小行星探測關鍵技術有哪些？

相比月球、火星等任務，小行星探測難點主要體現在「微弱引力、未知環境」兩個方面。小行星探測在工程實施和科學研究方面將面臨多個關鍵技術問題，按照任務發展脈絡，可從「選、探、控、用」等方面分析諸多關鍵核心技術。

「選」—目標發現與選擇

針對小行星資源利用與開發任務的特點，需解決小行星目標的選擇問題，包括小行星目標的發現，小行星目標的參數識別與分析，小行星目標的科學價值評估與工程可行性分析等。

（1）小行星目標發現和特徵識別問題

包括對小行星形狀和尺寸識別、物理組成識別以及運動狀態識別。

（2）探測目標的選擇問題

從科學價值和工程可行性兩方面對小行星目標進行選擇。科學價值方面包括對已確定參數小行星的資源可利用性進行評估，而工程可行性則對發射探測器探測小行星以及進一步開發利用所需的速度增量、燃料消耗以及系統規模進行評估，給出適合探測的小行星目標。

「探」—目標到達與探測

針對目標小行星，解決探測器對小行星目標的可達和初期探測問題，包括長時間星際飛行電源與燃料供給、深空暗弱目標自主導航、弱引力天體捕獲、近距離探測、小行星目標物理信息獲取、弱引力天體著陸與附著和弱引力天體表面運動等問題。

（1）探測器至目標轉移問題

受限於現有運載能力，初期任務可以考慮針對近地小行星探測，採用「直接轉移軌道」或「深空機動+地球借力」；後續任務主帶小行星是重點，可考慮「深空機動+地球借力+火星借力」（如「羅塞塔」任務）或「火星借力+電推進」（如「黎明」任務）的組合方式來實現任務目標。

（2）小行星抵近問題

近地小行星引力極為微弱，在探測器與目標小行星實現交會以後，需要把探測器的運行軌道穩定到與目標小行星基本相同的繞日橢圓軌道，並保持一定的距離，以便尋找合適的附著位置。

（3）小行星附著問題

需要實現探測器在弱引力環境下的著陸、附著以及採樣等操作。

（4）小行星表面探測問題

小行星表面運動及觀測是了解小行星物理特性的重要手段之一。受小行星弱引力影響，存在表面運動形式、運動機構設計、能源供給、信息傳輸、障礙規避和故障處理等問題。

「控」—目標捕獲與操控

針對選擇併到達的小行星目標，需解決如何在近距離實現小行星的操控作業問題。它包括：通過初步探測與參數識別，實現對小行星自旋狀態、軌道運動狀態以及局部地形地貌的操控，還包括對小行星消旋，將小行星整體軌道偏移或轉移至目標區域等。

（1）小行星軌跡改變問題

改變小行星運動狀態的方法從作用時間上區分，可以分為快速改變和緩慢改變。快速改變可通過動能撞擊或表面爆炸等方式進行；緩慢改變還可分為接觸式與非接觸式長期的拖拽。

（2）小行星在軌捕獲問題

小行星抓捕方式包括對小行星整體的抓捕以及對小行星局部的抓捕，抓捕方式的選擇將決定小行星捕獲機構設計以及相關係統設計。

（3）捕獲後的目的地選擇問題

近地小行星捕獲至地球附近空間後，最終停留目的地的選擇是一個重要問題。捕獲目的地的選擇應主要考慮：未來載人小行星探測的銜接性；提取小行星資源支持後續深空探測任務；捕獲後對地球的碰撞威脅；動力學可行性。

「用」—目標開發與利用

針對操控後的小行星目標，需解決無人或有人參與下的小行星資源利用與開發問題，包括小行星資源的原位利用，小行星自然平台的利用，小行星基地的建設與維護以及涉及到載人登陸小行星探測等技術問題。

（1）小行星平台開發問題

利用小行星天體自身的軌道特性、物質特性等，有多個方向的開發可能，包括資源開發平台與星際航行平台。

（2）小行星資源利用問題

原位資源利用是勘測、獲取和利用地外天體的天然或廢棄的資源，用於維持可長期在地外生存的產品和服務的技術。原位資源利用的好處是，通過減少進行長期地外駐留任務期間的消耗品、推進劑、結構材料和其他物品的需求，從而顯著降低深空探測任務的質量、成本與風險。

（3）載人小行星探測問題

載人登陸小行星，參與小行星的資源開發利用或開展小行星相關科學研究也是未來的發展方向，需要考慮航天員短期或長期登陸，居住在小行星所面臨的環境、生理、心理等多方面的技術問題。

（4）相關法律與政策問題

同人類其他活動一樣，太空活動也需要一系列規範來約束，使之能夠有序進行，並符合參與空間活動的國家利益、人類共同利益。小行星資源利用開發作為全新的概念，目前缺乏相關法律依據，需要參與開發的國家，組織和機構共同協商並完善。

（作者：廖慧兮 王彤 賈曉宇）

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