科学探索|中国科研人员设想通过核动力海王星轨道飞行器探索外太阳系中国科研人员设想通过核动力

一份关于海王星轨道飞行器的提案显示，中国的行星科学家和工程师正在把目光投向外太阳系，另外还开发出新方法来抵达那里。一组资深太空人士在Scientia Sinica Technologica上发表的预研究论文概述了该航天器的设计、科学目标以及至关重要的是其用于发电的核裂变反应堆计划。
该动力源将为科学有效载荷、数据下行链路能力和高能力电力推进系统提供改变游戏规则的动力。
这将代表国家空间探索能力的一个重大技术飞跃，其产生的能量远远超过类似电池的放射性同位素热发电机(RTG)产生的能量，从而可以开辟出新的可能性。
这种新航天器动力源将使其更容易进入外太阳系，而人类的太空探索任务很少涉足那里。截止到目前，只有一个任务即旅行者2号，在1977年发射并在1989年飞越了这个冰冷的巨人。它带着一套有限的仪器进行的飞行访问是非常重要的，但对于我们太阳系的第八颗行星还有很多东西有待发现。
与此同时，中国在2020年7月发射了它的第一个行星际任务--“天问一号”，将一个航天器放在火星周围的轨道上并在火星表面放置一个太阳能驱动的漫游车。
进入外星系统的探险活动少之又少，天王星和海王星这两颗冰巨头除了路过之外还没有其他的访问，这是有原因的。挑战来自于电力供应--海王星跟太阳的平均距离为44.95亿公里，可接受的太阳光照只有地球的1/900--以及在广袤的土地上进行交流，还有到达该系统遥远角落所需的时间。为进入行星周围的轨道，还需要大量减速的燃料以及一个能够在极端环境中运行至少15年的航天器。

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【科学探索|中国科研人员设想通过核动力海王星轨道飞行器探索外太阳系】海王星轨道器概要
拟议的任务概述确定了一个2030年的发射窗口，该探测器将由长征五号火箭发射。它将在2040年通过木星飞越到达海王星约30AU的距离并进入围绕冰巨人的极地轨道。
研究人员们称，这项任务的目的是为外太阳系、太阳系的起源和演变及潜在的生命起源提供新的见解。
为了帮助应对上述工程和技术挑战并回答海王星的一些科学谜题，中国团队建议使用一个10kWe的核裂变反应堆。
该反应堆将产生所需的电力为航天器在深空的有效载荷和四个电动推进器的推进系统提供动力。该航天器将有高达3000公斤的质量和哑铃形的结构以使反应堆尽可能远离科学有效载荷，从而减少对热和辐射的屏蔽需求。该提案还详细说明了在空间使用核电的国际标准。
科学目标包括全球遥感和研究海王星的内部结构、大气成分和运动特征、磁场、太阳风以及该行星的卫星和环形系统。
主航天器还将携带四个微型卫星，总重量为100公斤。两个将被用作穿透器--分别针对海王星大气层和海卫一。另外两个可以在前往海王星的途中释放以访问原始天体。
英国莱斯特大学物理和天文学学院的Leigh Fletcher教授指出，随着美国十年调查建议将天王星任务作为未来十年的首要任务，对海王星系统的彻底探索则是一个值得期待的未来目标。
Fletcher说道：“我认为，在我们对天王星和海王星进行适当的比较之前，我们对太阳系的形成和环境的理解仍然不完整。你需要一个复杂的轨道飞行器，其有效载荷能够探索行星本身和各种卫星和星环。为此，你将需要一次全面的轨道之旅，而这需要燃料和较长的使用寿命。”
另外，他还补充称，海卫一具有惊人的地球物理活动和羽流，也是一个特别诱人的目标。海卫一是海王星13颗已知卫星中最大的一颗，它有一个逆行轨道，有一个冰冻氮气和甲烷的冰盖，而且可能是一个海洋世界。