我國天問一號探測器和祝融號火星車正在對火星進行探測，但火星只是距離我們地球第二近的行星，太陽系中有八大行星，還有很多衛(wèi)星和數(shù)百顆矮行星，太陽系之外的星球就更多了。人類未來的發(fā)展終究還是需要探測這些天體，但依靠現(xiàn)有的航天技術(shù)是不夠的，太空探索方面的需求也正在催生著新的航天推進技術(shù)。
近日，我國有多位航天專家和工程師在《中國科學(xué)：技術(shù)科學(xué)》雜志上發(fā)表研究論文，提出了讓核反應(yīng)堆電源提供電能，利用電推進技術(shù)的高比沖特性助推探測器，可以利用更少的燃料和更快的速度在太空中飛行，再輔以精巧的深空軌道設(shè)計，比如利用地球、木星、土星等的引力彈弓效應(yīng)給探測器加速，那么只需要利用長征五號火箭的運載能力，就可以滿足對海王星的探測器環(huán)繞探測任務(wù)。
海王星是太陽系八大行星中最外圍的一顆，距離地球平均約30個天文單位，運行時與地球的距離在43~47億公里之間，海王星軌道之外一般被認為外太陽系，由于海王星被認為包含了太陽系原恒星云的狀態(tài)條件和行星形成的位置信息，對它的探測活動或?qū)⒃谟钪嫫鹪?、天體起源等方面獲得重大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，而且海王星的衛(wèi)星海衛(wèi)一具有軌道逆行、自轉(zhuǎn)軸垂直于公轉(zhuǎn)軸和“火山噴發(fā)”等現(xiàn)象，也具有很高的探索價值，因此天文學(xué)家們對海王星探測極其關(guān)注。
由于海王星距離我們地球極為遙遠，依靠現(xiàn)有的航天技術(shù)，探測器到達海王星大約需要經(jīng)歷15年的時間，但是利用核反應(yīng)堆電能和電推進技術(shù)，以及利用地球和木星等的“引力彈弓”效應(yīng)的多次加速，將可以有效縮短探測器奔向海王星的飛行時間。
文章還稱稱論證中的我國海王星環(huán)繞探測器為3噸重的啞鈴形飛行器，配備10千瓦的核反應(yīng)堆提供電能，太空飛行時依靠全電推系統(tǒng)，信號傳輸方面是3.75米口徑的Ka/X雙頻段通信天線，探測器上將配備50公斤科學(xué)儀器，包括4顆微納衛(wèi)星。預(yù)估該探測器2030前后發(fā)射，2040前抵達海王星，這樣就有5年的探測時間。
當(dāng)探測器進入海王星引力范圍后，可利用這氣上自帶的10千瓦功率的核反應(yīng)堆電源為大功率電推進發(fā)動機供電，利用該發(fā)動機的反推力減速，減速時間大約歷時一年，在這一過程中，這臺探測器將為海王星引力捕獲并進入環(huán)繞海王星運行的軌道。這樣一來就可以在探測器大約15年的有效壽命中完成對海王星的繞行探測。
由于海王星距離遙遠，這對探測器的信號接收與輸出也提出了更大的挑戰(zhàn)，因此海王星探測器的天線功能必須十分強大，要比天問一號火星探測器的通訊設(shè)備強大的多才行，因此需要采用更高通信頻率的Ka頻段、并提高衛(wèi)星天線口徑，并利用高效率編碼技術(shù)等手段，還有科學(xué)探測與數(shù)據(jù)回傳交替開機策略，將其綜合利用，可以有效確保探測數(shù)據(jù)及時回傳地球。
迄今為止，人類還并未對海王星進行環(huán)繞探測過，美國宇航局僅在1989年利用旅行者2號探測器對海王星進行了一次短暫的飛掠探測，目前包括美國在內(nèi)，還并沒有哪個國家有在2030年之前確保進行海王星探測的計劃，因此如果我國能在2030年之前發(fā)射海王星環(huán)繞探測器，那么很可能將創(chuàng)造對海王星的首次進行環(huán)繞性詳細探測歷史，并且這也將是對我國太空探測器深空遠航方面的一次重大技術(shù)提升。目前該工作得到了國家航天局民用航天預(yù)研項目的資助，期待這一深空探測計劃早日實現(xiàn)。
參考資料：
《中國科學(xué)·技術(shù)科學(xué)》雜志5月28日文章《中國航天工程師提議：海王星探測器用大功率核反應(yīng)堆發(fā)電電推》
聯(lián)系客服
