2010 年，Marco Tantardini 一整年都在梦想着小行星。这位身材健壮、留着浓密胡须的 26 岁意大利人，穿着黑色皮夹克，骑着摩托车，比起一丝不苟的太空迷，他更像晚年的海明威。他曾在行星学会和 NASA 做过实习，但都已结束。他获得了空间工程硕士学位，但没有找一份传统的工作。相反，他回到意大利克雷莫纳的父母家，坐在他小时候写作业的同一个房间里，勾勒出一个捕捉小行星的计划。他称之为“西西弗斯胜利”任务，并相信这将是人类探索的下一次巨大飞跃。
与希腊神话中被判处永无止境地将巨石推上山顶却又看着它滚落的西西弗斯不同，Tantardini 开发了他认为能够成功移动巨型太空岩石的策略。他设想发射一艘宇宙飞船，耗时数年，去拦截一颗直径在 10 米或以下的小行星。飞船将捕捉它，可能使用一张巨大的网，并将其运送到地球附近一个稳定的轨道位置。当这块岩石停在距离地球大约四天航程的地方，宇航员将有机会第一次访问、研究，甚至触摸小行星。
Tantardini 的愿景本身听起来可能异想天开，是一个失业的梦想家不切实际的追求。但许多有成就的科学家和工程师都在忙于勾画类似的计划。2016 年，NASA 计划发射 OSIRIS-REx，这是一个将前往一颗名为 Bennu 的 500 米宽的小行星的机器人探测器，采集土壤和岩石碎块，并将样本带回地球。奥巴马总统已承诺在 2025 年前派宇航员去做同样的事情。一些团队正在认真设计探测器来探测流浪小行星，并在它们撞击地球之前拦截它们。另外，两家由企业家组成的团体，被其中潜在的数十亿美元矿产资源吸引，最近成立了小行星采矿初创公司。K. Ram Shriram，一位硅谷的风险投资家，投资于这个新兴产业，他说他看到了与早期谷歌相同的潜力。
然而，在所有计划中，重新安置小行星可能带来最丰厚的回报。寻找合适的目标将要求天文学家更勤奋地搜索小行星，这对那些关心行星防御的人来说是个好消息。将其放置在地球附近将极大地造福科学家和矿工，使他们能够近距离检查它。当 Tantardini 提出“西西弗斯胜利”计划时，正是激发太空科学界围绕一个宏伟目标产生共鸣的绝佳时机。连他自己都对其进展之大感到惊讶。“当你尝试做这样的事情时，你不会去想它有多么不可能，”他说。“你只是相信这个想法。”
俄罗斯西部的一座大城市车里雅宾斯克，以生产拖拉机和职业冰球运动员而闻名，直到 2013 年 2 月 15 日早晨，一颗 19 米宽的陨石划破天际，以 500 千吨 TNT 的爆炸力爆炸。这颗陨石产生了一个比太阳亮许多倍的火球，威力巨大，甚至导致晒伤。冲击波震碎了窗户，将居民吹倒在地，造成 1200 多人受伤。这是百年来袭击地球的最大天体，科学家们却对此毫无察觉。相反，他们一直专注于一颗更大、直径 45 米的 2012 DA14 小行星，它在同一天飞掠到离地球 18000 英里的地方——这是地月距离的十分之一。
这些事件发出了一个严峻的提醒：人类生活在一片飞行的岩石的暴风雪中，这些矿物和金属的团块，形状像球形、土豆和保龄球瓶，直径从几英尺到一百多英里不等。正如 NASA 最杰出的小行星猎人 Don Yeomans 所解释的那样，这些岩石是 46 亿年前太阳系形成时未能聚集形成行星的剩余碎片。
距离地球 2800 万英里以内的小行星被称为近地天体（NEOs）。它们有数百万颗，其中大部分起源于木星和火星轨道之间的主带。尽管它们偶尔会撞击地球——6500 万年前灭绝了恐龙，1908 年夷平了 800 平方英里的西伯利亚森林——但直到最近，被发现的 NEOs 数量仍然非常少。天文学家在 1898 年发现了第一颗 Eros；到 1960 年，他们只识别出另外 19 颗。直到 20 世纪 90 年代末，随着数字成像和计算机辅助搜索的出现，探测才真正加快。如今，搜索项目每周能发现约 20 颗 NEOs。当去年 6 月发现第 10000 颗时，天文学家们欢呼雀跃。
科学家们已经发现了估计数量中超过 90% 的、足以终结我们所知的文明的 NEOs，即直径 1 公里或更大的。不幸的是，在估计的 15000 颗 140 米级别的 NEOs 中，他们只掌握了 40% 的信息，其中任何一颗都可能摧毁一个主要大都市。在占地半数以上、尺寸为 30 米及以下的小行星中，只有 1% 被绘制了轨道图，其中许多可能摧毁一座城市。正如 NASA 近地天体项目办公室的科学家 Paul Chodas 经常说的那样，“感觉就像我们在一个射击场里，而我们正处在正中间。”
即使在相对平静的天文无知时期，人们也认识到制定一个健全的行星防御计划的必要性。麻省理工学院的学生在 1967 年的一次课程项目中提出了最早的概念之一。他们被要求阻止一个（假设的）朝着地球飞来的 640 米物体，学生们制定了一个计划，用连续六次核爆炸来摧毁或偏转它。然而，炸毁一块大石头可能会轻易地将其分裂成许多小危险物体，所有这些物体仍然朝着地球飞来——这就像霰弹枪一样，而不是一颗子弹。
在 NASA 超过 60 万美元的资助下，爱荷华州立大学小行星偏转研究中心主任 Bong Wie 最近开发了一种更细致的方法。他的计划包括将一艘宇宙飞船撞击小行星以形成一个陨石坑，然后是第二艘携带核弹的宇宙飞船。模拟显示，该策略的破坏性影响将是原来的 10 到 20 倍，并且更有可能将岩石炸成无害的碎片。
冲击波震碎了窗户，将居民吹倒在地。这颗小行星是百年来袭击地球的最大天体，科学家们却对此毫无察觉。
其他专家提出了不那么激进的策略。德克萨斯农工大学的航空航天工程师 David Hyland 建议在小行星周围“绘制”一条明暗相间的条纹。这条条纹会改变天体的反射率，从而辐射出的热光子会巧妙地改变它的路径。来自苏格兰斯特拉斯克莱德大学和格拉斯哥大学的研究人员正在模拟一个计划，用几个名为“激光蜜蜂”的小型飞行器围绕一块太空岩石。每个“激光蜜蜂”都会向小行星表面发射激光束，产生一个气体羽流，就像火箭发动机的排气一样，将天体推离原来的轨道。
但即使是最聪明的防御，对于尚未发现的小行星也无济于事。“我们地球公民实际上是在闭着眼睛在太阳系里飞行，”前 NASA 宇航员 Ed Lu 去年在国会作证时说。陆地望远镜必须透过地球大气的浑浊层向外观测，并且只能在夜间进行搜索。与此同时，太空设备通常被设计用于扫描我们太阳系之外的宇宙的一小部分区域。最适合搜寻小行星的仪器 WISE 空间望远镜，其设计初衷是为了观测整个天穹，包括星系和恒星。它最近被重新激活，执行一项为期三年的新任务，专门搜索 NEOs；它的四个红外传感器中有两个已不再工作。
为了帮助填补它认为是明显的技术空白，B612 基金会（以安托万·德·圣埃克苏佩里的经典著作《小王子》中小王子的家园小行星命名）与 Ball Aerospace 合作，建造一个私人资助的天文台，并希望在 2018 年发射。它被称为 Sentinel 空间望远镜任务，将围绕一个类似金星的轨道运行，其红外传感器将搜索由辐射太阳能的小行星发出的微弱热信号。“Sentinel 将比所有其他观测系统加起来有效 100 倍，”B612 的联合创始人 Lu 说。
到目前为止，该组织今年仅筹集了 2000 万美元，距离发射和运营所需的 4.5 亿美元还差得很远。虽然五亿美元绝不是小数目，但 Lu 指出，这个成本与一个中等规模的市政项目相当。例如，用德克萨斯农工大学翻修其足球场的相同金额，科学家们就可以发射一个拯救文明的“天眼”。“很多人说，‘过去 100 年里我没听说有人被小行星杀死过，所以我不需要担心它’，”Lu 说。但他将这些人比作拉斯维加斯的赌徒。“赔率就是那样，迟早庄家会赢。”
当 Tantardini 致力于“西西弗斯胜利”时，他可以从窗外看到高 343 英尺的克雷莫纳托拉佐，一座建于 14 世纪的砖砌钟楼。塔内有一个大型天文钟，对于创造它的父子团队来说，人类遨游太空的想法可能还是难以想象的。在许多日子里，Tantardini 也觉得“西西弗斯胜利”遥不可及。朋友们建议他只需写一篇论文，在会议上展示一下，然后继续前进。但他不愿意放弃他的想法。“我想让一些真实的事情发生，”他说。
Tantardini 知道自己没有独自开发这个任务的专业知识，所以他在 2010 年夏天决定招募其他工程师来帮助他。他联系了他以前实习时的熟人，并在网上搜索 NASA 的高级管理人员，给他们发邮件介绍他的计划。他的许多尝试都石沉大海，但一些专家足够感兴趣，愿意倾听，其中包括 NASA 喷气推进实验室（JPL）的航天器轨道专家 Martin Lo，以及行星学会的联合创始人 Louis Friedman。
“我的第一反应是：‘哦，移动小行星，你疯了吗？’” Friedman 说。至少自 20 世纪 70 年代以来，人们一直在设计各种各样的方案来做到这一点。他们提出了使用太阳帆或喷射石块的质量驱动器，甚至工程设计两个物体碰撞，使它们像台球的组合球一样反弹。Tantardini 被吸引到一种更有前途的策略：他扩展了 Lo 在 2002 年关于可以用于运输小行星的低能轨道计算。Tantardini 得出结论，通过结合航天器的推进力和月球等天体的引力辅助，实际上可以移动小行星。
Friedman 被打动了，他邀请 Tantardini 向来自 JPL 和 Caltech 的一群工程师介绍这个概念。他们反过来建议，专注于开发新的空间任务概念和技术的组织——Keck 太空研究学院（KISS）——可能会资助一项可行性研究。KISS 同意了，Friedman 共同领导了这项工作。Tantardini 是该研究小组的 30 名成员之一，其中包括 Yeomans，以及来自多个 NASA 任务中心、哈佛和 Caltech 的学者，以及前宇航员。
在以往小行星重新安置研究的基础上，该团队绘制了一个任务计划，将派遣一艘机器人宇宙飞船执行为期三年到五年的任务，前往一个目标 NEO。然后，他们构思了一种捕捉方法：充气臂将展开一个直径 15 米的巨大袋子，该袋子将像蟒蛇吞食沙鼠一样吞下太空岩石。缆绳将收紧袋子，然后，现在与小行星一起旋转的宇宙飞船将启动推进器，使自身恢复平衡，然后开始返回家园的旅程。
或许将数百万磅重的小行星运送到太阳系中最具挑战性的在于找到合适的推进力。为此，团队找到了 JPL 的火箭科学家 John Brophy，他也是该研究的联合负责人之一。Brophy 自 2007 年以来一直在研究如何移动小行星，并设计了能够完成这项工作的太阳能电力推进（SEP）系统。SEP 系统由安装在航天器上的光伏电池板供电，利用电力电离氙气，加速这些离子，并以高达每秒 30 公里的速度从发动机后部喷射。Brophy 说：“你的排气速度大约是你使用化学推进剂的 10 倍。”他设计了 NASA 的 Dawn 探测器上使用的 SEP 系统，该探测器目前正在前往矮行星谷神星的途中，他目前正在帮助开发一种至少强大 20 倍的下一代 SEP 系统。
用德克萨斯农工大学翻修其足球场的相同金额，科学家们就可以发射一个拯救文明的“天眼”。
2010 年，Brophy 和几位 NASA 同事研究了 SEP 动力航天器如何捕捉一颗 10 吨重的小行星并将其移动到国际空间站（ISS）。Tantardini 曾建议将小行星停放在月球附近一个轨道稳定的拉格朗日点，KISS 团队发现这样的目的地在实践上是可行的。与将其移入地球的深层引力井相比，将小行星移至拉格朗日点或高月球轨道（一个更稳定的位置）所需的能量要少得多。这意味着航天器可以抓取一个大得多的岩石——高达 1000 吨——并且更大的物体更容易找到和表征。
科学家们于 2012 年 4 月完成了 KISS 可行性研究。受该报告的启发，NASA 委托自己的团队以更详尽的技术细节来研究该任务。2013 年初，该计划一路呈报到白宫：奥巴马总统在 2014 年的预算中提议拨款 1.05 亿美元，供 NASA 正式开展太空机构称之为“小行星重定向任务”（ARM）的项目。“没有人怀疑我们最终能在未来移动小行星，”Brophy 说。“最令人震惊的是，人们发现你现在就能做到。”
很少有人比那些想从小行星上开采资源的人更对重新安置小行星的前景感到兴奋，这个想法已经吸引了远见者一个多世纪。俄国火箭科学家康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基在 1903 年写道，小行星采矿对于征服宇宙至关重要；它将允许宇航员自给自足，获取氢气作为燃料和水等资源。
小行星还可以带来巨额的利润。根据 Planetary Resources 公司的数据，这家由商业航天先驱 Peter Diamandis 和 Eric Anderson 于 2010 年创立的小行星采矿公司称，一颗 500 米宽的小行星可能含有当前世界铂族金属（如铱和钯）储量的 1.5 倍。而一颗富含水、尺寸相似的小行星可能含有比超级油轮多 80 倍的水。该公司表示，如果将其转化为氢气和氧气，它将能提供足够的燃料来驱动人类历史上发射过的所有火箭。被同样的惊人数字吸引，第二家小行星采矿公司 Deep Space Industries 于 2013 年成立。
为了找到这样的飞行宝箱，Planetary Resources 计划发射一系列功能日益强大的太空望远镜。第一款名为 Arkyd-100，功能相对简单：它的镜子只有九英寸宽，而哈勃太空望远镜的主镜有 94 英寸。但该公司总裁 Chris Lewicki 认为 Arkyd 将是新工业革命的第一步。“互联网、汽车、航空、铁路——小行星采矿就是 21 世纪的对应物，”他说。
但是，即使是相对近距离的小行星也绕着数百万英里外的轨道运行，这使得它们距离太远而无法实际使用。NASA 的 ARM 详细说明了一种可行且相当经济的方法，可以将这些天体移到离地球更近的地方，这使得该任务对矿工来说非常有吸引力。Lewicki，KISS 研究小组的成员，称赞了这项任务的概念，因为它有可能推动小行星采矿，并且其大胆性。“NASA 正在谈论将人类送往比以往任何时候都远得多的太空，”他说。“这将是真正的探索，是自阿波罗计划以来最激动人心的事业。”
当 NASA 宣布可能进行小行星重定向任务时，许多人都感到惊讶。退休的 NASA 小行星专家 Al Harris 抱怨说，这项任务“在很多方面基本上是痴心妄想——有合适的目標，你能在规定时间内找到它，而且如果你去了那里并把它带回来，你真的能抓住它。”在国会山上，这项任务变成了一个政治上的“纸靶子”。密西西比州的众议员 Steven Palazzo 称其为“昂贵而复杂的干扰”；其他人则威胁要阻止进一步研究的资金。（最终获得了批准。）批评者们最初没有理解的是，尽管 ARM 看起来像科幻小说，但它在技术上是可行的。而且，捕捉一块太空岩石是一项旨在实现更伟大目标的“特洛伊木马”：ARM 可能是当前唯一一项将人类送回太空并让他们走上通往月球和火星之路的计划。
回想一下近期的历史：2009 年，总统任命的奥古斯丁委员会报告说，美国的载人航天计划正处于“不可持续的轨道上……追求与分配资源不匹配的目标。”次年，奥巴马总统宣布取消 NASA 的“星座计划”，该计划原本是要将宇航员送回月球（并最终送往火星）。他转而接受了委员会的建议，采取更小、更经济的步骤，让 NASA 逐步开发必要的技术。
奥巴马说，第一个目标是在 2025 年之前访问一颗小行星。但即使是这个目标也超出了当前的能力。NASA 为载人航天开发的两款飞行器——太空发射系统和猎户座飞船——的设计目标是让宇航员能够到达月球稍远的地方，而不是火星和木星之间的小行星带。行星学会的 Friedman 说，这就是为什么当 Tantardini 来找他谈小行星回收的想法时，他如此兴奋，以及为什么 NASA 最终也对该项目如此着迷。这项任务是对那句老话的一个转折：如果人类不能去小行星，那么小行星就必须来找我们。“这是一个顿悟，它解决了载人航天计划的基本问题，”Friedman 说。“你有了目的地；它很有趣，而且有意义，而且具有科学价值，而且可以在现有计划内完成。”
去年夏天，NASA 发起了“小行星计划”，包括 ARM 和“小行星大挑战”（AGC），以帮助识别 NEOs，用于科学研究和行星防御。3 月份宣布的“小行星数据猎人”（Asteroid Data Hunter）是第一个 AGC 竞赛系列，它将奖励开发能够提高地面望远镜小行星探测能力的算法的参与者 35000 美元。
与此同时，近地天体项目启动了一个系统，协调世界各地的望远镜搜索适合 ARM 的小行星——直径在 4 到 10 米之间，轨道路径易于捕捉和重定向。NASA 的 Chodas 说，自 2013 年 3 月实施以来，该系统已向他们发出了一打可能的候选天体。在约翰逊航天中心的“中性浮力实验室”，宇航员们已经在水下训练池中进行训练，离开航天器，攀爬到模拟小行星的表面。
NASA 人类探索项目总监 William Gerstenmaier 认为，这项任务可以彻底改变人类与宇宙的关系。“这将是历史上第一次我们能够将太空中的一个物体进行移动，”他说。“我们开始为了我们自身的利益改造太空。”
Tantardini 本人已经转向了其他想法，比如一个消费级无人机项目。但他期待着 ARM 的发射。“三年前，大多数人会说，即使是移动一颗小行星也只是一个梦想，但团队证明了它是可以实现的，”Tantardini 说。“问题不是任务会不会发生，而是什么时候发生。”
第一步：发现小行星
在数百万颗经常飞过地球的小行星中，天文学家迄今只探测到 10000 颗。一些正在开发中的望远镜可以填补我们地球周围的地图。
近地天体相机（NEOCam）
谁： NASA 喷气推进实验室
目标： 探测直径大于 140 米的近地天体的三分之二
状态： 红外传感器已通过关键设计测试；如果被 NASA 2016 年的 Discovery 项目选中，该任务可能于 2020 年发射。
计划： NEOCam 的红外望远镜将在一个稳定的拉格朗日点轨道上，在两个波长上搜索小行星的热辐射。它 14 度的视场比其 NASA 前辈 WISE 望远镜大许多倍。
小行星陆地撞击最后警报系统（ATLAS）
谁： 夏威夷大学
目标： 提供小行星撞击的预警（根据规模，从一天到三周不等）
状态： 目前正在夏威夷建造，预计将于 2016 年开始正常运行。
计划： 两台配备 1.1 亿像素摄像头的 20 英寸望远镜将每晚扫描两次可见天空。该系统足够灵敏，可以探测到从旧金山看到的纽约火柴头光线的等效物。
Arkyd-100
谁： Planetary Resources
目标： 勘探小行星，确定其位置、成分、大小和自转速度。
状态： 一颗名为 A3 的纳米卫星将于今年晚些时候发射，用于测试几项关键技术。
计划： 这颗重 33 磅、尺寸约等于一个迷你冰箱的卫星将每 90 分钟绕地球运行一次，并通过光学望远镜观测小行星。激光通信系统会将图像传回地球。
第二步：阻止流浪岩石
去年，一颗流星在俄罗斯上空爆炸，产生的爆炸相当于 50 万吨 TNT。目前有多项努力正在进行，以防止类似的物体撞击地球。
激光蜜蜂
谁： 行星学会/斯特拉斯克莱德大学/格拉斯哥大学
目标： 偏转直径 2 至 400 米的小行星。
状态： 如果实验室测试和计算机模型显示出希望，可能在 5 到 10 年内进行一次试验飞行。
计划： 小型飞行器将蜂拥而至一颗小行星，并用激光在其表面照射数月或数年。汽化的岩石将形成一个过热的气体羽流，将小行星推向新的轨道。
超高速小行星拦截飞行器
谁： 爱荷华州立大学/NASA
目标： 摧毁直径达 1000 米的小行星。
状态： 第二阶段研究将于 9 月结束。试验任务可能在十年内发射。
计划： 拦截飞行器将接近一颗小行星并分成两部分。第一部分将撞击表面以形成一个陨石坑。第二部分携带一枚 300 至 1000 公斤的核弹，将在陨石坑内引爆，将小行星炸成碎片。
小行星撞击与偏转评估
谁： 约翰霍普金斯大学/欧洲航天局/NASA
目标： 在 150 米直径的二元小行星系统 Didymos 的卫星经过地球时撞击它。
状态： NASA 和 ESA 正在进行初步研究。如果获得全额资助，两艘宇宙飞船将于 2020 年和 2021 年发射。
计划： 由约翰霍普金斯大学制造的宇宙飞船将撞击较小的小行星并改变其轨道。ESA 的飞船和地面望远镜将观测撞击情况，以评估其效果。
如何捕捉一颗小行星
NASA 已将探索近地天体确定为宇航员通往火星之路的下一步。以下是小行星重定向任务可能如何进行。
1) 最早可能在 2018 年，一枚 Atlas V 火箭将发射一艘机器人捕捉飞船到近地轨道。该飞船的 40 千瓦太阳能电力推进系统将将其提升到高地球轨道。在那里，月球引力辅助将加速它前往目标小行星——一颗 500 吨重、直径 22 英尺的岩石。
2) 四年后，飞船将进行最后接近。当它接近目标 165 英尺以内时，它将释放一个充气外骨骼，该外骨骼将展开一个由高强度织物制成的圆柱形捕捉袋。
3) 一旦捕捉袋包裹住太空岩石，这个过程预计需要 90 天，外骨骼将放气，收紧织物，并将其拉近飞船。如果小行星旋转过快，捕捉袋内的充气气囊将将其锁定在原地。
4) 在接下来的三到五年里，飞船将把小行星拖向月球。它将使用另一个
月球引力辅助将其提升到一个极稳定的高月球轨道。飞船及其货物将留在那里妥善保管。
5) 2025 年，猎户座飞船将从地球发射，并与捕捉飞船对接。一个两人乘组将爬上安装在两辆车之间的吊臂，到达捕捉袋顶部，在那里他们将研究小行星并收集样本。
本文最初发表于《大众科学》2014年5月刊。
