手把手教你
如何防御小行星？
图注：DART任务的艺术想象图
前不久的2021年11月24日，美国NASA借由SpaceX的猎鹰9号发射了一枚行星防御测试任务——Double Asteroid Redirection Test (双小行星重定向测试，DART，飞镖)。这枚探测器将会通过撞击一颗小行星，对目标小行星产生大约4毫米每秒的速度改变，影响小行星的轨道。虽然这一改变微小不起眼，但在漫长的轨道周期上，小行星的轨迹将受到深远的改变。之所以叫双小行星，是因为目标小行星是一大一小，相互绕转的两颗小行星。
DART作为一次实验任务，体型很小，事实上也只是为了验证技术的可行性，不能作为地球紧急防御的实际手段。试想这样一种情况——假如真的毫无预警地，一颗小行星即将在大约半个月后撞击地球，我们要如何防御它？
图注：DART飞行器在美国喷气动力实验室里。两侧的两个“卷轴”是卷起来的太阳能板，需要为探测器上的“电老虎”——电力推进器供电。可以看出整体是一颗很小的飞行器。
光说不练假把式，今天小编就给大家示范一次“小行星重定向”任务，相信大家看完，都能学会如何拯救地球！
（本次任务全程由小编本人原创，并由四名“坎巴拉星人”，或称“小绿人”宇航员配合完成。事件全部发生在未知星域的坎巴拉星系，不涉及人类世界现实。）
01 任务简报
本次，我们的母星遭到威胁！我们监测到，一颗直径至少12米的D级小行星，即将在约15个恒星日后，径直撞上这颗美丽的蓝色星球！
图注：这颗小行星编号Ast.PYW-123，一个恒星日后即将进入地球（实际上是小绿人的母星Kerbin）引力范围，然后在约15恒星日后撞击地球。如图可见其预期轨道与地球表面相交。
坎星人的宇航技术暂时领先于地球人，他们已经有过数次成功或失败的小行星拦截任务经验。这一次，他们又要站出来，保卫自己的家园！
图注：在其中一次试图将小行星软着陆带回地球的任务尝试中，小行星坠毁在航天中心附近，造成了灾难性的损失。动图为8倍速播放。
02 向目标进发！
航天中心为确保万无一失，从四名最优秀的坎星航天员中选出三位，执飞此次任务。任务采用成熟可靠的Ast-Hunter-10飞船（小行星猎手10号），这一飞船在小编的另一个存档中已经执行了超过10次小行星重定向任务，专门针对C级和D级小行星重定向任务研制。不过这次为了蹭DART的热点，我们特地将这艘飞船重命名为，‘Kerb-Dart’。
图注：作为后备队员的Valentina Kerman目送Jebdiah Kerman，Bob Kerman，Bill Kerman三位勇士升空，并祝福他们好运。
飞船整体为两级半结构，大推力的芯一级液态火箭发动机和助推级固体火箭发动机同时点火，将火箭送上高层大气。
图注：3，2，1，点火！动图为2倍速播放。
随后高效率（大比推）、小推力的二级核动力液体燃料火箭发动机点火，将飞船送入轨道。
图注：芯一级与二级（上面级）。注意由于Kerbin这颗行星的第一宇宙速度远小于真实的地球（只有约1/3），火箭入轨难度非常低，因此火箭干质比可以很高。
二级发动机同时提供飞船上面级的推力。为提高火箭效率，降低死重，有三个用完即抛的燃料罐挂在飞船末尾。
图注：飞船成功入轨，展开太阳能板、天线、热控单元，以及最重要的RGB灯光（据传可以提升小绿人的工作效率）
进入低-地球轨道（LEO）后，飞船就需要筹划如何捕捉到目标小行星——实际上就是策划一次与小行星的交会对接，而交会对接的本质，就是使两个飞行器在某一时刻，其轨道高度、离心率、倾角、辐角、升降交点经度、速度等完全一致，或者说相空间坐标（三维位置，三维速度）完全一致。
图注：正在抬高轨道高点的Kerb-Dart飞船。抬高轨道高点最省燃料的方式是在轨道低点顺向切向加速，这是奥伯特效应的运用。左上角，远方的月球（游戏中称为Mun）遥遥可见。
首先，我们需要抬高飞船轨道高点，以使其与小行星轨道相交，然后在这一交点上匹配二者的轨道倾角，以消除二者的轨道平面法向速度差异。
图注：首先调节倾角。在此之前抬高轨道高点（远地点）的目的是节约调节倾角所需的燃料。这是一个机械能守恒和动量守恒相互影响的经典问题，运用高中物理，相信一想就明白了。
在这个过程中，耗尽燃料的燃料罐将会被抛出。
完美匹配的轨道倾角，使得飞船与目标天体的轨道平面重合，这将极大方便我们规划交会对接的过程。但我们依旧需要寻找最恰当的交会时机。通过调节飞船的轨道周期，使得目标天体在撞上地球之前，先与飞船交会。我们只有一次机会。
图注：经过精心规划，我们得以在小行星撞地球之前一个恒星日，先拦截到小行星。
规划好的交会轨道并不足够精确，在这一交会准备轨道上，Kerb-Dart还需要进行一次轨道修正，来使得二者交会的最近距离小于100米。这还没完！在交会点上，二者还会有约130米每秒的速度差，需要在飞船抵近小行星的时候，再在1分钟之内完全消除。
图注：飞船正在进近小行星，并刹车，消除二者间的相对速度。在这一瞬间，飞船和小行星的轨道几乎重合——都是直奔地球撞去的。4倍速播放。
当二者足够靠近，Kerb-Dart飞船就可以展开抓娃娃机爪子小行星捕获装置，以小行星的质心为目标，缓缓靠近并捕获了。
图注：我小心翼翼地接近，怕小行星在梦中惊醒。一旦翻滚起来，就危险了。
捕获之后，还要进一步调节小行星质心、飞船质心和飞船的推力矢量基本在一条直线上，不然飞船发动机工作时，将会产生非常大的翻滚力矩，导致失控。
03 化敌为友，接待深空来客
这颗小行星带着紫色的纹路，看起来很神秘，也许隐藏了宇宙深处的秘密。但现在可没有时间深入研究——还有一个恒星日，我们就要撞上地球了！当务之急是立刻着手改变小行星的轨道。
图注：编号Ast.PYW-123的小行星经初步测量，重达270.624公吨。飞船搭载的6架核动力推进器显得很无力，只能提供1米每二次方秒的加速度。但这也比地球人的DART强多了。一秒的量就胜过DART一辈子的量200多倍。
一番努力，主要通过轨道切向顺向加速，现在飞船和小行星的组合体的近地点成功被抬高到大气层之外。至少这次，小行星将不会撞上地球了。小行星和飞船如果沿着当前的轨道继续飞行，将会离开地球的引力范围，再次回到茫茫的深空当中去，不知何时才能再见。
图注：小绿人的地球Kerbin的大气层高度70千米，这次小行星将会擦着Kerbin的头皮掠过。
但我们前面也说了，这颗星球蕴含着来自深空的秘密，我们不可能一抛了之，必然要进行深入的研究。如果将这颗小行星停泊在地球轨道上，可能随时还会有危险发生——这个时候，月球正是个好地方——不怕被撞，距离地球又不算太远。小绿人们决定把这颗小行星带到月球轨道上安置。
图注：正在规划前往月球的轨道
正好，月球也十分配合，其轨道相位恰好可以在我们这条轨道即将离开地球引力范围之前与我们相遇。只需要花费很少的燃料，我们就可以筹划一次月球的飞掠，然后顺势被月球捕获。
图注：被月球捕获后，在月球轨道低点（近月点）执行动力刹车（发动机反推减速）。最终，我们进入了一条月球逆向倾斜椭圆轨道。后来调整为月球赤道逆向椭圆轨道。
也许未来，我们会通过对这颗小行星的研究，获益良多。
图注：比如在地球上建一个小行星陈列馆或者在月球建一个“小土豆”科研空间站什么的。
04 回家，回家！
至此，地球已经彻底摆脱了本次小行星的威胁，珍贵的天外来客也被保存在了月球轨道上。三位英雄是时候回家了。但Kerb-Dart飞船本身不具备地球大气层再入的能力，我们需要派Valentina去接他们回家！
由于低碳节能的号召，以及危机解除后部分合作伙伴违约不再提供资金支持、小编想要炫技等不便透露的原因，这次我们要采用充满科幻感的单级入轨（SSTO）空天飞机执行这次人员运输任务。
图注：起飞-1倍音速-2倍音速-3倍音速！火花带闪电。
这架空天飞机名为Dart，飞镖，是小编用10分钟随便搭起来的。大气层内的主力引擎是目前还只存在于地球各国航天部门实验室里的“变循环发动机”，真空中的主力引擎则是Kerb-Dart同款的核动力引擎。不仅可以单级入轨，甚至燃料足可以去月球转一圈再回来。这得益于变循环发动机和核动力发动机的双重省油套餐。
图注：大气层内变循环发动机类似于喷气式发动机，吸气并燃烧。在真空环境，变循环发动机缺氧，进入内循环，变为火箭发动机。飞机携带的氧化剂耗尽，火箭发动机熄火，核动力发动机接力将飞机送入地球轨道。
图注：规划一条阿波罗计划同款的8字形逆向月球转移轨道。
图注：飞向月球
图注：与Kerb-Dart对接，变为Kerb-Dart-Dart组合体。4倍速播放。
四名宇航员团聚在月球的天空上，激动感慨自不必说。他们快速完成了对小行星的测量和采样，以及最关键的——合影工作。
身边是飞船和渐渐揭开神秘面纱的天外来客，身后是散发银白光芒，但又坑坑洼洼有点丑的月球，四名宇航员看着远方渐渐升起的地球和太阳，他们意识到——该回家了。
他们坐上空天飞机，原路返回，一路火花带闪电。
图注：空天飞机于清晨再入大气层。高温等离子体形成一层炽红的帷帐，包裹机身。太阳从家的方向升起来。
哦，家，温暖的家，我们再一次保护了你。
图注：出野外结束，必须得合个影，以证明本次视频和文案创作过程中，没有小绿人受到伤害。
所以怎么样
你学会如何从小行星的威胁中拯救地球了吗？
一点花絮：
图注：由于再入落点距离跑道太近，降落时没能对准跑道，但又不想复飞，于是在草地上迫降了，实在是有点颠簸哈哈。
编辑：万鹏
美编：许宏玺
校对：刘淇郡
