人類難以防禦隕星:核彈攔截只是理論可行

2013年2月15日一顆隕星高速進入大氣層，在俄羅斯車里雅賓斯克地區上空爆炸，造成大量人員受傷和財產損失。人類現有的飛彈攔截能力否有效發現、跟蹤、打擊甚至摧毀這些天外來客，網易軍事帶來專業深度解讀。

2月15日，俄羅斯車裡亞賓斯克州降下隕石雨，造成數百人受傷，大多數被碎玻璃所傷。一個工廠屋頂坍塌約600平米。圖為隕石划過留下的痕跡。

DA14小行星幾乎撞上地球

2012年12月13日，我國嫦娥二號月球探測器在完成月球探測和日地系第二拉格朗日點任務中，又訪問了4179圖塔蒂斯(Tourtatis)小行星。圖塔蒂斯小行星由於軌道周期共振，其軌道每4年接近地球一次，已經被收入「潛在危險小行星」名單。根據預報2013年2月16日一顆近地小行星2012 DA14即將在很近的距離上飛過地球，其軌道甚至切入了地球靜止軌道以內，雖然這顆小行星不會撞上地球，但人們的心裡難免捏著一把汗。

2月15日隕星在俄羅斯上空爆炸

俗語道「福無雙至禍不單行」，2012 DA14小行星雖然和地球插肩而過，但2013年2月15日一顆隕星高速進入大氣層，在俄羅斯車里雅賓斯克地區上空爆炸，爆炸的衝擊波傳播至地面，造成約1200人受傷其中包括超過200名兒童。

隕星爆炸當量30倍於廣島原子彈

綜合各國媒體報導，2月15日莫斯科時間6時20分左右一顆小行星或者說隕石以每秒30公裡的速度進入大氣層，其飛行軌跡與地面夾角小於20度，進入大氣層經歷了約32秒的飛行後巨型隕石的速度很快下降到每秒18公裡，並在車里雅賓斯克地區上空約30公裡高度發生猛烈的爆炸。據評估隕石直徑約15至17米，質量7000到1萬噸，爆炸當量約350萬噸，相當於1945年廣島原子彈爆炸當量的約30倍。

美國航天局還稱這顆隕星是百年一遇的級別，是1908年通古斯大爆炸後最大的隕星墜落事件。據美國地質調查局(USGS)事後發布的消息，2月15日6時20分26秒北緯55.15度東經61.41度距離車里雅賓斯克市西南1公裡的位置發生4級地震，由此可以看到隕星爆炸威力之大。隕星爆炸後及其形成的隕石雨落到車里雅賓斯克的廣大地區，落區也可能包括哈薩克斯坦北部，巨大的威力甚至使當地部分居民誤認為爆發了戰爭。

俄羅斯最新型的S-400地空飛彈，雖有一定的末端反導能力，但攔截高度過低，無法攔截隕石。

隕星未直接砸到地面是不幸中的大幸

這個百年一遇的隕星「入侵」雖然導致大量人員受傷，不過迄今為止沒有出現死亡報告，這要歸功於隕星在高空已經爆炸，因此地面的受傷者主要是衝擊波導致建築物玻璃震碎的間接傷害。

不過話說回來，如果隕石更晚爆炸甚至撞擊到地面的話，俄羅斯人就沒有這麼幸運了，那樣的話人員死傷恐怕要數以萬計。

在俄羅斯的隕石災難前，全世界關注的焦點在2012 DA14小行星身上，也開始討論近地小行星探測和防禦的話題，不過這僅僅是茶餘飯後的談資而已，大眾心理上並沒有真的重視這一威脅。

如果說2012 DA14小行星只是給我們帶來近地小行星威脅的話題讓人津津樂道，那麼墜落在俄羅斯的巨型隕石就不得不迫使我們仰望星空之後腳踏實地，認真思考人類防禦近地小行星的問題。

俄羅斯惟一能在大氣層外實施攔截的就是使用53T6飛彈的A-135反導系統，僅部署在莫斯科周圍。

媒體稱俄軍發射飛彈攔截隕石

或許是不願面對天災來臨時無能為力的恐懼，俄羅斯媒體曾傳出一些有趣的小道消息。曾有消息稱不願透露姓名的俄羅斯國防部人士稱俄羅斯軍方已經探測到這顆隕石，但認為它將在大氣層中燒毀，沒有必要發布警告。也有媒體報導稱，俄羅斯空軍及時準備，在隕石進入大氣層後發射飛彈將其摧毀，形成了破壞力較小的隕石雨。

美俄均無對付小行星威脅的能力

那麼俄羅斯真的具備預警和攔截超高速隕石的能力麼，即使在俄羅斯媒體上的嚴肅答案仍然是否定的。俄羅斯戰略和技術分析中心主任魯斯蘭·普霍夫在接受採訪時表示，目前任何國家都沒有能力解決小行星和隕石威脅地球的問題，俄羅斯安全專家伊戈爾·科羅特琴科也表示美俄現有的防空反導系統都無法(全面)檢測到小行星的威脅。那麼事實到底如何呢？

人類對小行星的發現監測能力很差

近地小行星預警監視是防禦小行星來襲的耳目，人類對近地小行星的發現還有大片的空白，即使是對存在潛在碰撞危險的100米直徑以上的近地小行星，目前也只有20~30%被探測到，更不用說幾十米、十幾米甚至更小的小行星了，這樣的背景下俄羅斯隕星事件不是意外，要是及時發現才是偶然。

美國的「愛國者3」也是末端反導，攔截高度和俄羅斯的S-400一樣不足。

雷達做為主要觀測手段不靠譜

人類對近地小行星主要依靠巡天光學望遠鏡探測發現，加上雷達探測方式作為補充。雖然人類使用雷達獲得了更精確的小行星軌道，甚至對小行星進行了雷達成像，但雷達並不適合用於發現小行星等近地天體。

從理論上說雷達探測距離與目標雷達反射截面積和雷達功率的四分之一次方都成正比，而近地天體包括小行星和彗星，它們的可能是鐵質也可能是石質甚至可能是冰質，後兩者的反射截面積很小，加上地面雷達的功率有限，對近地天地的探測距離有限。

雷達的角度解析度取決於雷達天線的孔徑和雷達波長，距離解析度取決於雷達的信號帶寬寬度，速度解析度取決於對目標的觀測時間。

理論上為了得到更高的解析度，需要雷達天線孔徑儘可能的大、波長儘可能的小，帶寬儘可能的寬，持續觀測時間儘可能的長，這些要求與快速巡天探測遙遠的未知小行星是矛盾的，因此雷達並不是合適的小行星探測工具，但對已知軌道的小行星，雷達可用於精確測定軌道參數。

天體探測望遠鏡能提高探測能力

美國航天局已經開始空間防衛(SafeGuard)計劃，將建造8架大口徑近地小行星搜索望遠鏡以及後端的數據中心和數據處理與研究中心，美國空軍為了加強對軌道物體的監視能力，也在建造4架1.8米口徑的全景巡天望遠鏡。

美國航天局和美國空軍的新一代空間監視望遠鏡都具有很高的靈敏度和解析度，這兩個的望遠鏡網絡探測能力超過此前人類近地小行星監視望遠鏡的總和，將大大提高人類對近地小行星的探測能力。

俄羅斯空天防禦部隊已經部署了一批望遠鏡用於對軌道物體的探測，未來也可能增加新一代望遠鏡加強監視能力，它們在完成軍事任務之餘，也將進行近地小行星的探測。我國中科院紫金山天文臺也建設了一臺1.2米口徑的近地天體探測望遠鏡，這是我國第一臺專門用於搜索近地小行的望遠鏡，截至2009年正式投入使用前的試運行階段，就新發現了721個小行星和一顆彗星。

面對小行星或隕石，美國「宙斯盾」軍艦發射SM-3反導飛彈，是人類軍火庫不多的選擇。SM-3射高和有效投擲質量不如陸基的GBI。

近地小行星探測望遠鏡各國獨自為戰

各國獨立的近地小行星探測望遠鏡目前還缺乏協調，沒有建立全球性的近地小行星監測網絡，而且由於地球位置和人類探測手段的限制，我們對近地小行星的監視有著太多的盲區，尤其是受太陽光照影響，對地球軌道內側的近地小行星探測要困難的多，這都是大量近地小行星「逍遙法外」的重要原因，據稱這次隕落到俄羅斯的小行星/隕石，很可能就來自地球軌道內側。

在不斷發現小行星與地球插身而過，跟不要說這次俄羅斯隕星事件後，人類必然加大對近地小行星的探測能力和力度，但要對人類構成威脅的近地小行星明察秋毫，短期內尚且是不可完成的任務，至於俄羅斯上空爆炸的最大直徑只有17米的這類小行星，更是防不勝防。人類對小行星的探測監視預警尚且心有餘而力不足，小行星攔截更是無從說起。如果將來有一天人類將地球軌道附近大大小小的小行星一覽全無，我們又將如何防禦攔截可能砸向地球的小行星呢？

 

目前人類的武器庫中唯一與防禦近地小行星需求相近的，恐怕就是彈道飛彈防禦系統了，不過攔截彈道飛彈和攔截近地小行星有太大的不同。或許有人會問，能否用現有的反導攔截彈攔截小行星呢，不過很遺憾這是幾乎不可能的。

美國國家飛彈防禦系統的陸基GBI或是對付隕石的惟一現實救星，射高可達4000千米，有效投擲質量也達680千克。

人類彈道飛彈防禦系統早期使用核彈

人類已經部署的彈道飛彈防禦系統按攔截技術的不同可以大致劃分為兩代：早期人類使用核攔截方式，使用大當量核彈頭摧毀來襲的洲際飛彈，並在隨後進一步擴展為高空大當量核彈頭攔截外加低空中子彈頭攔截的雙層防禦體系；後來人類又另闢蹊蹺發展出動能碰撞殺傷(HTK) 攔截技術，HTK技術的應用範圍還從大氣層外還擴展到大氣層內。

在廣島長崎原子彈投入是戰後，過去數十年時間裡全世界都在大力宣傳和渲染核武器的恐怖，核武器的確是人類已經掌握的威力最大的武器，但並沒有人們想像中的巨大威力。

核彈爆炸大氣層外威力大減

核彈在大氣層內爆炸時按經驗公式近似計算，核彈的殺傷半徑基本與爆炸當量的三分之一次方成正比，10萬噸級的有效殺傷半徑不過是3.2到3.4公裡，這個有效殺傷實際上計算的是衝擊波的殺傷半徑，其衝擊波壓強為約32千帕，可造成大量建築物倒塌的效果。

外太空環境核爆炸的能量主要以高能X射線方式釋放，此外還釋放出伽馬射線、中子流，沒有大氣層內衝擊波的輔助，核彈對小行星類目標的殺傷半徑就小得可憐了。

美蘇都曾部署過高層攔截的核攔截彈，其彈頭為數百萬噸當量的氫彈，但飛彈有效射高河有效射程都僅有數百公裡，美國曾部署過的核反衛星飛彈有效射程也不過是略高於1000公裡。這些飛彈制導精度不足，不過百萬噸級核彈頭對來襲核彈的殺傷半徑可達千米級別，脫靶量在殺傷半徑內即可，但這種距離較遠的核爆炸遠不能實現改變隕石或小行星的軌道或是摧毀小行星的任務。

使用美國GBI飛彈，裝備W88之類的核彈頭，或可對隕石造成一定的破壞。

先進的動能碰撞技術威力有限

相對早期的核攔截手段，人類後來發展出的動能碰撞技術效果要好一些，但僅僅是可能好一些而已。以美國的陸基攔截彈(GBI)為例，其大氣層外動能殺傷器(EKV)質量約63.5千克，如果它與砸向地面的近地小行星相對速度達到每秒30公裡，則相對動能約28575兆焦，考慮到1千克TNT炸藥爆炸釋放的能量不過是4.2兆焦，EKV與小行星碰撞將產生相當於6.8噸TNT炸藥爆炸的威力。

其實EKV並不是GBI運載能力的上限，根據評估GBI有將680千克載荷送到10000公裡外的投擲能力，如果設計一個680千克的質量加大版EKV，其碰撞將產生將近73噸TNT炸藥的威力。如果是2月15日俄羅斯隕石事件的主角，雖然這樣的撞擊不可能顯著改變隕石的軌道，但這樣的巨大的撞擊直接施加於小行星本體時，可能擊碎一小部分星體並影響主體部分的結構，使其進入大氣層後在大氣阻力下更早爆炸，相對降低對地面的損害。

不過動能攔截的威力主要取決於相對速度，而並不是每次小行星入侵都會有很高的相對速度，如美國曾實施過的「深度撞擊」項目，一個370千克的撞擊器以每秒10.3公裡的速度撞上了坦普爾1號彗星，由於速度較低，其碰撞就只相當於4.7噸TNT炸藥的爆炸威力。

攔截彈有效攔截範圍不足成重要制約

更重要的是GBI等攔截彈的有效攔截範圍非常有限，如果使用一個680千克的動能殺傷彈頭，理論最大攔截高度和最大攔截射程都僅有數千公裡，威力不足外加太短的攔截距離，即使對十幾米的鐵質或石質隕星，GBI都只有攔截的可能性，對於稍大的小行星來說就根本無能為力了，對於那些100米直徑以上、會對人類構成嚴重威脅的小行星，動能彈頭完全可以說是螳臂當車。

圖為GBI發射場。在充分準備的情況下，小型隕石以不太高的速度砸向GBI發射井，有一定的攔截成功希望。

射向深空的制導核彈頭是最可能的手段

早期核攔截的問題在於精度不足，核爆炸的大部分能量直接逸散到太空，而動能撞擊雖然精度很高但威力還是太小，兩者結合的效果就要好得多，可以為我們帶來防禦小行星的能力。目前小型化核彈頭的質量尺寸都不大，比如美國W76核彈頭的質量僅有不到100千克但爆炸當量約為10萬噸，當核彈頭在距離小行星很近距離爆炸時，可以產生很明顯的效果。

美國洛斯阿拉莫斯實驗室(LANL)以及其他機構過去十多年裡對核彈攔截小行星做了多次評估，尤其是近年來LANL使用超級計算機進行了模擬試驗，證明大當量核彈頭完全可以偏移小行星的軌道甚至摧毀小行星。根據LANL專家的建模分析，一個10萬噸級核彈頭在距離100米直徑球形小行星70米處爆炸時，可以使小行星表面物質融化並分離，即使核心部分的物質也可有每秒20釐米的偏移速度。根據更早的軌道計算，如果要小行星偏移一個地球半徑，一年時間的話需要每秒7釐米的偏移速度，每秒20釐米的速度可將時間縮小到4到5個月。如果10萬噸級核彈頭在20米外爆炸，小行星中心部分物質也將達到每秒190釐米的偏移速度。

模擬結果具有很大的不確定性

以這樣的理論為基礎，LANL的科學家們使用超級計算機模擬，認為一個100萬噸的核彈頭可以使一個絲川小行星(535米長、294寬、209高)大小的小行星分崩離析，無法對地球構成傷害。不過這樣的模擬無法充分考慮小行星內部組成和結構的因素，其模擬結果有很大的不確定性，更重要的是，核彈頭攔截仍然留出足夠的時間讓分離的小行星碎片避開地球軌道，LANL的科學家對此明確表示，如果(來襲小行星被發現的)時間太短比如少於一個月，人類對避免撞擊大概就無能為力了。

現在難以將核彈深埋到小行星內部

相信很多人都看過好萊塢電影《天地大碰撞》，影片中載人登陸彗星鑽井引爆核彈的設想，的確具有一定的可行性。表面附近引爆核彈無法炸碎較大的小行星或是彗星，必須將核彈深埋到內部才有一定可能。不過話說回來，這樣的方案要比發射核彈頭到小行星附近引爆困難的多。

即使是美國也只計劃2025年或是稍晚登陸近地小行星，而且這些預定登陸目標相對地球的速度不高，而可能撞擊地球的小行星或彗星相對速度太高並自身也在旋轉，單是交會登陸就是非常艱難的任務，遠遠超出了人類的航天能力。人類對小行星和彗星的結構也了解太少，就算引爆核彈其效果也並不樂觀，這在影片中也有反映。

美國科學家提議部署能從1.5萬千米之外可使小行星氣化的雷射陣列，這些雷射器同時發射，足以摧毀一顆小行星，或至少使小行星改變路線。目前還看不到工程實踐可行性。

小行星軌道計算中存在俄羅斯工程師最先提到「雅克夫斯基效應」，它指出小行星可能由於受熱的不均產生微弱的推動力，日積月累輕微的改變小行星的軌道，這一效應已經得到實際觀測的證實。如果人類建立了潛在威脅近地小行星和彗星的資料庫，完全可以利用「雅克夫斯基效應」改變小行星軌道，避免和地球的碰撞，當然這更需要儘可能早的發現威脅目標並進行處理。

除了這種四兩撥千斤的溫柔手段，人類還提出了極為暴力的手段，俄羅斯隕星事件前一天，2月14日美國加州州立理工大學和加州大學聖巴巴拉分校的聯合團隊恰好提出一個新穎的計劃，建立一個巨大的天基雷射陣列，利用太陽能發電再轉換為雷射燒毀小行星。他們表示這樣的系統越大越好，還舉例說如果建立100米直徑的雷射陣列系統，可以推動彗星或是小行星偏移軌道避免碰撞，如果建立一個10公裡直徑的雷射陣列，可以每天發送相當於140萬噸的能量，在一年內徹底摧毀一個500米大小的小行星。

雖然早在1994年蘇梅克-列維九號彗星撞擊木星後，防禦小行星和彗星就開始提上日程，但人類目前做得還遠遠不夠，防禦小行星也並沒有受到真正的重視。俄羅斯隕星造成的大量受傷者，讓我們不得不擔心那些不約而至的天外來客，但總的說來，人類對近地小行星和彗星並沒有可靠的探測預警系統，也沒有成熟的攔截手段。

從理論上說，在及時發現的前提下，將小型化高威力核彈頭、動能攔截彈頭、重型火箭結合在一起，是有可能對隕星實施攔截的，但是目前並沒有可以實際作戰部署的成品，發展這樣的武器尚需時日。而建立全球協作完整高效的天體觀測網，更是遙遙無期。

本文來源：網易軍事 作者：松鼠 責任編輯：王曉易_NE0011