近地小行星撞击风险应对战略研究.docx

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1、一、前言在天文学上，将轨道近日点距离在1.3AU（1A=1.4961（?km）以内的小行星称为近地小行星（NEA）。截至2022年3月7日，己发现的NEA共有28464颗，其中直径大于14Om的有10024颗，直径大于Ikm的有887颗，具有潜在危险的有2263颗。NEA亮度暗弱、分布广泛、难以发现，运动轨道易受大行星牵引而改变；可能与地球交会，撞击地球具有一定的突发性。在历史上，NEA撞击地球事件频发。地球上发生过22次不同程度的生物灭绝事件，至少10次是由NEA撞击地球所致。2013年2月15日，一颗直径约为18m、质量约为700Ot的NEA以18.6km/s的速度在俄罗斯车里雅宾斯克地区

2、约30km高空爆炸，造成了人身伤害和财产损失。仅在2021年，全球发生NEA飞掠地球事件约1600次，观测到29颗NEA进入地球大气层；我国的河南省驻马店市等地也发生了火流星事件。NEA飞向地球，在大气层会发生空爆，撞击到地表可能引发地震、海啸、火山爆发，还可能导致全球气候环境灾变，甚至造成全球性生物灭绝和文明消失；作为人类长期面临的重大潜在威胁，需要世界各国联合应对；也给国际航天界、天文界等领域带来了重大科学和技术挑战。关于NEA撞击风险应对，国际上一般称为行星防御。1994年彗-木撞击事件、2013年俄罗斯车里雅宾斯克NEA撞击事件，都促使相关问题得到国际社会的普遍重视，如联合国和平利用外

3、层空间委员会（UNCOPUOS）、政府、非政府3个层面都成立了行星防御组织,积极开展应对工作。1995年，联合国首次召开预防近地天体撞击地球国际研讨会。2014年，在UNeOPUOS框架下成立国际小行星预警网（IAWN）、空间任务规划咨询小组（SMPAG）O2016年，联合国大会将每年的6月30日定为国际小行星日，以引导公众更多了解NEA对地球的潜在威胁。2009年起，国际宇航科学院、联合国外空司定期举办国际行星防御大会（PDC）。在政府层面，美国成立了行星防御协调办公室（PDCO）（2016年），发布了国家近地天体应对战略及行动计划（2018年），旨在提升NEA的发现、跟踪、表征能力并发展N

4、EA偏转和摧毁技术,颁布了近地天体撞击威胁紧急协议报告（2021年）；德国、英国、俄罗斯、日本等国家先后成立了近地天体监测预警防御中心。相比之下，我国NEA撞击风险应对工作起步较晚，研究工作多为自发、零星、分散，缺乏综合性部署规划和专门的支持渠道，导致基础薄弱、国际贡献率低、国际话语权小；与优势国家的差距呈现拉大趋势，既不利于国家安全，也影响了在面临NEA撞击威胁这种攸关全球安危重大事件时的自主决策和主导权，与负责任、有担当的大国形象，建设科技强国、航天强国的国际地位不相称。2021年起，国家航天局联合有关部委，启动了我国NEA撞击风险应对的中长期发展规划论证工作，旨在系统性加强NEA撞击风险

5、应对处置能力。本文作为相关研究的先导内容，剖析应对需求、梳理现状趋势、总结面临差距，提出发展目标、论证体系构成、策划重点任务，以期为NEA撞击风险应对相关的国家规划制定、总体研究工作提供基础参考。二、积极应对近地小行星撞击风险的重要意义（一）近地小行星撞击危害概述NEA撞击地球产生的危害程度与撞击能量直接相关，相应过程分为超高速进入大气层、撞击地表、长期环境效应3个阶段（见图1）oNEA以极高速度（约20kms）进入地球大气层，在大气层中形成高温、高压冲击波；冲击波向地表传播，引起地面超压损伤。NEA在气动热、气动力耦合作用下出现剧烈烧蚀和解体，甚至在空中爆炸形成火球，与大气分子电离一起形成热

6、辐射，进而传至地表造成热辐射损伤并引发森林大火。直径较小、结构疏松度较大的解体碎块，将在大气层中烧为灰烬；直径较大、结构疏松度较小的解体碎块，将穿过大气层撞击到地球表面，在短时间内急剧释放其携带的巨大动能。通常直径大于60m的石质陨石（S型）或大于20m的铁质陨石（M型）才能穿过地球大气层撞击到地球表面。热加动电体爆气烧解空M1.tHUK成冲反地海抗击激震嗡长期环境效应 尘埃扩Ift和滞空 太阳地表糯射胁迫 植被强迫图1NEA撞击地球的过程与危害示意图NEA撞击地表后，撞击区域的材料瞬间经历温度从300K到IO5|、压强从0.1MPa到lOTPa、应变率高达108s的极端状态，发生破碎、熔化、

7、气化乃至等离子体化相变，产生撞击坑。NEA撞击会引起地表岩石发生化学反应（产生各种气体），可能将地表部分物质、尘埃抛向空中（产生反溅碎片云），相应的冲击波可诱发强烈地震。这些气体、尘埃和灰烬将弥漫充斥整个大气层（遮住阳光），特殊情况下可使地表的年平均温度下降25C,影响长达百万年。NEA对海洋的直接撞击，会激起数百米高的巨浪，引发强烈的海啸与地震、大量的海水蒸发/溅射；海底沉积物与岩石粉尘抛射到平流层中并滞留，海洋中大量生物死亡。NEA撞击地球是一个物理-力学-化学强耦合过程。需要开展超高速进入和撞击实验，结合数值模拟与理论分析，才能建立有关进入大气、撞击地表过程及效应的准确模型，这是国际性的

8、重大前沿和难点问题。然而相比其他参数，NEA直径较易获得，NEA质量也可通过等效直径来估算，因此国际上通常用等效直径来表征撞击危害。相应危害程度主要划分为5类:等效直径为千米级，可引发全球性灾难，如6500万年前K-T事件，该类事件发生概率为每l10三年1次；等效直径为140米级，可引发洲际性灾难，如2019OK小行星事件，该类事件发生概率为每1000年1次;等效直径为50米级，可引发大型城市级灾难，如1908年俄罗斯通古斯事件，该类事件发生概率为每100年1次；等效直径为10米级，可引发小城镇级灾难，如2013年俄罗斯车里雅宾斯克事件，该类事件发生概率为每3050年1次；等效直径为米级，大多

9、产生空爆并出现火流星现象，如2021年河南省驻马店市火流星事件，该类事件频繁发生。对撞击事件的统计表明，NEA的撞击落点在地球表面是均匀分布的。（二）近地小行星撞击风险分析撞击风险指撞击地球的概率与撞击所致危害的乘积，评估NEA撞击风险通常涉及都灵风险指数、巴勒莫风险指数：前者采用11个整数（0-10）将风险等级划分为5种，对应不同的撞击概率及危害；后者由撞击概率、距离发生撞击的时间、撞击能量等计算获得。为进一步明晰相关指数的物理意义，有研窕将人员伤亡估算引入NEA撞击风险评估中，建立了基于撞击概率、撞击事件类型和预警时间，可给出撞击导致死亡人数的定量评估指数。数据分析显示：100年内威胁最大

10、的NEA是直径约37Om的编号99942小行星，预测在2029年4月14日在距离地表3.1x104km处（高度小于GEO轨道）飞越地球，2068年再次接近地球（撞击概率约为百万分之七）；10年内威胁最大的NEA是直径约18m、编号2016N1.39小行星，预计在2030年6月30日距离地球1.2x105km处（约1/3的地月距离）飞越地球。需要指出的是，超过98%（以数量计）的NEA尚未被人类发现编目，可能对地球构成严重威胁；如直径14Om以上的约70%、直径50140m的约97%、直径1050m的约99%的NEA未被发现。这些大量未被发现的NEA,其运动过程因受到其他大型天体引力影响而造成飞

11、行轨道变化，撞击威胁难以准确预测，因而实际风险较己掌握情况严重得多；亟需提升NEA探测水平、发展更为精确的撞击风险预估理论及模型。从历史情况看，直径Ikm以上NEA的撞击事件发生概率较低，短期内难以有效实施在轨处置防御；直径IOm以下的撞击事件虽然频发，但实际危害较小；因而直径101000m的NEA应是国际社会关注和应对防范的重点对象，而直径3050m的NEA则是重中之重”。国际上通常依据NEA等效直径，将撞击风险和对应的预警及响应分为4个等级：I级风险（对应红色预警）,特别严重危害事件，重点对象为直径14Om以上的NEA,危害范围为洲际级至全球；II级风险（对应橙色预警），严重危害事件，重点

12、对象为直径50140m的NEA,危害范围为大型城市级至洲际级;In级风险（对应黄色预警），较严重危害事件，重点对象为直径2050m的NEA,危害范围为中小城市级至大型城市级；IV级风险（对应蓝色预警），一般危害事件，重点对象为直径20m以下的NEA,危害范围为城镇级至中小城市级。（三）近地小行星撞击风险的应对意义与地震、洪水等自然灾害不同，NEA撞击地球的危害具有以下特征：一是瞬间发生的全球性灾害，在直径50m以上特别是14Om以上的NEA撞击下，没有国家和人员能够幸免；二是撞击威胁可测，只要持续提升监测预警能力，稳步增强国际合作，就可对NEA的撞击时间、撞击落点、危害程度进行相对准确的提前预

13、报；三是撞击危害可防，积极发展多手段在轨处置技术，形成一定的主动防御能力，可完全避免或显著降低撞击造成的损失。加强NEA撞击风险的应对工作，具有重要的现实意义和深远的历史意义。一是贯彻落实总体国家安全观不可或缺的重要实践。NEA撞击地球的风险概率虽然不高，但危害极大，几乎与国家安全体系中所有领域的安全密切相关;NEA撞击地球直接威胁居民生命财产安全，影响经济社会发展和安全稳定局面。稳妥应对NEA撞击风险，既是统筹各项事业全面发展的必然要求，也是筑牢国家安全基础、推动深度融合发展的重要切入点。二是引领科技创新发展的重要动力。应对NEA撞击风险，需要解决所涉及的天文学、数学、物理学、力学、地学、信

14、息科学、控制科学、航空宇航科学、法学等领域的基础科学与关键技术问题，多学科交叉特征显著。提升相关领域的科学技术水平并形成体系能力，是超前布局外层空间资源开发利用、牵引新型空间技术发展的重要途径，也是辐射带动关联产业发展、加快建设科技强国、航天强国的应有之义。三是推动构建外层空间人类命运共同体的重要举措。NEA撞击地球事件一旦发生，人类都身在其中，应对举措的成效事关人类文明存续；因而做好撞击风险应对、保护地球家园是人类、各国的共同责任。我国积极应对NEA撞击风险，与国际社会一道保护人类安全，将彰显负责任航天大国的良好形象，体现和平利用空间、增进人类福祉的一贯宗旨，支撑构建新型国际关系和人类命运共

15、同体。三、近地小行星撞击风险应对的国际研究态势（一）撞击风险应对流程综合国际上有关NEA撞击风险研究，应对流程可概括如下（见图2）o监测预警，包括搜索发现、跟踪定轨及数据更新、物性测量、撞击风险预报等，为撞击风险评估提供输入。撞击风险评估，包括依据小行星轨道及理化特性参数开展撞击概率计算、撞击风险走廊预估、撞击落点预报、撞击效应分析等，为在轨处置提供输入。在轨处置，在对危险NEA进行预警的前提下，改变NEA轨道以避免撞击地球，或将NEA分裂为碎片以避免或降低对地球的危害；包括处置任务规划、处置方案设计、处置任务实施、处置效果评估，为开展灾害救援工作提供输入。灾害救援，对于未能提前预警的撞击事件

16、或处置不成功的撞击事件，建立撞击灾害应急响应机制，开展灾害救援以降低灾害损失并恢复环境。可能农害网依Ie击危害初步评估图2NEA撞击风险的通用应对流程（二）监测预警研究进展NEA监测预警方式有多种，按照观测点位置可分为地基监测、天基监测，从技术原理角度又可细分为光学观测、红外谱段观测、雷达探测C监测预警主要有3类场景：日常编目场景，通过专用的天基、地基设备，例行执行巡天搜索以发现新的NEA,由精测望远镜进行跟踪以获取足量数据并进行定轨编目；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、天基等专用/兼用设备开展精密跟踪，获取精密轨道并细化评估撞击风险及危害；短临预报场景，针对进入距地球7.5x106km范围之内，