天王星及另一颗“冰巨星”经久被认为是太阳系内最值得深刻研究的目标之一,2022年美国国度科学院宣布的十年期行星科学筹划申报已将“天王星轨道器与大年夜气探测器”(Uranus Orbiter and Probe,UOP)列为旗舰级义务重要优先偏向。然而,针对2030年代发射窗口的具体筹划迄今尚未完全敲定,也为新一代发射技巧“介入”预留了空间。

今朝,人类对天王星的近距离探测仍极为有限,上一次拜访照样近40年前“观光者2号”的一次飞掠,其间并未进入环绕轨道。天王星与海王星是太阳系中仅有的从未接收过经久驻留航天器的行星,它们在行星形成、内部构造、磁场特点以及卫星体系等方面都储藏大年夜量未知。天王星本身侧躺着自转,磁场轴心既倾斜又偏离行星中间,其卫星群中还可能存在被冰壳覆盖的地下海洋。与此同时,与天王星体量和成分邻近的行星,已成为今朝系外行星搜寻中最常见的一类目标,对天王星的体系性考察被视为懂得类地外行星体系的重要“样本”。

天王星义务筹划的最大年夜难点是距离带来的时光和成本压力。天王星平均距离太阳约为地球的19倍,“观光者2号”昔时飞翔跨越9年半才抵达,而此前在十年筹划阶段的义务估算筹划中,即便依托猎鹰重型(Falcon Heavy)并借助多次行星引力助推,飞翔时光仍可能跨越13年。这意味着探测器在跨越深空过程中,须要经久保持运行与地面支撑,经费和关键技巧团队在十余年跨度内始终“在线”,对治理和预算都是挑衅。

在此背景下,星舰的出现被认为可能“重塑”义务架构。经由多次试飞和改进,星舰近期取得一次更为成功的测试,若后续进展顺利,有望在本十岁终具备惯例义务发射才能,从而成为UOP候选运载平台之一。研究团队在提交IEEE航空航天会议的一篇论文平分析指出,星舰除具备更强运载才能之外,还有两项特点对天王星义务尤为重要:一是轨道加油才能,二是作为再入和蔼刹防热盾的潜力。星舰体系在设计之初就推敲了轨道补加燃料,使其无需将全部推动剂都从地面一次性送入太空,理论上可更快、更高效地将探测器送往外太阳系深处。

论文进一步商量了由星舰直接介入天王星轨道插入过程的假想。研究人员认为,得益于星舰已针对地球和火星再入情况进行了防热设计,它在适度改装后,有机会充当天王星大年夜气制动的“防护体”。在这种筹划中,星舰并不会在完成变轨后与探测器分别,而是与UOP一同飞抵天王星,应用自身热防护体系充昔时夜型“气刹”,赞助探测器在穿越天王星高层大年夜气时有效降低速度并实现逗留。模型计算显示,假如把在轨加油与星舰气刹结合应用,前去天王星的飞翔时光有望从约13年缩短到约6年半,且在飞翔途中不再依附其他行星的引力助推。即便推敲到让一艘星舰“随行”所增长的研制与发射成本,相较当前筹划,义务总运营成本仍可能因飞翔时光减半而明显降低。

不过,从论文假想走向实际义务仍有诸多不肯定性。UOP当前距离正式立项另有距离,星舰在天王星大年夜气前提下进行复杂气刹的技巧成熟度也远未达到工程可行阶段。尽管该义务在十年筹划中位列“头号优先”,但在NASA预算压力和机构内部动荡持续存在的背景下,可否如期获得经费赞成仍未知。一旦错过2030年代的重点发射窗口,下一次相对幻想的发射机会将推迟到2040年代中期,届时从“观光者2号”飞掠至下一次近距离考察,时光跨度将切近亲近70年。文章最后呼吁,无论最终是否采取星舰,支撑天王星旗舰义务应成为全球行星科学界和相干机构的共鸣,以免错掉深刻熟悉这一“被忽视的世界”的宝贵机会。

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