0 引 言
在历史上，小行星撞击地球事件时常发生，多次导致地球生物灭绝和环境灾变，是事关人类生存潜在的重大威胁之一，已成为全人类长期面临的共同威胁和挑战，也是当前国际社会重点关注的问题[1]。近年来，近地小天体探测已逐步成为深空探测领域的热点，也将成为太空航海时代背景下，航天强国开疆扩土、竞相抢占战略资源的新时期“太空岛屿”[2]。近地小天体探测、监测和预警，已成为天文学、地学、行星科学、航天等学科的研究前沿和热点。开展近地小天体监测预警研究，是大国必争的战略和技术制高点，关乎航天强国在国际航天事务中的影响力、主导权和话语权，关乎构建人类命运共同体，关系到全球安危，是保护人类自身发展与生存的必然选择[3]。
世界各国高度重视小行星监测预警工作。以美国、欧盟、日本等航天大国为代表，早期就已开展了近地小行星的观测和防御计划。目前，小行星探寻工作已取得丰硕成果，截至2025年3月18日，国际已编目发现38 018颗近地小行星。2009年，欧空局（European Space Agency，ESA）统筹20个成员国，建立了“太空态势感知”计划，对空间碎片和潜在威胁天体进行观测，精确搜寻对地球具有“潜在危险性”的小行星。2013年，由美国和欧洲主导，经过联合国大会批准，建立了国际上的两个主要的小行星多边协调机制，即国际小行星预警网[美国国家航空航天局（National Aeronautics and Space Administration，NASA）为国际小行星预警网主席单位，负责国际小行星预警网机制的日常管理工作]和空间任务规划咨询小组（ESA是空间任务规划咨询小组的主席单位，负责审核针对危险撞击事件制定处置方案）。2016年，NASA为保护本土安全，成立行星防御协调办公室。2017年《灾难与安全管理基本法》修正案将“近地小天体撞击地球”列为国家灾难。2018年，美国发布《国家小行星应对战略及行动计划》，提出在未来5~10年致力于大幅度提升近地天体的监测预警和应对处置能力。2021年，美国颁布了《近地天地撞击威胁紧急协议报告》。以美国为主导的欧美国家高度重视近地小行星监测预警，从装备建设、体系运行等硬实力和软实力出发，构建了近地小行星监测预警体系[4]。
目前，我国在近地小天体监测预警领域尚处于初级阶段，主要依靠地面的可见光观测设备，且目前仅有一台专用设备，天基专用监测设备还处于空白状态。但近年来，我国政府高度重视小行星监测预警与防御工程。中国政府于2022年发布的白皮书指出：“研究建设近地天体防御系统，提高近地天体监测、编目、预警和响应能力。”2022年4月24日，在“中国航天日”新闻发布会上，中国国家航天局宣布“中国将在2025年或2026年期间启动其首次小行星偏转试验”。当前，加强近地小行星撞击风险防范应对，是大国必争的战略和技术制高点，是在国际航天事务中争夺的话语权和主导权的必须举措。因此，开展小行星监测预警前沿技术攻关的重要性、必要性、迫切性不言而喻[5]。
在此背景下，本文深入调研分析了国外主要地基监测预警系统和天基监测预警系统的硬件组成、探测目标、任务场景、工作模式、科学贡献、技术特色和亮点等，从而研究提出小行星监测预警的未来发展态势。最后，结合我国在该领域的发展现状，从顶层设计、技术布局、科学发展、任务实施与国际合作等方面提出了系统性措施建议，为我国应对近地小行星撞击风险，提升近地小行星监测预警能力提供参考。
1 国外小行星监测预警系统的主要地基设备
近地小行星地基监测预警系统的主要优势是技术发展成熟，实现难度较小，而且其建造成本、运行维护费用相较于天基监测预警设备更低。目前，绝大多数近地小行星是通过地基光学望远镜和地基雷达探测系统发现的[6]。由于地基光学望远镜易受到大气干扰、雨雾天气、大气衰减、月光散射等多种因素影响，只能在夜间工作，且观测的最小太阳角距为60°，这使得其只能观测太阳角距比较大的目标。而地基雷达探测系统具有全天候、全天时工作的优点，能够实现快速捕获和精密定轨，还可以观测小行星的形状并表征其表面性质，不过其探测距离受限于雷达的发射功率。因此，将地基光学数据与雷达数据有效结合，相比单独使用光学数据，在距离和径向速度方面对小行星轨道的预报精度可提高数千倍[7]。
地基小行星监测预警项目始于1992年美国太空守卫巡天项目，大部分项目由美军方资助，在一定程度上带有军事背景。目前，各国家和地区的地基小行星监测预警项目层出不穷，其中绝大多数发现来自于美国的林肯近地小行星研究项目（Lincoln Near-Earth Asteroid Research，LINEAR）、卡特琳娜巡天系统（Catalina Sky Survey，CSS）和泛星计划（Panoramic Survey Telescope And Rapid Response System，Pan-STARRS）三个项目。因此，这三个地基小行星监测预警项目也被公认为最成功的小行星监测计划。国外小行星监测预警系统的主要地基设备见表1 。
表 1 国外小行星监测预警系统的主要地基设备Table 1 Main ground-based equipment of foreign asteroid monitoring and early warning systems |
| 序号 | 名称 | 类型 | 口径/m | 服务时间 | 状态 | 管理实体 |
| 1 | 空间监视望远镜 | 地基光学 | 3.5 | 2011年 | 在用 | 美国国防部高级研究计划局 和麻省理工学院 |
| 2 | 林肯近地小行星研究项目 | 地基光学 | 1.0（2台） | 1996年 | 在用 | 麻省理工学院林肯实验室 |
| 3 | 卡特琳娜巡天系统 | 地基光学 | 1.5/1/0.7 （共3台） | 1998年 | 在用 | 亚利桑那大学月球与行星实验室 |
| 4 | 大视场综合巡天望远镜 | 地基光学 | 8.4 | — | 建设中 | 美国多所大学和研究机构联合 |
| 5 | 戈尔德斯顿太阳系雷达 | 地基雷达 | DSS-14（70.0 m口径）发射天线和 DSS-13/DSS-15/DSS-25 （34.0 m口径） | 1968年 | 在用 | NASA |
| 6 | 泛星计划 | 地基光学 | 1.8 | 2010年 | 在用 | 夏威夷大学 |
| 7 | 茨维基瞬态设备 | 地基光学 | 1.2 | 2017年 | 在用 | NASA等组成的财团 |
| 8 | 小行星地面撞击最后 警报系统 | 地基光学 | 0.5（2台） | 2015年 | 在用 | NASA、 夏威夷大学 |
| 9 | 飞眼望远镜 | 地基光学 | 1.0 | 2025年 | 建设中 | ESA |
| 10 | 暗能量调查及其暗能量相机 | 地基光学和近红外 | 4.0 | — | 在用 | 机构联盟 |
1.1 空间监视望远镜
空间监视望远镜（Space Surveillance Telescope，SST）主要由美国国防部高级研究计划局和麻省理工学院林肯实验室运营，其主要目标是监测跟踪人造卫星和空间碎片，小行星监测是其兼顾功能。SST视场约为6平方度，使用3.5 m施密特形式望远镜，具有焦距很短、视野大的特点。SST是将由12个电荷耦合元件（Charge-coupled Device，CCD）组成的阵列安装到弯曲的施密特焦平面上，每个CCD为2 k×4 k的15 μm像素。SST对小行星的天体观测测量贡献率历史排名第六，发现编目小行星数量为141颗。
目前，SST是世界上探测最敏捷和最快的大型光学望远镜，通过采用世界最快的相机快门，利用电机驱动实现高轨目标的快速稳定探测。SST的高方位安装、紧凑设计及其主要用途，使望远镜的指向和定位具有速度快、精度高的特点。在观测空间碎片的同时，SST会将观测到的近地小行星信息提交给小行星中心（Minor Planet Center，MPC）。后续任务一旦在澳大利亚部署，该望远镜可有效改善美军对地球同步轨道区域目标的观测能力，增强美军对南半球及西太平洋上方广域搜索、探测跟踪空间暗弱目标及快速探测小型目标的能力，提高近实时态势感知能力[8]。
1.2 林肯近地小行星研究项目
LINEAR是由美国空军、NASA及麻省理工大学的林肯实验室联合成立的，从1996年开始观测，随即成为最多产的近地小天体观测任务，直至2005年，这一地位才被取代。LINEAR的主要任务是搜寻直径大于1 km的近地小行星。它总共向MPC贡献了3 000多万条观测数据，占当时MPC总数据量的35%。
LINEAR建设初期，视场是直径为1.05°的圆形，可探测的星等为21 MV。其后，LINEAR通过升级，视野扩大为1.23°×1.61°的矩形，但可探测的星等降至19 MV。LINEAR使用长时间曝光监测方式，以高频帧率获取并处理数幅图像，将读出的噪声大幅降低，甚至降为零，同时增加了夜空覆盖率，以此提升近地小行星监测能力。
1.3 卡特琳娜巡天系统
CSS的主要使命是完全致力于发现和跟踪小行星，以努力满足美国国会对直径大于140 m的小行星完成至少90%编目的要求。在这些被编目的小行星中，部分被归类为具有潜在危险的小行星，他们是对地球构成撞击威胁的小行星。CSS主要由亚利桑那大学史都华（Steward）天文台管理的三台望远镜组成，其口径分别为0.7 m、1.0 m和1.5 m，各望远镜相互协作，共同开展小行星的监测与预警工作。其中，1.5 m卡塞格伦（Cassegrain）反射望远镜位于莱蒙山山顶，与1.0 m反射望远镜并排使用；1.0 m反射望远镜用于支持多种小行星跟踪，以队列调度模式远程操作，同时动态处理CSS巡天望远镜的当晚跟踪请求；0.7 m施密特望远镜位于莱蒙山以东的毕格罗山。
CSS主要适用于日常巡天、威胁预警和短临预报等场景，其中1.5 m口径卡塞格伦反射望远镜开展日常深度巡天，主要用于在较远距离发现直径140米级的近地小行星；0.7 m施密特望远镜开展日常高频度巡天，主要用于对大范围天区进行快速搜索，以发现飞临地球的小尺寸小行星。当巡天望远镜发现移动目标后，1.0 m口径卡塞格伦发射望远镜会进行后续跟踪，及时确定小行星的轨道，确认其是否为新发现的小行星，避免小行星“丢失”。截至2025年3月，CSS已发现并编目了16 546颗近地小行星，占全世界天基与地基编目近地小行星总数的50%以上，在近地小行星发现方面排名世界第一[9]。
1.4 大视场综合巡天望远镜
大视场综合巡天望远镜（Large Synoptic Survey Telescope，LSST）是用于对宇宙进行高灵敏度、高动态性的巡天，是美国自动化巡天的后续计划。LSST望远镜所在地位于智利阿塔卡马沙漠的山顶，当地海拔2 682 m，是全球顶尖的天文光学观测地点之一，预计于2026年投入使用。LSST宽视场光学近红外三镜像反射镜的主镜直径达8.4 m，全焦距为10.0 m，配备了世界上最大的CCD相机，具有10 μm像素的复合3.2 G像素的CCD图像。由于在筏板上安装了多个芯片，现有的间隙将使10%的焦平面区域不可见，相较于Pan-STARRS的25%显著改善。LSST相机将使用六个类似的斯隆数字化巡天(SDSS)宽视场扫描相机过滤器，在一次30 s曝光中，通常在r波段可探测星等将达到24.5 MV。在最佳条件下，在r和g波段，LSST的视野为9.6平方度，每晚将覆盖约6 000.0平方度[10]。
LSST采用了独特的保罗-贝克（Paul-Baker）三反射施密特广角光学设计，能有效消除广角系统产生的像散。LSST主镜口径高达8.40 m，第一镜口径为3.42 m，第二镜安装于主镜中心孔内，口径为0.50 m。采用该设计方式，使得主镜实际集光面积相当于口径6.68 m的镜片，LSST望远镜的巨大口径使其集光率（Etendue）高达319 m2平方度。LSST望远镜另外一个突出优势是其高达3.5°（9.6平方度）的超大视场。相比之下，在地球上观测太阳和月球的视直径仅为0.5°（0.2平方度）。较宽的视场角使LSST望远镜能够每三天就能完成一次全天域观测，而目前的望远镜完成这一任务需要用数年时间。LSST的主镜和第二镜均采用一体成型技术。LSST望远镜焦面敏感器的有效像元数多达32亿，每20 s成像一次，曝光时间为15 s。投入使用后，LSST望远镜每年将要拍摄超过20万张影像，数据量高达1.28 PB且未经压缩。针对望远镜产生的大量数据，有效地管理和高效率数据挖掘将是该计划的一个技术难题。
1.5 戈尔德斯顿太阳系雷达
戈尔德斯顿太阳系雷达（Goldstone Solar System Radar，GSSR）是一种观测太阳系特征的行星际探测雷达，是世界上目前最灵敏的地基雷达之一。GSSR主要应用于月球地形测绘、火星探测、小行星轨道测定、深空探测器辅助测控等领域，是进行深空探测的有效手段，同时也可兼顾小行星探测。
GSSR是美国深空探测网络的重要组成部分。它配置了70 m口径天线、两台高功率发射机、高灵敏的接收机、信号处理单元和数据采集系统。GSSR雷达系统具有不受光线限制的优势，可以精确测定近地小行星的轨道，其速度测量精度高于1 mm/s，提高了预测小行星碰撞地球的精度。GSSR选用波长3.5 cm的X频段，发射功率约500 kW，可探测距离为1 500万千米、直径大于1 km的小行星[11]。
1.6 泛星计划
Pan-STARRS计划是目前主要小行星观测计划之一，其主要任务是对全天区的小天体进行天文测量和光度测定，通过比较同一天区不同时刻的变化来发现彗星、小行星、变星等天体，尤其是潜在威胁小天体，可探测星等为24 MV的小天体。Pan-STARRS涉及12个重点学科项目，领域包含小行星、彗星、低质量恒星和褐矮星、系外行星、银河星结构、M31、大质量恒星、爆炸瞬变宇宙学、星系特性、活动星系核和高红移类星体、宇宙透镜和大尺度结构。
截至2025年3月，Pan-STARRS累计发现编目11 801颗小行星，观测到了几乎90%的已知小行星。Pan-STARRS曾计划使用四个口径1.8 m的望远镜组成阵列，但由于经费限制，只建造了两个望远镜。第一个原型望远镜PS1，于2008年启用，由夏威夷大学负责管理，并于2010年5月正式进行科学观测；第二个望远镜PS2，于2014年采用了MegaCam宽视场、1平方度3.5 m口径的CCD复合相机，由40个芯片组成，像素3.78亿[12]。
Pan-STARRS视场为3平方度，是一个1.8 m宽视场Ritchey-Chretien系统，在建造时是世界上最大的复合CCD相机，具有14亿10μm像素，提供的分辨率为0.25''/像素。由于相机的马赛克性质和一些芯片的低质量问题，导致近25%的焦平面并非由像素填充。Pan-STARRS在五个窄带（g,r,i,z,y）滤波和宽波段w，最深的单次曝光图像是在w波段实现的。
1.7 茨维基瞬态设备
帕洛玛瞬态工厂（Palomar Transient Factory，PTF）及其管理系统升级的中间工厂于2008年开始运营。2014年，该监测系统升级为茨维基瞬态设备（Zwicky Transient Facility，ZTF），并于2017年首次使用。该系统科学目标众多，包括超新星、新星、灾变变星、致密双星、活动星系核、凌日系外行星、微透镜、小行星和彗星等。虽然PTF仅发现了20颗小行星，但ZTF的天空覆盖范围将为已知行星提供高效且精准的监测，同时对小行星轨道以及在地球附近飞行或处于直接撞击轨道上的小型小行星进行监测。
PTF任务正在加利福尼亚州的帕洛玛天文台执行，其配备了一台1.2 m的望远镜，使用的是由12个12 k×8 k、15 μm像素矩阵构成的CCD阵列，可产生7.8平方度的视场。在标准的60 s曝光和优良的观测条件下，PTF可以探测到g带波段低至20.5~21.0星等的小天体。此外，PTF在帕洛玛上拥有自己的1.5 m自动跟踪望远镜。图像减除和物体识别由自动化流水线实时完成，以实现瞬态监测并向外发出警报。新阵列由16个芯片组成，每个芯片具有6 k×6 k像素和1弧秒/像素的分辨率，它将取代当前1.2 m望远镜上的CCD相机。更新后，ZTF在30 s内于r和g波段的观测等级可达20.5~21.0星等，并在一次曝光中覆盖47平方度。1 h内，ZTF将覆盖3 750平方度。建成后，它将拥有世界上最大的观测视场。
1.8 小行星地面撞击最后警报系统
小行星地面撞击最后警报系统（Asteroid Terrestrial-impact Last Alert System，ATLAS）是一项由NASA近地天体观测办公室资助、夏威夷大学马诺阿分校天文学研究所管理的小型望远镜监测系统。ATLAS作为早期预警系统而构建，用于监测直接撞击轨迹上的较小行星。其数据可用于探测超新星、遥远的瞬变事件、宜居的系外行星、引力透镜、变星、活动星系核、空间碎片和微小卫星。
ATLAS使用0.5 m的望远镜阵列定制莱特施密特望远镜，对于直径50米级的小天体，能在其撞击地球前一周发出预警；对于140米级的小天体，能在其撞击地球前一个月发出预警。为了覆盖整个地球，ATLAS计划在澳大利亚、智利、加那利群岛和南非建造相同的单元系统。不过，ATLAS只能在夜间进行观测，无法观测到来自太阳方向的小天体。截至2025年3月，ATLAS累计发现并编目了1 169颗小行星。这些天体通常较为明亮（星等在17~19之间），且大多位于大型监测系统通常难以覆盖的区域，例如远离黄道平面的位置。
1.9 飞眼（Flyeye）望远镜
欧空局于2013年成立行星防御办公室，开发了Meerkat和Aegis两个自动数据处理系统，构成欧洲小行星灾害预警能力的核心。2016年，ESA与意大利OHB集团牵头，开始第一代Flyeye1望远镜的开发。该望远镜有效口径为1 m，每部望远镜的视场约为45平方度，采用复眼技术，配置16个模仿苍蝇眼睛结构的光学相机，用于太空监视和跟踪系统。截至2025年 6月，该望远镜正在进行最后的测试和验证。计划部署4台这种望远镜，其目标是至2030年能够“至少3周前发现40 m以上近地天体的撞击威胁”。目前，正在开发第二代Flyeye2望远镜，将于2028年在南半球部署。
1.10 其他地基设备
DES与DECam是一项光学和近红外巡天设备，其主要目的是研究宇宙的膨胀及其大尺度结构，可用于观察超新星、弱透镜、星系团和矮星系。DECam的一小部分工作时间会用于近地天体调查。DECam由62个CCD阵列组成，产生总计520兆像素的图像，可覆盖3平方度的天空，分辨率为0.263弧秒/像素。在三个周期中，大约有30个夜晚用于监测小行星。在此期间，DECam上的VR过滤器以40 s的曝光覆盖320平方度的天区，每次曝光重复5次，曝光间隔为5 min，并且在第二个和第三个晚上会重复这一观测流程。截至目前，DECam已发现300颗小行星。
2 国外小行星监测预警系统的主要天基设备
由于近地小天体的反射光在进入地球大气层后会发生抖动，即便使用地球上性能最强大的望远镜，测量精度都将受到一定限制。因此，天基小行星监测预警具有独特的位置优势。相较于地基监测系统，天基监测设备几乎不受大气影响，具备全天时、全天候的优势。通过优选部署轨道位置，可实现对广域天区更高效的扫描普查，这是未来重要的发展方向。与地基设备相比，天基监测设备可监测到太阳角距比较小的小行星，可提高对穿越地球轨道的小行星，尤其是Aten类小行星的发现概率，还能执行对“阿波希利”型小行星的搜索与发现工作，并延长观测弧段。天基监测手段具备比地球半径大的观测基线，能够迅速得到感兴趣目标的定位信息，在精确测量轨道信息、大小形状等属性方面具有优势。不过，它仍存在在轨维护困难、受宇宙辐射影响较大、卫星有效载荷配置单一等问题[13]。
目前，天基监测小行星的成果，来自于空间天文望远镜的偶尔观测，观测分辨率很高，例如NASA的Spitzer和哈勃望远镜。美国广域红外巡天探测卫星、欧空局Twinkle空间任务等天文观测卫星也在近地小天体观测中起到了补充作用。然而，专门用于观测近地小天体的空间设施相对较少，尚未形成体系化的天基监测网络。国外小行星监测预警的主要天基设备如表2 所示。
表 2 国外小行星监测预警系统的主要天基设备Table 2 Main space-based equipment of foreign asteroid monitoring and early warning systems |
| 序号 | 名称 | 类型 | 口径/m | 服务时间 | 状态 | 管理实体 |
| 1 | 广域红外巡天探测卫星 | 天基红外 | 0.40 | 2009年 | 退役 | NASA |
| 2 | 近地小行星天基监测望远镜 | 天基红外 | 0.50 | 不早于2027年 | 建设中 | NASA |
| 3 | 近地目标监视卫星 | 天基光学 | 0.15 | 2013年 | 已退役 | 加拿大航天局 |
| 4 | “哨兵”太空望远镜 | 天基红外 | 0.50 | 2018年 | 在用 | NASA |
| 5 | 小行星发现者 | 天基光学 | 0.25 | 2013年 | 已退役 | 德国宇航中心 |
| 6 | 俄罗斯SODA计划 | 天基光学 | 0.30 | 预计2030年 | 论证中 | 俄罗斯 |
| 7 | 欧盟NEO MIR计划 | 双波段低温红外 | 0.55 | 不早于2030年 | 论证中 | ESA |
| 8 | 南希·格雷斯·罗马太空望远镜 | 天基红外 | 2.40 | 预计2026年 | 建设中 | NASA戈达德太空飞行中心 |
2.1 广域红外巡天探测卫星
广域红外巡天探测卫星（Near-Earth Objects of Wide-field Infrared Survey Explorer，NEOWISE)是NASA在小天体观测方面的延伸任务，它是NASA的大口径红外空间望远镜，于2009年12月发射。其主要任务是绘制覆盖率达99%的高精度全天域红外光谱图像。在2010年1月至2011年2月的主任务期间，该卫星发现了几百颗近地小行星和彗星。后来，由于长波冷却剂耗尽，探测器进入休眠状态。2013年，该望远镜重新开始小行星探测工作。
广域红外巡天探测卫星采用红外线进行巡天，侦测器阵列在120、160、650、2600 µJy和3.3、4.7、12.0和23.0 μ3有5个标准差的极限。因此，广域红外巡天探测卫星比1983年发射的红外线天文卫星在12.0和23.0 μm波长灵敏10万倍，比20世纪90年代的宇宙背景探测器在3.3和4.7 μm波长灵敏50万倍。迄今为止，该项目已探测到158 000颗热红外波长的小行星，其中包括1 850个特定类型的小行星，还发现了34 000颗新小行星。然而，由于其并非专用设计、视场较小以及扫描策略受限等因素，自2014年以来，每年发现的小行星数量在11~42颗之间，不足总发现量的1%。截至2024年5月，NEOWISE已经发现并编目了365颗近地小行星。NEOWISE指标参数见表3 。
表 3 NEOWISE指标参数Table 3 NEOWISE indicator parameters |
| 指标 | 参数 |
| 探测系统平台 | RS-300/Ball航天系统公司 |
| 运载 | Delta II 7320-10 |
| 质量/kg | 661（发射质量）/347（载荷质量） |
| 功率/W | 551 |
| 尺寸/m | 2.85×2.00×1.73 |
| 轨道参数 | 太阳同步轨道：近地点488.3 km，远地点494.8 km， 倾角97.5°，周期94.45 min。 |
| 望远镜 口径/m | 0.4 |
| 视场角/（'） | 47 |
| 波长/μm | 3.4、4.6、12.0、22.0 |
| 探测器规模 | 3.4/4.6 μm碲化镉汞探测器/1 032 256像素 12.0/22.0 μm 探测器/1 032 256像素 |
NEOWISE因为在低轨上下降得太低，已无法再提供可用的科学数据。同时，太阳活动的增加导致航天器所受的气动阻力增加，而该航天器又没有推进系统来维持其轨道运行。NEOWISE于2024年8月8日永久关闭，从而结束了其长达11年的行星监测防御任务。NASA终止了此项任务，该航天器于2024年11月再入地球大气层并安全燃烧。
2.2 近地小行星天基监测望远镜
小行星摄像机（NEOCam）是喷气推进实验室提出的一项新任务，其目标是发现和描述地球附近的大多数潜在危险小行星。NEOCam由一台红外望远镜和一台在热红外波段工作的宽视场摄像机组成。2019年，NEOCam更名为近地小行星天基监测望远镜（NEO Surveyor），进入工程立项研制状态。它搭载了一套红外双谱段望远镜，计划于2028年左右发射到日地系统L1点。其目标是在5年内完成对超过2/3的直径140米级近地小行星的编目工作。
NEO Surveyor由一台科学仪器组成，即直径为50 cm的望远镜。该望远镜在两个热敏红外波长下工作，甚至可以检测到最难找到的暗小行星。发射后，NEO Surveyor将进行为期4年的基线调查，以发现2/3直径大于140 m的近地小天体。通过使用两个热敏红外成像通道，NEO Surveyor还可以精确测量近地小天体的尺寸，并获得有关其成分、形状、旋转状态和轨道的有价值的信息。NEO Surveyor采用创新的观测策略，能够独立发现新的小行星和彗星，并以足够的精度确定其轨道，以便再次对其进行观测。在为期4年的调查操作中，NEO Surveyor旨在在实现美国国会对NASA的任务授权方面取得重大进展，即找到直径大于140 m的所有近地小天体中的90％。NEO Surveyor上的红外热像仪必须保持低温才能正常运行，像NEOWISE等以前的探测器主要依靠昂贵的冷冻剂进行制冷，而冷冻剂会限制任务的持续时间，冷冻剂用完后，相机的实用性会大幅降低[14]，NEO Surveyor指标参数见表4 。
表 4 近地小行星天基监测望远镜指标参数Table 4 NEO Surveyor indicator parameters |
| 指标 | 参数 | |
| 研制单位 | Ball航天系统公司 | |
| 望远镜口径/m；焦距/m | 0.50/1.24 | |
| 积分时间/s | 180/视场切换时间30 | |
| 波长/μm | 4.0~5.2；6.0~10.0 | |
| 视场 | 1.7°×7.1°，约12.7平方度 | |
| 像元尺寸/μm | 18 | |
| 制冷温度/K | 40 | |
| 最小背景电流/（电子数/s） | ~300 | |
| 探测器规模 | 碲化镉汞（HgCdTe）：2 k×2 k单片， 1×4拼接（双通道） | |
| 暗电流/（电子数/s） | 5~200 | |
| 读出噪声/电子数 | 15~30 | |
| 灵敏度/（μJy,5σ） | 50~150 | |
| 设计观测天区 | 日距角范围 | ±（45°~125°） |
| 黄纬 | ±41.9° | |
2.3 近地目标监视卫星
近地目标监视卫星（Near-Earth Object Surveillance Satellite，NEOSSat）由加拿大航天局和加拿大防卫研究和发展局共同研制，是首个专门为寻找小行星而设计的空间计划，有助于发现并监测内太阳系的小行星及彗星。NEOSSat一半观测时间被用于搜寻小行星，剩余的时间由加拿大军方安排，用以实验探测器定位和跟踪地球高轨道上空间碎片的能力。NEOSSat指标参数见表5 。
表 5 指标参数Table 5 NEOSSat indicator parameters |
| 项目 | 指标值 |
| 口径/cm | 15 |
| 视场 | 0.85°×0.85° |
| 谱段范围/nm | 350~1 050 |
| 传感器 | 高感光度的电荷耦合器件图像传感器 |
| 像元尺寸/μm | 13 |
| 角分辨率/（′） | 3 |
| 探测灵敏度/（mag/100 s） | 20 |
| 轨道 | 太阳同步/晨昏 600~850 km |
| 寿命 | 最少1年，目标2年 |
作为加拿大航天局的首个多任务微卫星平台航天器的演示验证星，NEOSSat是一颗立方体卫星，重约72.6 kg，在800 km的太阳同步轨道上每100 min绕地球运行一周。NEOSSat的关键技术继承加拿大航天局第一台太空望远镜恒星的微变和振荡，采用15 cm马克苏托夫孔径圆柱望远镜，能够探测20星等以下的暗弱天体，搜索并跟踪太阳角距范围为±（45°~70°）、半长轴在1 AU以内的近地小行星，可发现50%以上直径大于1 km的近地小行星。NEOSSat配备了精密的定位系统，用以保持图像的稳定性，每一幅NEOSSat图像的曝光时间可达100 s。NEOSSat的设计寿命为一年，每月可发现4~12颗直径大于500 m的小行星。
2.4 “哨兵”太空望远镜
“哨兵”太空望远镜（Sentinel Space Telescope，SST）是由B612基金会设计的一项基于空间的红外新任务，其目标是识别90%以上直径超过140 m的近地小天体。与NASA的近地天体项目中的空间望远镜不同，“哨兵”望远镜将始终背向太阳，因而将不受阳光的影响。“哨兵”号的轨道可能与金星的轨道相似，因此可以观测到地球上看不到的小行星。根据预测的小行星发现率和特征化率，“哨兵”可以显著增加已发现小行星的数量。SST主要技术指标见表6 。
表 6 SST主要技术指标Table 6 SST main technical indicators |
| 项目 | 技术指标 |
| 运载火箭 | “猎鹰”9运载火箭，直接入轨 |
| 运行轨道 | 0.6~0.8 AU金星椭圆轨道 |
| 设计寿命/年 | 6.5 |
| 卫星质量/kg | 1 500 |
| 最大外包络 | 7.7 m×3.2 m |
| 能源系统 | 2 kW太阳能电池阵，24 Ah电池 |
| 通信能力 | 1.5 m高增益天线+低增益天线+中增益天线 |
“哨兵”望远镜将搭载一套50 cm口径的望远镜，采用三轴稳定技术，星上存储能力96 GB。它配置了一套小型化深空应答机，通过1.5 m高增益天线向地面发送科学探测数据，通过低增益天线与高增益天线接收地面上行指令并下传遥测数据。“哨兵”可在两个红外波长下工作，需要低温冷却到40 K。“哨兵”具有5.5°×2.0°的大视场，相机由16个探测器组合而成。为降低技术风险，“哨兵”望远镜高度借鉴了NASA研制的经过飞行验证的深空探测器设计，其中包括Kepler探测器的超大成像敏感器阵列和Spitzer探测器的低温制冷设备。
2.5 小行星发现者
小行星发现者（AsteroidFinder）是一颗由德国宇航中心研制的低轨小行星探测卫星，其科学目标是完成对太阳角距处于30°~60°范围内的近地内天体（Inner Earth Objects，IEO）等类型的小行星的搜索、发现与探测工作，并从质量、大小和分布等方面对未知的近地内天体进行描述。该小行星探测器的主要科学目标是发现大量的IEO，确定它们的轨道并估计它们的大小。从1 AU处观测，这些天体位于小型的太阳延伸区域。因此，AsteroidFinder的主要搜索区域是由60°定义的兴趣区域（Region of Interest，RoI）：−30°~30°；日心黄道经度为60°，日心黄道纬度为40°~−40°。以太阳为中心的经度（−30°~30°）的内部限制，受实际设计限制、挡板设计和透视镜的斜光排斥问题以及黄道光增加的天空背景色增强等因素约束。而在经度和纬度上设置外部限制，是为了最大限度地提高搜索效率，同时避免干扰主要的小行星地面系统。AsteroidFinder指标参数见表7 。
表 7 AsteroidFinder指标参数Table 7 AsteroidFinder indicator parameters |
| 参数 | 数值 |
| 谱段范围/μm | 0.45~0.85 |
| 孔径/cm | 25 |
| 视场角/(°) | 2 |
| 探测器 | 电子倍增CCD |
| 像元尺寸/μm | 13 |
| 像元个数 | 2 k×2 k |
| 瞬时视场角/(′) | 3.5 |
| 轨道特性 | 太阳同步晨昏轨道，高度650~850 km |
| 探测灵敏度/(′) | 18.5 |
小行星探测器任务的天基部分由一颗质量在150~200 kg的小卫星组成。为了实现卫星所需的性能，卫星设计采用了商用现货硬件和自主开发的混合方式，该设计方法运用先进的工程方法。规划的任务期限为1.25年，目标是探测视星等为18.5 MV（天空背景为20.3 MV）的微弱天体。AsteroidFinder被发射到与太阳同步的轨道上，并优化在任务探测区域的观测时长。由于大气层的辉光，有效载荷在任务结束时所需的最低轨道高度为550 km。探测器的最终处置将采用被动方式，即自然衰变。
2.6 俄罗斯 SODA计划
在2024年5月底召开的金砖国家航天机构负责人会议上，俄罗斯国家航天集团提出“银河”项目，建议与中国国家航天局共同建立由两个小行星探测器组成的空间系统，该系统位于“地球-太阳”系统L1点的晕轨道上。
SODA计划是“近地外空活动安全保障信息分析系统（银河)”的一部分，于2021年4月第七次IAA行星防御会议发表的状态。其目标是最优双星配合，具备提前4~10 h发现10 m以上近太阳方向的近地小行星撞击地球的能力。该方案最早于2013年提出，当前仍在论证中，该任务仅关注短临值守。SODA计划指标参数见表8 。
表 8 SODA计划指标参数Table 8 SODA plan indicator parameters |
| 指标 | 参数 |
| 系统配置 | 单星快扫发现，双星定位 |
| 探测能力 | 17 MV/4 s |
| 轨道参数 | 日地L1点 |
| 望远镜口径/m | 3台口径：30 cm（F：1.5） |
| 视场 | 3.75平方度 |
| 成像探测器 | 5 μm，6 k×6 k |
| 波长/μm | 可见光0.4~0.7 |
| 特色 | 每星3个相机，使用摆镜快扫，3.5 min 完成一次环绕地球光学屏扫描 |
2.7 欧盟NEO MIR计划
ESA于2021年10月提出NEO MIR计划设计方案，目标是与NEO Surveyor配合，拓展NEO观测天区，加速发现编目140 m小行星的能力。当前该方案在论证中，计划不早于2030年发射入轨，其主要补充NEO近太阳方向观测天区。NEO MIR计划指标参数见表9 。
表 9 NEO MIR计划指标参数Table 9 NEO MIR program indicator parameters |
| 指标 | 参数 |
| 运载 | “阿里安” 6 型运载火箭 |
| 质量/kg | ~2 000（湿重） |
| 轨道参数 | 日地L1点 |
| 望远镜口径/m | 0.55（三反） |
| 视场 | 1.7°×7° |
| 像元分辨率/（''） | 3 |
| 波长/μm | 双波段低温红外，中波红外、长波红外 |
| 制冷温度/K | 40 |
2.8 南希·格雷斯·罗马太空望远镜
南希·格雷斯·罗马太空望远镜是美国国家航空航天局的一座天文台，旨在解决暗能量、系外行星和红外天体物理学领域的基本问题。它专为执行为期5年任务而设计，将在卡纳维拉尔角外的渐进一次性运载器（Evolved Expendable Launch Vehicle，EELV）上发射。该望远镜的主镜直径为2.4 m，与哈勃太空望远镜的主镜尺寸相同。罗马太空望远镜配备有两种仪器，分别是宽视场仪器和日冕仪。宽视场仪器的视场比哈勃红外仪器大100倍，能够以更少的观察时间覆盖更大范围的天空。作为主要仪器，宽视场仪器将在任务期间测量10亿个星系发出的光。
3 小行星监测预警技术未来发展趋势
根据国内外主要近地小行星监测预警系统的建设情况，特别是美欧地基和天基设备的建设情况，可以看出近地小天体监测技术将朝着超大视场、多手段结合、天地协调等方向发展。
一是小行星监测光学口径逐步增大。光学系统口径是提升系统观测星等（灵敏度）、决定系统小天体搜寻能力的核心指标。各国相继研制了不同类型的超大口径光电仪器，各类其他空间光电仪器也逐步突破了大口径、高灵敏度、高分辨率技术，例如应用于敌对侦察的4 m碳化硅反射镜等，显著提升了系统的观测能力。空间小行星观测系统也必将通过更大口径来实现对极暗弱危险型小行星的探测与详察。
二是天基监测预警系统轨道类型多样化发展。天基系统观测位置即运行轨道，是影响天基监测效能的一个重要因素。现有的典型运行轨道主要包括日地L1点Halo轨道、远距逆行轨道、领航/拖尾轨道等，但仍需综合考虑工程可实现性、轨道特性、轨道维持速度增量、热控热流变化、测控信号空间损失等多种因素。为实现更高效率的观测，未来的天基探测采用的轨道类型将更加多样化。
三是多手段、多平台协同提升整体观测能力。当前，单一观测方式已经难以满足多类型小行星的观测需求，可见光、雷达、红外等观测手段均有其独特的特点和优势，将多种手段进行结合，如美国NEO Surveyor采用可见光红外一体化的观测手段；单一天基观测设备受轨道限制，例如日地L1点有效观测来自太阳方向的小行星，类金星轨道更利于发现地球轨道内侧的小行星，通过多轨道卫星协同工作可极大地提升小行星观测效能。
四是天地一体、数据互联发展趋势更加显著。地基望远镜具有成熟度高、地面监测设备研制风险与运行维护成本低等绝对优势，但在小天体观测时间、观测天区、信息获取等性能有限，即使如8.4 m口径的LSST望远镜，受地理位置限制，单台大口径设备对近地小行星的编目能力仍然有限。故可通过天基设备弥补地基监测盲区，通过天地联合的方式实现无盲区短临预报。因此，只有通过天地一体、数据互联，形成优势互补，才能够更加有效地开展小行星观测预警工作。
4 我国小行星监测预警发展差距分析
我国在小行星监测预警领域尚处于科学研究阶段，业务架构、机制流程和体系能力尚未建立。在财政部的支持下，相关部门陆续支持与该领域有关的部分科学问题研究和关键技术攻关，为开展近地小行星撞击风险应对提供一定的技术基础和条件。相比而言，国内在小行星监测预警研究方面与国外存在较大差距，主要体现在以下三个方面：
一是缺乏小行星专用监测设备与信息平台，亟需打破我国无天基监测设备的现状。目前，我国仅有一台地基监测设备，设备口径小、数量少、站址单一、探测能力有限，目前只能对亮于20星等（相当于直径300 m以上）的近地天体进行监测，也仅能对少量近地天体进行碰撞预警。天基观测项目尚处于论证阶段，尚无天基小行星监测设备；我国尚未自主建立信息平台，无法汇聚数据并开展预警业务，监测预警数据依赖国际公开平台。应研制发射我国首发业务型小行星监测卫星，提升我国近地小行星监测预警能力，逐步加强我国主动应对近地小行星撞击风险的安全保障能力。
二是地基望远镜限制约束较多，亟须建立天地协同监测体系。地基望远镜虽然工作寿命长，但观测时间和观测天区有限，易受到大气条件制约，而这些短板恰能由天基望远镜弥补。天基监测可以实现全天候观测，且覆盖天区大、观测波段宽。构建天地协同监测网络体系，有利于扩大轨道编目比例，降低漏警率，提高预警精度，建立更加高效的近地小行星监测网络体系。
三是我国在小行星监测国际编目中贡献率较低，亟需提升我国在小星系编目方面的国际贡献率。近地小行星轨道编目等基础数据对外依存度高、国际贡献少，海外布站渠道受限、不可控因素多，导致近地小行星监测设备和技术能力与国外存在较大差距。国内机构向国际社会提供的观测数据较少，尚未形成与我国国际地位相匹配的影响力。截至2022年10月，中国科学院紫金山天文台和国家天文台等机构共计发现了33颗近地小行星，具备年轨道编目能力350颗，先后参与1999kW4、2019XS等小行星国际联合观测任务，国际排名第六位。
5 启示与建议
近地小行星撞击是全人类面临的共同威胁，不仅要立足国家安全需求与国家战略需求，统筹考虑国情实际和发展需要，还要充分利用好国际资源，分阶段突破小行星监测预警高效巡天搜索发现与精测、天地基设备协同组网优化、编目预警与落点预报等关键核心技术。积极构建天地基协同监测网，提升综合服务能力，着力建设应对组织领导体系，不断完善常态化运行机制，多层次、多形式推动小行星监测预警全流程、全方位合作，为在外空领域构建人类命运共同体作出重要贡献。
一是加强监测预警前沿技术攻关，构建高质量监测预警能力。以建设我国天地协同监测预警网为契机，坚持任务场景驱动与工作模式牵引相结合，构建天地协同、内外布局、可靠预警、常态运行的监测预警系统。分阶段重点突破高效巡天搜索发现与精测、天地基设备协同组网优化、编目预警与落点预报等关键核心技术。加强监测预警策略研究，重点推进近地小行星天地协同监测策略、天地基部署策略、预警处理机制等机理研究；形成一批具有全球影响力的重大基础研究成果，为发展高效监测预警技术奠定理论基础。
二是提高天地一体协同监测预警水平，不断完善体系化监测网络。为提升小行星监测预警的效率，要以更大口径、更大视场和更快速反应的地基光学监测网为主，构建国内外布局合理、南北天区覆盖的地基监测网；同时，以优化的天基望远镜监测网为辅，构建可视天区互补、分时协同编目、短临发现告警的天基系统。加强天地基设备协同组网优化研究，开发天地协同监测仿真系统和预警系统，构建天地一体化的监测预警系统，加快形成国家级近地小行星天地基协同监测预警能力体系。构建集任务规划、集成共享、风险研判、综合会商、信息发布、决策支撑、国际联测功能于一体的综合服务平台，为天地监测网协同运行和预警业务开展提供综合服务保障。
三是加快监测预警的多样化合作，引导前瞻性国际规则制定进程。国际合作是防范化解小行星撞击风险的有效途径，要不断深化国际组织参与程度，积极拓展双多边合作，推动构建该领域人类命运共同体。优选海外监测站，拓展我国地基监测预警网的天区覆盖能力。丰富与主要航天国家开展载荷搭载、联合研制等天基监测网络研制合作样式，力求促成任务级合作。与国外开展天地基联合观测任务，提升我监测预警网的应急监测能力。