“中國(guó)復(fù)眼”是由北京理工大學(xué)牽頭，在重慶謀劃建設(shè)的深空探測(cè)雷達(dá)，它是世界首部具備三維成像和形變監(jiān)測(cè)的深空雷達(dá)。完全建成后探測(cè)距離可達(dá)1.5億公里，能看到億萬公里以外、僅有足球大小的小行星運(yùn)行軌跡。
龍騰
中國(guó)工程院院士、雷達(dá)信息處理專家，主要從事空天雷達(dá)信息處理的基礎(chǔ)科學(xué)研究
服務(wù)重大需求 支撐前沿研究
實(shí)際上地球處于被小行星包圍的密網(wǎng)之中，小行星對(duì)地球生命的進(jìn)程具有重大影響，比如現(xiàn)在較為公認(rèn)的恐龍滅絕原因是由小行星所造成?，F(xiàn)在已發(fā)現(xiàn)2000多顆具有潛在威脅的小行星，這一數(shù)字每年還在以100顆的速度增長(zhǎng)。
潛在威脅小行星的定義是在地球750萬公里的軌道之內(nèi)，直徑大于140米的小行星。它的撞擊威力大于1萬顆廣島原子彈，會(huì)造成百萬以上人口的損失。此外還存在3萬顆距離地球4500萬公里的近地小行星，它們的軌道與地球相交也存在撞擊風(fēng)險(xiǎn)。
這些小行星主要來自距地球1.8到4億公里之間的主帶小行星——這是位于木星與火星之間的密集區(qū)域，是近地小行星與潛在威脅小行星的主要來源。
“中國(guó)復(fù)眼”計(jì)劃構(gòu)建一個(gè)大規(guī)模的分布孔徑深空探測(cè)雷達(dá)，由多個(gè)雷達(dá)單元構(gòu)成深空探測(cè)裝置以探測(cè)和監(jiān)視小行星等深空目標(biāo)，支撐小行星防御等國(guó)家重大任務(wù)的實(shí)施。對(duì)于潛在威脅小行星，我們計(jì)劃實(shí)現(xiàn)米級(jí)的三維成像，對(duì)于近地小行星要做到公里級(jí)的目標(biāo)探測(cè)；構(gòu)建全球性能最強(qiáng)的深空探測(cè)雷達(dá)，以支撐我國(guó)實(shí)施重大部署和發(fā)展世界前沿科技。
這一項(xiàng)目的研究意義重大，我國(guó)已經(jīng)成立生物探測(cè)實(shí)驗(yàn)室并且批復(fù)了天問系列的行星探測(cè)重大工程。其中天問一號(hào)探測(cè)火星，天問二號(hào)探測(cè)小行星和主帶彗星，天問三計(jì)劃去火星，天問四計(jì)劃去木星。需要盡快打造實(shí)驗(yàn)室的觀測(cè)基地，以支持天問系列任務(wù)的順利開展。
此外，2005年Science提出125個(gè)前沿科學(xué)問題，其中多個(gè)都與小行星有關(guān)。包括行星是如何形成的、地球生命在何處產(chǎn)生、是什么導(dǎo)致物種滅絕等。
小行星是太陽(yáng)系的古老天體，與行星的形成、生命的起源和物種滅絕密切相關(guān)。對(duì)于行星形成而言，小行星是記錄行星形成過程的時(shí)間膠囊。對(duì)于生命起源，小行星可能是地球早期水和有機(jī)物的來源。對(duì)于物種滅絕，小行星的撞擊可能造成了地球上多次的物種滅絕。
小行星研究可以為研究行星形成、生命起源、物種滅絕等前沿科學(xué)問題提供重要支撐。這個(gè)項(xiàng)目的研究一方面要服務(wù)小行星防御、生物探測(cè)等國(guó)家重大需求，同時(shí)要支撐行星形成、生命起源、物種滅絕等世界前沿的科學(xué)研究。
目前已有的天文觀測(cè)手段主要包括射電望遠(yuǎn)鏡和光學(xué)望遠(yuǎn)鏡，其中射電望遠(yuǎn)鏡的典型代表是Fast天眼，但它是被動(dòng)接收天體輻射的電磁波，而小行星輻射很微弱無法觀測(cè)。光學(xué)望遠(yuǎn)鏡的主要缺點(diǎn)是分辨率不夠高，難以獲取小行星的形貌。另外測(cè)距精度也比較弱，難以快速地精確測(cè)距。
深空雷達(dá)是通過主動(dòng)發(fā)射電波，并且接收天體反射波來探測(cè)目標(biāo)的探測(cè)裝置。它的優(yōu)勢(shì)是可以精確測(cè)距，因此能大幅提高小行星的測(cè)軌精度，縮短測(cè)軌時(shí)間；也可以獲取小行星的形狀，其分辨率和飛掠探測(cè)器相當(dāng)。美國(guó)在《2023~2032年行星科學(xué)與天體生物學(xué)十年規(guī)劃白皮書》里提及，雷達(dá)是測(cè)量近地天體物理和動(dòng)力學(xué)特性最強(qiáng)大的遙感手段。
“眺望”深空面臨的主要挑戰(zhàn)
目前，我國(guó)還沒有用于小行星研究的深空探測(cè)雷達(dá)。全球也只有兩個(gè)深空探測(cè)雷達(dá)，分別是美國(guó)阿雷西博（Arecibo）雷達(dá)和金石太陽(yáng)系雷達(dá)（Goldstone Solar System Radar，GSSR）。阿雷西博和金石的天線口徑分別為305米和70米，它們都是集中孔徑的雷達(dá)體制，用單一的大孔徑天線來進(jìn)行觀測(cè)。
現(xiàn)有深空探測(cè)雷達(dá)面臨的主要問題包括：第一，成像距離比較近，難以滿足近地小行星的觀測(cè)需求；第二，只能進(jìn)行二維成像，無法獲取三維的形貌精細(xì)特征；第三，無法檢測(cè)到微變化，目前測(cè)量的變化量級(jí)是米級(jí)的，無法測(cè)量厘米級(jí)的微變化，而厘米級(jí)的微變化對(duì)于研究小行星的軌道特性、潮汐特性、結(jié)構(gòu)特性都非常重要。
同時(shí)，現(xiàn)有的深空探測(cè)雷達(dá)因?yàn)轶w積重量大，上面吊裝的天線饋源很重，易損壞且難維修。2019年金石太陽(yáng)系雷達(dá)的發(fā)射機(jī)出現(xiàn)故障，在20個(gè)月的時(shí)間內(nèi)無法執(zhí)行觀測(cè)任務(wù)；2020年阿雷西博雷達(dá)也因結(jié)構(gòu)斷裂導(dǎo)致徹底退役。
