给小行星“拍照” 为地球装上“防撞雷达”-“中国复眼”有多强？

2022年年末，随着重庆市两江新区明月山上4部口径达16米的天文雷达同时发射信号，“中国复眼”项目一期正式开机，实现了利用分布式雷达体制进行深空探测，拍摄出了国内首张月球环形山地基雷达三维图像。

▲“中国复眼”拍摄国内首张基于分布式雷达的三维月面图。来源：央视新闻

这张月球环形山图像可以清楚地看到距离地球平均距离38万公里外的月球表面，对未来我国月球的探索具有极大的帮助，填补了我国在深空探测雷达领域的技术空白，实现了对月的高分辨率成像观测及实验。

而对于“中国复眼”来说，这仅是其中一期工程的成果一隅。接下来还将有两个工程组建起中国复眼整个项目。在该项目中，最受热议的就是“小行星防御系统”的建设。计划三期工程的“中国复眼”项目全面建设完成后，将拓展人类深空观察的边界，成为世界上探测距离最远的雷达。1.5亿公里以内的小行星，将在我国科学家眼中一览无余，为小行星防御系统的建设提供全面的支撑。

什么是“中国复眼”？

“中国复眼”是北京理工大学重庆创新中心在重庆谋划建设的世界上探测距离最远的地基深空雷达系统，它可以实现高分辨率对上亿公里外小行星和类地行星的观测，并满足近地小行星防御、空间态势感知等国家重大需求，并用于地球宜居性、行星形成等前沿科技创新研究。

“中国复眼”的学名为“超大分布孔径雷达高分辨率深空域主动观测设施”，之所以称为复眼，是因为探测宇宙深处的天体，对电磁波的功率和雷达的面积有着很高要求，而制造一个单体巨型雷达的难度非常大，因此借鉴昆虫“复眼”的原理，用许多台大功率高灵敏度的雷达组成“天线阵列”，利用分布式技术达到巨型雷达的效果。

同时在外形上，和人的眼睛比，有些昆虫的眼睛是由很多小眼睛构成的复眼，“中国复眼”也是由多个小天线构成的一个大天线的外观，也类似于昆虫的复眼。

▲项目二期“超大分布孔径雷达高分辨率深空域主动观测设施预研项目”动画截图。图北京理工大学重庆创新中心

“中国复眼”应何而生？

科学研究表明，地球的诞生以及恐龙灭绝等许多地球之谜都与集中在火星与木星轨道之间的近地小行星息息相关。近些年来，也常有小行星接近地球威胁人类的事件发生，如何防御小行星成为了世界各国关注的课题。截至目前，科学家们追踪了2000多颗对地球有潜在威胁的小行星。

▲6500万年前，小行星撞击曾导致恐龙灭绝

面对近地小行星可能的撞击，我们能够采取的还只是被动的防御措施，即依靠建设地面人防工程等方式，将小行星撞击时所产生的危害降至最低，但这样的办法显然无法完全杜绝次生灾害的发生。

因此，全人类的“守护神”——近地小行星防御系统应运而生。提前掌握地球周围小行星的特征以及运行规律，在推测它们具备撞击地球的威胁且距离地球还有一段距离时，从地球上发射探测器、导弹或者激光，主动对其进行轰击，从而改变其运行轨迹，将危机扼杀在摇篮之中，达到避免撞击地球的结果。

▲近地小行星防御系统

为了守护好地球家园，构建人类命运共同体，国家航天局在2022年4月宣布，中国将建立世界上第一个体系化的国家小行星防御系统，“中国复眼”就是这个小行星防御系统的重要组成部分。

“中国复眼”和“中国天眼”有什么不同？

在构型上

“中国天眼”是全球最大的射电望远镜，一个500米口径的大“锅盖”，而“中国复眼”是分布式雷达，由一个个小“锅盖”构成。第一期由4部16米孔径雷达组成，第二期由25部30米孔径雷达组成，第三期雷达单元数量将扩展到百部以上。

▲中国天眼

在功能上

“中国天眼”是射电天文望远镜，主要接收星体发射出来的信号，是灵敏度极高的“远视眼”，但其本身并不发射电磁波。而小行星本身不发射电磁波，因此“中国天眼”存在一部分局限性。浩瀚深邃的宇宙就像深夜里视线受阻，看不到，但不代表你周围没有事物。

“中国复眼”则属于一种主动型观测设备，正好可以和被动观测的“中国天眼”形成互补。其能发射电磁波探测小行星，并能接收自己发射电磁波的回波，从而探测成像，让我们知道有东西在哪儿，有多大，长什么样。

▲项目一期“分布式雷达天体成像测量仪验证试验场”模拟动画截图。来源：北京理工大学重庆创新中心

“中国复眼”到底有多强？

探测距离最远

“中国复眼”三期工程建成后，探测距离最远可达1.5亿公里，差不多是地球到太阳的平均距离，约为当前世界上观测距离最远的深空探测雷达的3倍，实现我国在深空探测雷达领域保持50年的领先优势。

探测效果最清

“中国复眼”也将是世界首部具备三维成像和形变监测的深空雷达，它具备内太阳系天体高精度主动观测能力，可完成深空雷达探测与成像的演示验证，还能看到上千万公里外仅足球大小的小行星的运行轨迹，为人类规避外太空小行星撞击风险提供更强大的技术支撑。

“中国复眼”目前进展如何？

“中国复眼”项目落地重庆，并分为三期进行。北京理工大学校长龙腾曾表示，“中国复眼”之所以选址重庆，一方面是由于该项目进行需要有非常稳定的地质和气象条件，通过实地调研和历史数据分析，重庆的地理纬度适合雷达的设置和观测；另一方面也是基于北京理工大学与重庆在科研领域建立的深度合作。

第一期“分布式雷达天体成像测量仪验证试验场”，由4部16米孔径雷达组成，用于验证雷达体制和关键技术可行性，可实现月球三维成像。2021年12月，一期项目在渝北区龙兴镇排花洞村方家槽正式动工，并在2022年12月完成建设后成功开机运行，拍摄了我国首幅月球环形山地基三维雷达图像；

▲项目一期“分布式雷达天体成像测量仪验证试验场”。图片来源：重庆两江协同创新区

第二期“大规模分布孔径深空探测雷达预研项目”，将建设25至36部高分辨率分布式雷达，每部雷达天线25米口径，多个小天线合成一个大天线，实现千万公里外的小行星探测和成像，完成深空雷达探测与成像的演示验证，为我国近地小行星撞击防御和行星科学研究提供重要支撑。2022年4月，二期项目完成了建设方案和选址论证，项目选址云阳县，并将于本月进行开工活动；

第三期为北京理工大学联合重庆申报国家“十五五”重大科技基础设施，建设“超大分布孔径雷达高分辨率深空域主动观测设施”，含400部20米雷达，预计探测距离达1.5亿公里，具备内太阳系天体高精度主动观测能力。

中科院武向平院士曾表示，天文学的研究需要靠大设备进行支撑，没有大国重器，国际上就没有话语权。随着“中国天眼”和“中国复眼”的问世，我国将在世界天文学领域拥有无可替代的话语权。

“中国复眼”，蕴含着“中国复兴之眼”的深意，更是人类望向深空的又一巨眼。而它，不仅是抬头仰望，更是用实际行动，为保护地球和人类安全，贡献着中国力量。

来源：重庆科技融媒体中心微信公众号