连锁反应模型，特别是包含撞击造成的财产、生命损失的灾害评估模型和模拟技术还不成熟，尚不能有效支撑撞击全过程灾害评估，与美国、欧洲国家等相比尚有较大差距。

3.4 2.3　在轨处置

在轨处置方式主要有两大类：一是小行星轨道偏转防御技术，通过对小行星施加作用力，使其运行轨道发生偏转而无法撞击地球；二是小行星摧毁防御技术，在距离地球尽量远处通过爆炸或撞击等方式使其分裂解体形成小碎块，从而消除或减轻对地球的撞击灾害。在处置过程中，按照航天器与小行星作用的方式，可分为瞬时作用（如核爆或动能撞击）和持续作用（引力牵引、离子束偏移、激光烧蚀、推力拖船、光热效应、质量驱动等）处置技术。按照航天器与小行星的接触方式，可以分为接触式和非接触式处置技术。我国系统分析了各种处置技术的适应场景、特点与风险点，对不同在轨处置技术按照其特点进行了分类^［1，50］。围绕在轨处置体系顶层研究，提出了包括撞击危害效应评估体系、偏转摧毁与利用体系、任务设计与工程实施体系、应对机制和流程共4个部分的全流程在轨处置体系，如图2所示。

我国初步建立了集合危害评估、任务顶层方案设计、处置效果评估、处置效能评估、任务实施机制为一体的小行星防御全过程撞击威胁态势感知与防御仿真平台。平台具备小行星运行态势、监测预警、撞击灾害模拟、在轨处置和效果评估等功能，主要包括：1） 可展示NEA群体和个体特性，包括轨道、材质、引力场、未来与地球交会关系等参数，可通过互联网自动连接国际小行星中心，并更新数据；2） 可评估动能撞击作用下的成坑效应、破碎效应、溅射物质效应和动量传递因子；3） 可评估动能撞击、核爆、激光烧蚀等多种处置手段对同一场景的处置效能，并可比较各种处置手段对不同场景的处置优劣；4） 集成了小行星大气进入模型和撞击效应模型，可预测空爆高度、撞击落点和撞击引起的危害等，可为工程任务设计提供支撑。

在具体处置技术方面，我国对核爆^［51-52］、动能撞击^［53-59］、激光烧蚀等防御技术^［60-66］开展了机理、规律、建模方法和关键技术攻关研究。国内研究团队还提出了“以石击石”^［67］“末级击石”^［68］等动能撞击增强的新概念在轨处置技术，进一步增强动能撞击防御技术的处置效果。同时，我国也发展了动能撞击、激光烧蚀等防御技术的地面实验模拟能力，并正在发展微重力环境下的相关能力。下文将详细介绍动能撞击技术研究进展。

整体上，我国NEA在轨处置相关研究仍处于概念研究和技术探索阶段，技术成熟度较低，尚未开展在轨演示验证，与国际先进水平有不小差距。特别是微重力环境下的处置技术地面试验验证能力、处置全过程仿真模拟和处置效果评估等方面亟须加强。

3　我国动能撞击偏转小行星研究进展

动能撞击防御技术可有效应对预警时间较短的小尺寸小行星和预警时间较长的较大尺寸小行星，是目前最具工程可行性的小行星防御技术。动能撞击防御技术的实质是使用撞击器以一定的速度和角度撞击小行星，使其产生一定的速度增量，偏离原先的运行轨道，或使得小行星主结构破碎，从而达到化解或降低撞击危害的目的。其中，动量传递系数（也称动量增强因子，通常以β表示）是表征动能撞击防御小行星的撞击效果的核心参数，根据动量守恒定律，动量传递系数、撞击器动量、小行星动量改变量间的关系为

式中：P_撞击器为撞击器动量；P_反溅物为撞击小行星产生的溅射物动量；ΔP_小行星为小行星因撞击产生的动量改变量。

由此可知，β值越大，撞击器撞击小行星产生的防御效果越好。动能撞击小行星的原理如图3所示。

多种因素影响动量传递系数，从而影响动能撞击效果。相同撞击条件下，不同的小行星特性（组分、宏微观结构、几何构型、表面形貌特征等）可能对撞击效果产生决定性的影响。同样，对于同一小行星，不同撞击器材质、形状、撞击速度、撞击角度等也对β值有一定的影响。在撞击器和目标小行星确定的情况下，以某种方式撞击目标（迎头、追尾、拦腰等）、在某时机撞击目标（轨道位置）、在某部位撞击目标（考虑目标几何不规则、自旋等特性）等都会对撞击偏转效果产生影响。在考虑多因素影响的情况下取得最好的动能撞击效果，是开展动能撞击技术研究的关键问题。

近年来，北京卫星环境工程研究所、北京理工大学等针对动能撞击防御技术，从实验、数值仿真和理论建模3个方面开展了动能撞击效果的影响规律研究，初步构建了动能撞击偏转小行星的动量传递模型。

4.10 3.1　实验研究进展

动能撞击小行星地面实验系统是开展动能撞击防御技术研究不可或缺的重要基础，北京卫星环境工程研究所、北京理工大学和中国空气动力研究与发展中心超高速所等建设有动能撞击动量传递特性实验测量系统。北京卫星环境工程研究所的动能撞击防御小行星动量传递特性测量实验系统，如图4所示。该系统由二级轻气炮和水平弹道摆实验系统构成，现阶段可模拟质量为克级、速度范围为2~8 km/s的多种形状弹丸（撞击器）对小行星模拟靶的超高速撞击过程，获取撞击器超高速撞击小行星模拟靶的超高速撞击效应，得到撞击器超高速撞击小行星模拟靶的动量传递特性，同时实验系统还可以实现-150~150 ℃范围内的空间环境模拟，使得对撞击过程的模拟更加贴近真实空间环境。

以天然玄武岩作为模拟材料，制备了小行星模拟靶，小行星模拟靶的物理和力学特性见表1。作者团队开展了超高速撞击实验，获得了撞击速度对成坑形貌、抛射物质量和动量传递系数的影响规律。

6 mm球形铝合金弹丸分别以3.5 km/s和3.9 km/s的速度撞击玄武岩靶的成坑结果，如图5（a）、图5（b）所示。由图5可知，撞击坑由碗状中心坑和抛掷漏斗区组成。实验获取的不同速度下撞击小行星模拟靶的坑深p、坑径D与撞击速度的关系如图6所示。实验获取的抛射物质量m_eject与撞击速度的关系如图7（a）所示，动量传递系数β与撞击速度的关系如图7（b）所示。得到结论为：不同的撞击速度下的成坑结果基本一致，撞击坑由碗状中心坑和抛掷漏斗区组成；坑深、坑径随撞击速度增大而增大；撞击小行星模拟靶的抛射物质量和动量传递系数随撞击速度增大而增大。

4.11 3.2　数值仿真研究进展

受限于实验参数、观测条件与实验次数，通过超高速撞击实验较难获得撞击全过程现象、数据和规律。为全面深入了解动能撞击全过程与规律，开展数值仿真研究必不可少。

本研究发展了基于AUTODYN数值仿真软件的光滑粒子流体动力学（Smoothed Particle Hydrodynamics，SPH）算法和光滑粒子流体动力学-有限单元法（Smoothed Particle Hydrodynamics-Finite Element，SPH-FE）耦合计算模型，最优运输无网格方法/热力强耦合最优运输无网格方法（Optimal Transportation Meshfree/Hot Optimal Transportation Meshfree OTM/HOTM）极限力学仿真方法^［69］。

验证数值模型的有效性，选取典型实验工况，开展与实验工况相同的数值模型计算。综合考虑计算精度和效率，以耦合方法建立简化计算模型，如图8所示。

实验与仿真结果对比情况见表2。编号1实验工况的仿真计算结果如图9所示。以编号1实验为例，实验选用直径为6 mm铝合金球形弹丸以3.90 km/s超高速撞击直径为123.3 mm的玄武岩圆柱实验靶，实验成坑直径为52 mm、深度为12 mm，模拟计算成坑直径为48 mm、深度为11.2 mm，层裂主导成坑结果。实验和模拟动量增强系数分别为2.39和2.29。2种实验工况下模拟结果的成坑直径、深度和动量传递系数和实验值的偏差均在15%以内。这表明所选算法和模型参数具有一定的合理性。

为了研究撞击器形状对动量传递系数的影响规律，构建了球形、圆盘和圆柱形撞击器模型，相关形状参数见表3。

计算得到了不同撞击速度条件下撞击器形状对动量传递系数的影响，如图10所示。计算结果表明，在弹丸质量和速度相同条件下，球形弹丸撞击的动量传递系数大于圆柱，圆盘弹丸撞击动量传递系数最低。

针对撞击器密度可能对撞击效果产生的影响，计算了当撞击器材质为铝合金（密度为2.785 g/cm³）、铜（密度为8.93 g/cm³）、钨合金（密度为17.68 g/cm³）时，对动量传递系数的影响规律，如图11所示。计算结果表明，5~10 km/s等质量球形弹丸撞击玄武岩，相同撞击速度下动量传递系数随弹丸密度减小而增大，铝球撞击产生的动量传递系数最大。

撞击器形状和材质影响撞击小行星的动量传递特性，小行星本身的强度和孔隙度同样会对动能撞击过程的动量传递特性产生较大影响。针对不同的小行星强度和孔隙度，分别计算了动量传递系数随小行星强度和孔隙率改变的变化规律，如图12所示。结果表明，对于密实靶，动量传递系数在相同撞击速度下随靶板强度减小而增大，在同强度下随撞击速度增大而增大；靶板孔隙率显著降低动量传递系数，多孔靶动量传递系数随速度的变化不明显。

4.12 3.3　动量传递建模研究进展

动量传递模型（通常以动量传递因子β表征）是衡量动能撞击小行星撞击效果的重要参数。基于实验与数值仿真计算结果，结合量纲分析和点源相似理论，得到了实验室条件下的动量传递模型。考虑强度和重力影响机制，分别引入强度修正系数和逃逸速度修正系数，将动量传递模型外推至真实尺寸小行星，得到了动能撞击小行星动量传递系数相似律模型。

动量传递模型的基本假设：1） 小行星是球形、无自转的；2） 冲击器垂直正碰撞小行星表面；3） 抛射物均以45°抛射角逃离小行星表面；4） 成坑半径小于小行星的半径。

实验室条件下的动量传递系数可表示为

β0=1+n2n+1Memv*U

针对密实结构小行星考虑强度影响机制，引入强度修正系数将动量传递模型外推至真实尺寸小行星，强度修正系数可表示为

β密实结构=Fstrβ0-1+1

针对碎石堆结构小行星考虑重力影响机制，引入逃逸速度修正系数将动量传递模型外推至真实小行星，逃逸速度修正系数可表示为

β碎石堆结构=Fescβ0-1+1

式（4）~式（6）中：β₀为实验室条件下的动量传递系数；n为点源相似指数；v^*为抛射物最小速度；M_e为速度大于v^*的抛射物累计质量；m为撞击器质量；U为撞击器撞击速度；β_密实结构为外推至密实结构小行星真实尺寸的动量传递系数；β_{碎石堆结构}为外推至碎石堆结构小行星真实尺寸的动量传递系数；F_str为强度修正系数；F_esc为逃逸速度修正系数。

Fstr=LL03μ-12τ

式中：L₀为实验室尺度；L为真实尺度；μ为相似指数；τ通常取值为2~3。

Fesc=2n-1v¯*n-1∫∞v¯minGv¯v¯-1+ndv¯

Gv¯=2v¯3v¯2-1-v¯2-13/21-2v¯2+2v¯4

式中：v¯=v/vesc为无量纲速度，v¯min=maxv¯*,1。

在动量传递模型的基础上，结合能量、动量和质量守恒定律，如图13所示，假设撞击前小行星运动方向为x轴正方向，将小行星撞击区域按x轴和y轴分为4个象限，分析动能撞击位置对小行星速度改变量的影响规律，如图14所示。

由图14可知，撞击位置发生在Ⅰ和Ⅳ象限，小行星运动方向速度增大。撞击位置在Ⅱ和Ⅲ象限，小行星运动方向速度减小。追尾对心正碰撞撞击，小行星的速度增量最大，迎面对心正碰撞，小行星的速度减小量最大。因此，撞击器沿小行星飞行方向实施撞击将获得最大化撞击偏转效果。

动能撞击偏转小行星实验、仿真和理论建模研究结果，有力支撑了我国首次动能撞击在轨处置演示验证任务方案论证。

4　我国首次NEA防御任务展望

2022年3月，按照有关规划我国开始论证基于动能撞击防御技术的首次NEA防御演示验证方案，拟在2027—2029年实施一次“撞-评结合”的在轨演示验证任务，发展具有应对50 m级小行星撞击威胁的动能撞击在轨处置能力。

我国首次NEA防御任务设置了明确的科学目标与工程目标，目标小行星的选择基于安全性、可达性、可测性、时效性、科学性等原则，以30 m级的小行星2015 XF261为目标，综合考虑国内外相关技术发展和工程实施情况，选择以“伴飞+撞击+伴飞”的方式通过一次任务实现动能撞击和在轨效果评估^［58］。这种方式在撞击前后都可对小行星轨道、地形地貌进行精确测定与对比分析，评估精度高，任务周期适中，任务实施主要阶段如图15所示。

我国首次NEA防御任务虽然已经形成任务方案，但能否实现预定的目标，还存在诸多关键技术和难点问题需要加强攻关、深入研究，以确保任务圆满完成，主要包括：不确知目标特性下超高速高精度导航制导与控制问题，超高速动能撞击小行星的效能仿真与地面试验验证问题，天基协同实现小行星撞击效果的高精度观测与评估问题，目标小行星的轨道特征和动力学演化规律问题，目标小行星的物理化学特性（形状、大小、成分、结构）问题，以及NEA动能撞击过程的动量传递规律（包括溅射物分布演化规律）问题等。

与美国DART任务在撞击后发射HERA航天器开展评估不同，我国首次NEA防御任务将是国际首次在撞击前—撞击—撞击后全程对小行星目标进行探测，尤其是将对撞击过程进行直播，不仅获得珍贵的科学数据，而且将会创造巨大的社会关注度和影响力。对目标小行星探测内容可涵盖大小、形状、旋转周期、磁极方向、质量、矿物成分、水合状态、内部结构和其他性质。此外，首次任务可继承天问二号的部分科学载荷，最大限度地降低成本和安全性风险。

5　结束语

小行星撞击地球是威胁人类生存的重大灾难，开展NEA防御，保护地球家园，是世界各国的共同责任，具有非常迫切的现实需求和深远的战略意义。我国作为负责任大国，在NEA撞击风险应对方面已经迈开了坚实步伐，面向未来，应从提升国内应对能力和加强国际合作两方面入手，进一步深化论证小行星天地一体化监测预警、灾害评估、在轨处置、应对机制等体系方案与体系能力发展方案，提升我国在小行星撞击风险应对方面的国际话语权，推动航天强国建设和技术创新发展，为构建人类命运共同体实践做出中国应有贡献。

在处置技术和能力方面，应该清醒认识到，虽然国际上已经成功实施了动能撞击处置技术的在轨验证，但距离应对真实场景的NEA撞击风险还存在较大的差距。我国在动能撞击等处置技术上有了可喜的进展，但距离国际水平和实际应对需求还有很大差距。需要持续推进、深化在轨处置技术研究，建立精准的撞击灾害评估模型、外载荷作用下小行星偏转与摧毁模型，探索处置-评估一体化技术和新概念处置技术，开展多种手段协同处置关键技术攻关和处置方案研究，发展微重力环境下的超高速动能撞击效能验证试验平台，研制功能齐全的应对处置全过程数值仿真模拟平台并开展应对处置演习演练，实施处置能力在轨验证任务，未雨绸缪，为人类应对真实小行星撞击威胁提供充分必要的技术选择和能力储备。