以核动力推进,用木星加速!我国正论证全球首次绕测海王星计划

我国天问一号探测器和祝融号火星车正在对火星进行探测,但火星只是距离我们地球第二近的行星,太阳系中有八大行星,还有很多卫星和数百颗矮行星,太阳系之外的星球就更多了(www.guwai.net)。人类未来的发展终究还是需要探测这些天体,但依靠现有的航天技术是不够的,太空探索方面的需求也正在催生着新的航天推进技术。

近日,我国有多位航天专家和工程师在《中国科学:技术科学》杂志上发表研究论文,提出了让核反应堆电源提供电能,利用电推进技术的高比冲特性助推探测器,可以利用更少的燃料和更快的速度在太空中飞行,再辅以精巧的深空轨道设计,比如利用地球、木星、土星等的引力弹弓效应给探测器加速,那么只需要利用长征五号火箭的运载能力,就可以满足对海王星的探测器环绕探测任务。

海王星是太阳系八大行星中最外围的一颗,距离地球平均约30个天文单位,运行时与地球的距离在43~47亿公里之间,海王星轨道之外一般被认为外太阳系,由于海王星被认为包含了太阳系原恒星云的状态条件和行星形成的位置信息,对它的探测活动或将在宇宙起源、天体起源等方面获得重大的科学发现,而且海王星的卫星海卫一具有轨道逆行、自转轴垂直于公转轴和“火山喷发”等现象,也具有很高的探索价值,因此天文学家们对海王星探测极其关注。

由于海王星距离我们地球极为遥远,依靠现有的航天技术,探测器到达海王星大约需要经历15年的时间,但是利用核反应堆电能和电推进技术,以及利用地球和木星等的“引力弹弓”效应的多次加速,将可以有效缩短探测器奔向海王星的飞行时间。

文章还称称论证中的我国海王星环绕探测器为3吨重的哑铃形飞行器,配备10千瓦的核反应堆提供电能,太空飞行时依靠全电推系统,信号传输方面是3.75米口径的Ka/X双频段通信天线,探测器上将配备50公斤科学仪器,包括4颗微纳卫星。预估该探测器2030前后发射,2040前抵达海王星,这样就有5年的探测时间。

当探测器进入海王星引力范围后,可利用这气上自带的10千瓦功率的核反应堆电源为大功率电推进发动机供电,利用该发动机的反推力减速,减速时间大约历时一年,在这一过程中,这台探测器将为海王星引力捕获并进入环绕海王星运行的轨道。这样一来就可以在探测器大约15年的有效寿命中完成对海王星的绕行探测。

由于海王星距离遥远,这对探测器的信号接收与输出也提出了更大的挑战,因此海王星探测器的天线功能必须十分强大,要比天问一号火星探测器的通讯设备强大的多才行,因此需要采用更高通信频率的Ka频段、并提高卫星天线口径,并利用高效率编码技术等手段,还有科学探测与数据回传交替开机策略,将其综合利用,可以有效确保探测数据及时回传地球。

迄今为止,人类还并未对海王星进行环绕探测过,美国宇航局仅在1989年利用旅行者2号探测器对海王星进行了一次短暂的飞掠探测,目前包括美国在内,还并没有哪个国家有在2030年之前确保进行海王星探测的计划,因此如果我国能在2030年之前发射海王星环绕探测器,那么很可能将创造对海王星的首次进行环绕性详细探测历史,并且这也将是对我国太空探测器深空远航方面的一次重大技术提升。目前该工作得到了国家航天局民用航天预研项目的资助,期待这一深空探测计划早日实现。

参考资料:

《中国科学·技术科学》杂志5月28日文章《中国航天工程师提议:海王星探测器用大功率核反应堆发电电推》

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