【原创文章】不就是一块石头么，看我把它推回去！ ——...

主页菌说　　在推送间隔的这几天，航天界发生了很多事情。不只是国内的，也有国外的。这里只想说一点，航天事业一直都是一项高技术、高投入、高风险的特殊行业，爱好者的宽容、耐心和理解是对这项崇高事业最真诚的支持。
　　今天我们来关注一下曾经光环加身，并被SLS和猎户座飞船“钦定”的小行星重定向任务（ARM），虽然该任务已经惨遭特朗普政府的“扼杀”。但我一定要说——这才是真正的“吸星大法”，而且是NASA出品，本文由SaturnV原创。

　　2017年6月14日，NASA正式宣布取消原计划用SLS在2026年发射的小行星重定向（ARM）任务，至此这个从诞生之初便充满争议的项目正式画上了句号。小行星重定向任务有何特别之处，为何NASA最初会公布这项特殊计划，其项目本身又有哪些深远意义？今日我们就来“惋惜”一下这不怎么受人关注却有着最大实际意义的小行星重定向任务，

　　“不就是一块石头么，看我把它推回去！”，这估计是《机动战士高达》系列动画的粉丝最熟知的梗了。这个梗源自《机动战士高达——0093》（主页菌注：0093代表的是作品中虚构的UC纪年的第93年）中，大反派夏亚为了彻底摧毁地球联邦政府，将小行星殖民地“阿克西斯”作为质量武器撞向地球，身为主角的阿姆罗最终牺牲自己将“阿克西斯”用高达推出坠落轨道。不过这款1988年上映的动漫显然对环绕轨道不了解，高达往小行星运行的反方向施力，现实中此种降低小行星相对地表移动速度的行为无异于自杀，为小行星减速只会让其更容易坠入地球。这个轨道的“Bug”终于在2007年上映的高达00里得到了“修复”。这次是因为新武器测试事故，一部分空间站被炸离开并向地球坠落，高达最终利用逆天的推力给空间站加速使其进入短暂的环绕地球轨道，提供了充足时间救出里面居住的人。

　　错误的改变轨道方式

　　正确的改变轨道方式
　　虽说没有高达系列中华丽的变轨，小行星重定向任务以现在也光看也颇具科幻感。首先NASA将和天文学家一起选择合适的近地球小行星，随后小行星重定向机器人（Asteroid Redirect Vehicle）发射前往目标，在距离星体1公里的高度上ARV携带的相机将分析小行星表面，并寻找可能带回的样本。在选好大概家用SUV大小的行星表面石块样本后，ARV从50米处降落捕捉并由内置机械臂花费大约10分钟固定样本，随后外置机械臂通过推离的方式离开小行星表面，并由外置机械臂进一步固定样本。ARV会在小行星上空停留3天左右以分析样品符合要求，随后进行一项名为“引力拖拉机”的试验，测试ARV可否利用自身质量和小行星质量之间的引力改变小行星的自转和轨道。测试完成后ARV携带样本返回月球轨道，同时SLS发射猎户座飞船与ARV在月球附近对接，两名宇航员进行出舱作业进一步分析小行星，并携带部分样本返回地球。

　　内外两组机械臂特写
　　
　　整个任务的动画流程演示
　　整套小行星重定向任务预计从2021年起持续5-6年，NASA的格兰研究中心预计项目总花费在26亿美金左右。为能激起民众的兴趣和获得美国国会的支持，NASA将耗资巨大的ARM项目包装宣传成火星任务测试平台，ARV上不仅要安装用电磁场电离燃料后推进的离子推进器，还要安装两组全新的太空机械臂和宽频激光通讯设备，同时在2026年发射的EM-5/6载人取样任务也可为宇航员长时间深空活动提供宝贵的数据和经验。而上述所有的科技成果都会为至少21个月的火星“往返票”铺平道路，毫不夸张地说，小行星重定向任务正是NASA载人航天从近地轨道向深空进发最关键的垫脚石。

　　NASA提供的ARM项目时间表
　　然而“垫脚石”的定位却使小行星重定向任务在美国国会异常尴尬，毕竟在科学方面都是半吊子的国会议员很难理解这块“石头”的重要性，带回小行星样本也远没有登陆月球或者火星吸引眼球，或许在他们看来这不过又是一项天文学家们花费巨资来完成一篇新论文的任务。也因此小行星重定向任务的必要性自2013年随SLS诞生伊始便备受争议，只有奥巴马政府在苦苦支撑。不得不说在这方面奥巴马很有远见，2014年ARM项目的起始资金达到7千8百万美金，可谓一笔巨大的长期投资。可惜的是人算不如天算，当白宫易主到自负且好大喜功的川普手里，无法带来短期回报和名誉的ARM项目自然会毫无悬念的惨遭腰斩。

　　比冲高达3000s的氙气离子推进器原理图，现阶段氢氧引擎极限比冲为450s，离子推进器优势可见一斑。

　　太空激光通讯的指向型远优于无线电，因而耗能更少。
　　至少在笔者看来，NASA对小行星重定向任务的宣传有问题是最根本原因。实际上ARM取消后最大的遗憾并不是失去了测试一系列全新科技和载人深空探索的机会，也不是失去再一次取回地外物质样本的机会，而是失去了被NASA归类为第二目标的“引力拖拉机”测试机会。不管ARV所携带的科技再先进，捕捉的样本再珍贵，其带来的利益终究只是停留在科学界，而以NASA计划在2035年登陆火星的时间点来看，很少有人会理解间隔10余年的长期投资。与之相反，改变小行星自传和轨道的测试却有着更迫切更广泛的影响力，更易说服半吊子议员和民众，而这一切还要从小行星撞击说起。

　　悉尼又死了！（为啥要说又）
　　（主页菌注：图中情节的是几十公里长的巨大太空殖民空间站被推入大气层撞击澳大利亚，这是《机动战士高达》系列动画中的经典设定之一）

　　高达0079里地球惨遭吉翁公国大质量殖民卫星坠落攻击后的版图，攻击地点。。。。。。
　　（主页君注：大家来找茬，看看哪里遭殃了）
　　事实上“太空坠物”的灾难并不只停留在高达这类科幻作品当中，现实中距离人类也不遥远。根据康纳尔大学天文系的统计，每年有18000至84000颗质量大于10克的小行星坠入地球，如果计算入宇宙尘埃，每年有37000至78000吨地外物质造访地球，而我们之所以没有感觉，是因为他们当中的绝大多数在和地球大气层的剧烈空气摩擦中烧毁，没有烧毁的也大都坠落在无人居住的大洋，冰川和沙漠中。地球能躲过许多大质量小行星的撞击，很大程度上要归功于太阳系质量最大的木星一直在充当着“清道夫”的角色，向太阳系内部飞去的小行星们会被木星的引力场改变轨道或被困在太阳和木星的L4，L5点。

太阳系行星大哥不是白当的，在太阳木星L4，L5困住的大量巨型小行星

　　1994至2013被地球大气层烧毁的小行星分布（密集恐惧症福利）
　　不过好运也总有用完的一天，1908年6月30日的俄罗斯通古斯大爆炸，威力相当于2千万吨TNT炸药，超过2150平方公里内的8千万棵树焚毁倒下，而其最被科学界接受的解释便是一颗陨石在空中爆炸。2013年2月15日俄罗斯乌拉尔联邦管区车里雅宾斯克市（俄罗斯：怎么中枪的又是我），一颗质量在7000到10000吨之间的陨石凌空爆炸，巨大的冲击波造成1491人受伤，天空中留下了10公里长的轨迹。而在可能和地球相撞的近地天体中，大有质量和体积都远超上述两颗陨石的物体存在。按照喷气动力实验室（JPL）在2017年6月2日的更新，在距离太阳0.983AU和1.3AU的轨道之间（1.0AU为太阳到地球平均距离）共发现875颗直径超过1千米的小行星，而其中有158颗的最小近地距离小于0.05AU被划归为潜在威胁天体，他们当中的任何一颗若被地球引力捕获坠入地球，轻则对撞击地区产生严重破坏，重则造成全球范围的影响，就像6550万年前可能灭绝恐龙的陨石那样。

　　俄罗斯车里雅宾斯克市上空的惊鸿一瞥
　　这些近地天体最大的威胁其实是其不确定性，由于小行星自身并不发光，发现并判断小行星轨道和自传需要依赖红外辐射，雷达成像以及小行星反射的太阳光观测，也就造就了许多误差。而由于太阳系内多天体的引力作用，小行星可能处在混沌状态下，及像双杆摆动模型那样，初始条件的细微变化会导致完全不同的轨迹，换句话说任何测量上的细微误差哪怕只有0.01度，预测的小行星轨迹和自转轴都会有天壤之别。唯一准确的方式只有派遣探测器抵达小行星附近测量，嫦娥二号探测器便在完成月球任务后前往探测了潜在威胁天体之一的小行星4179，并首次获得该小行星精确的自转数据。

　　嫦娥二号实拍

　　根据嫦娥二号数据做出的小行星4179三自转轴模型。
　　尽管对近地小行星有充分观测，但现在我们对改变小行星轨迹束手无策。现实中若想改变小行星轨道，比好莱坞大片“世界末日”和“天地大冲撞”一言不合就行星表面引爆核弹要麻烦许多。首先小行星复杂的自转让精确选择表面引爆点或者动能撞击点非常困难，其次便是具体能量的计算。能量过小无法改变小行星轨迹，能量过大除非能直接气化小行星，不然大量碎片比单一小行星更加难以追踪和处理。这也是为何小行星重定向任务中，ARV计划利用质量间的引力作用来尝试改变小行星自转和轨道，就像磁铁可以隔空“吸”物一样，ARV将在垂直于小行星自转轴的平面做顺时针环绕轨道，用自身引力“吸”走小行星的自转后把小行星“吸”离原本的轨道。（主页菌注：吸星大法！）

　　“引力拖拉机”示意图
　　和核弹引爆或者动能撞击相比，“引力拖拉机”更可控且具备多次调整的能力，更不用担心爆炸产生的碎片，这也是为何在诸多改变小行星轨道的方案中，小行星重定向任务选择先行测试“引力拖拉机”的可行性，当然很大程度上也是因为引力改变小行星轨道耗时较长。然而随着整个小行星重定向任务的取消，“引力拖拉机”也成了镜花水月，或许自NASA把引力改变轨道的任务划归为小行星重定向任务中的次要任务时，这款“拖拉机”的命运便已注定。至少在笔者看来，这才是小行星重定向任务惨遭取消最大的遗憾。

　　东边不亮西边亮的“小行星撞击及偏转评估”项目(Asteroid Impact and Deflection Assessment)
　　嘛，不过看到这里也不要灰心，小行星重定向任务取消并不代表NASA放弃了防御小行星撞击地球的任务。就在6月30日，NASA宣布和ESA合作的AIDA项目中的“双小行星变轨测试”（Double Asteroid Redirection Test）飞行器已经从概念探讨阶段进入初步设计阶段，计划中NASA将在2020年12月发射小行星撞击飞行器DART，ESA则在同年10月发射观测器AIM（Asteroid Impact Mission），两个探测器在2022年10月于小行星65803“蒂帝莫斯”的轨道汇合，提前5个月到达的AIM将会先行勘探小行星。随后DART将在氙气离子推进器（离子推进器：哈哈我又回来了！）的加速下以6千米每秒的速度撞向环绕小行星65803飞行的小行星卫星，同时地球上的望远镜将和AIM一起观测此次撞击前后对卫星环绕轨道的细微影响（预计不到1%的轨道速度变化），以此分析动能撞击改变小行星自转和轨道的可能性。

　　AIM和其携带的两个立方星将和地球望远镜从四个不同角度观测撞击。
　　
　　显然和“兼职”的小行星重定向任务比，DART项目“存活”并实际执行的可能性更高。届时作为地球防御小行星的先驱，这枚“飞镖”（Dart是英文里飞镖的意思，一语双关）可以大喊一声“不就是一块小行星嘛，看我把它撞回去！”