“中国复眼”是由北京理工大学牵头，在重庆谋划建设的深空探测雷达，它是世界首部具备三维成像和形变监测的深空雷达。完全建成后探测距离可达1.5亿公里，能看到亿万公里以外、仅有足球大小的小行星运行轨迹。

龙腾

中国工程院院士、雷达信息处理专家，主要从事空天雷达信息处理的基础科学研究

服务重大需求 支撑前沿研究

实际上地球处于被小行星包围的密网之中，小行星对地球生命的进程具有重大影响，比如现在较为公认的恐龙灭绝原因是由小行星所造成。现在已发现2000多颗具有潜在威胁的小行星，这一数字每年还在以100颗的速度增长。

潜在威胁小行星的定义是在地球750万公里的轨道之内，直径大于140米的小行星。它的撞击威力大于1万颗广岛原子弹，会造成百万以上人口的损失。此外还存在3万颗距离地球4500万公里的近地小行星，它们的轨道与地球相交也存在撞击风险。

这些小行星主要来自距地球1.8到4亿公里之间的主带小行星——这是位于木星与火星之间的密集区域，是近地小行星与潜在威胁小行星的主要来源。

“中国复眼”计划构建一个大规模的分布孔径深空探测雷达，由多个雷达单元构成深空探测装置以探测和监视小行星等深空目标，支撑小行星防御等国家重大任务的实施。对于潜在威胁小行星，我们计划实现米级的三维成像，对于近地小行星要做到公里级的目标探测；构建全球性能最强的深空探测雷达，以支撑我国实施重大部署和发展世界前沿科技。

这一项目的研究意义重大，我国已经成立生物探测实验室并且批复了天问系列的行星探测重大工程。其中天问一号探测火星，天问二号探测小行星和主带彗星，天问三计划去火星，天问四计划去木星。需要尽快打造实验室的观测基地，以支持天问系列任务的顺利开展。

此外，2005年Science提出125个前沿科学问题，其中多个都与小行星有关。包括行星是如何形成的、地球生命在何处产生、是什么导致物种灭绝等。

小行星是太阳系的古老天体，与行星的形成、生命的起源和物种灭绝密切相关。对于行星形成而言，小行星是记录行星形成过程的时间胶囊。对于生命起源，小行星可能是地球早期水和有机物的来源。对于物种灭绝，小行星的撞击可能造成了地球上多次的物种灭绝。

小行星研究可以为研究行星形成、生命起源、物种灭绝等前沿科学问题提供重要支撑。这个项目的研究一方面要服务小行星防御、生物探测等国家重大需求，同时要支撑行星形成、生命起源、物种灭绝等世界前沿的科学研究。

目前已有的天文观测手段主要包括射电望远镜和光学望远镜，其中射电望远镜的典型代表是Fast天眼，但它是被动接收天体辐射的电磁波，而小行星辐射很微弱无法观测。光学望远镜的主要缺点是分辨率不够高，难以获取小行星的形貌。另外测距精度也比较弱，难以快速地精确测距。

深空雷达是通过主动发射电波，并且接收天体反射波来探测目标的探测装置。它的优势是可以精确测距，因此能大幅提高小行星的测轨精度，缩短测轨时间；也可以获取小行星的形状，其分辨率和飞掠探测器相当。美国在《2023~2032年行星科学与天体生物学十年规划白皮书》里提及，雷达是测量近地天体物理和动力学特性最强大的遥感手段。

“眺望”深空面临的主要挑战

目前，我国还没有用于小行星研究的深空探测雷达。全球也只有两个深空探测雷达，分别是美国阿雷西博（Arecibo）雷达和金石太阳系雷达（Goldstone Solar System Radar，GSSR）。阿雷西博和金石的天线口径分别为305米和70米，它们都是集中孔径的雷达体制，用单一的大孔径天线来进行观测。

现有深空探测雷达面临的主要问题包括：第一，成像距离比较近，难以满足近地小行星的观测需求；第二，只能进行二维成像，无法获取三维的形貌精细特征；第三，无法检测到微变化，目前测量的变化量级是米级的，无法测量厘米级的微变化，而厘米级的微变化对于研究小行星的轨道特性、潮汐特性、结构特性都非常重要。

同时，现有的深空探测雷达因为体积重量大，上面吊装的天线馈源很重，易损坏且难维修。2019年金石太阳系雷达的发射机出现故障，在20个月的时间内无法执行观测任务；2020年阿雷西博雷达也因结构断裂导致彻底退役。

因此亟需突破现有深空探测雷达测量机理的制约，要另辟蹊径提出深空探测雷达新机理。传统的集中孔径雷达相当于生物的单眼，而远距离观测需要眼界大，要求有极大的孔径，这在物理上很难实现。而昆虫的复眼由很多分布的小眼构成，多个小眼由神经协同再送到大脑进行处理，从而实现远距离的观测。我们就想借鉴复眼来提出深空探测雷达的“中国复眼”新思路。“中国复眼”设想由公里级范围分布的多个雷达单元构成，每一个单元都有独立的天线、孔径、发射机和接收机，多个单元通过同步分发链路与智能控算子系统相连。其中每个雷达单元相当于昆虫的小眼，同步分发链路相当于复眼中的神经，智能控算子系统相当于大脑。我们给它起名为“中国复眼”，寓意“中国复兴之眼”。

“中国复眼”研发有两个核心关键问题与难点。几十台、几十米在公里范围内分布的雷达天线，在2000万公里外要调整为0.5毫米的相位对齐精度，这是第一个难点。要解决这个问题需要把天线的误差、同步链路的误差全部都补偿掉。

第二个难点，它通过小行星运动的多普勒频率来测量形貌。对多普勒频率的测量精度要达到微赫兹量级，这需要长时间的积累，要把空气的扰动等所有的扰动误差全部补偿掉。

这一雷达如果能够研制成功，其成像维度将从二维提升到三维；形貌微变化测量能力从不具备发展为毫米级；探测距离从800万公里提升到2000万公里；成像距离从200万公里提高到上千万公里，成像分辨率也有大幅提升。

推动中国成为世界小行星研究高地

研制“中国复眼”的作用首先在于防御小行星，获取行星的轨道、大小以及被撞之后的轨道微变化，来保证小行星的防御任务，“撞得上、推得动、评得出”。对于深空探测，可以获取如天问二号探测目标的轨道形貌与地质结构，以保障小行星探测任务顺利开展。欧洲的罗塞塔项目就是由于当时对小行星形貌估计不足，飞船降落到小行星之后被岩石卡死，最后任务 没有完成。

“中国复眼”可以支撑我国航天领域重大工程与国家的重大需求，可以获取小行星地质结构多样性，揭示星子生长机制等行星形成的关键问题；保障小行星采样、寻找生命物质，支撑探索地球生命源自何处的未解之谜；还能实现小行星轨道长期溯源，以验证恐龙灭绝与小行星解体的关联性等理论假说，为研究世界前沿的科学问题提供测量基础。

此外，它还可以推动雷达技术的跨越式发展。传统雷达都是用单一大孔径雷达进行观测，关于雷达的发展一直有一个目标即用多部小孔径雷达以合成大孔径雷达，这是雷达人不懈追求的梦想，但是至今尚未完全实现。而“中国复眼”将首先突破地基的分布式孔径雷达技术，进而带动机载、弹载、星载分布孔径雷达的发展，并带来雷达技术突破性变革与跨越式发展。

目前“中国复眼”一期处于验证阶段，已经搭建了4部16米孔径雷达，可以对40万公里外月球进行三维成像。二期现在已经启动，将构建25台30米孔径雷达，对上千万公里之外的近地小行星进行观测，达到国际领先的水平。后续我们还想建设“中国复眼”三期，需要上百部30米的孔径雷达，对上亿公里之外的小行星带进行观测，以长期保持国际领先。

“中国复眼”一期已经在重庆的明月山顶建设一个4部16米孔径的天线，在国内地基雷达首次实现月球的三维成像，为“中国复眼”二期积累基础并释放风险。二期在重庆云阳县中洲岛 的25台30米雷达已开工启动，正在与国内优势单位开展工程的方案设计，预计2025年前后进行观测。

总体而言，我们的目标是要建设一个大规模分布孔径深空探测雷达，拥有25台30米孔径阵列，实现雷达性能的跨越式发展以保障国家重大需求，包括小行星近地防御和深空探测，并支撑世界前沿科技研究，包括行星形成、生命起源和物种灭绝等，推动我国成为世界小行星研究高地和前沿科学研究中心。（根据第十六届中国电子信息年会论坛开幕式上报告整理）

浏览量：15710

来 源：高科技与产业化

编辑：仪器仪表WXF

声明：凡本网注明"  来源：仪商网"的所有作品，版权均属于仪商网，未经本网授权不得转载、摘编使用。
经本网授权使用，并注明"来源：仪商网"。违反上述声明者，本网将追究其相关法律责任。
本网转载并注明自其它来源的作品，归原版权所有人所有。目的在于传递更多信息，并不代表本网赞同其观点或证实其内容的真实性，不承担此类作品侵权行为的直接责任及连带责任。如有作品的内容、版权以及其它问题的，请在作品发表之日起一周内与本网联系，否则视为放弃相关权利。
本网转载自其它媒体或授权刊载，如有作品内容、版权以及其它问题的，请联系我们。相关合作、投稿、转载授权等事宜，请联系本网。
QQ：2268148259、3050252122。