美國國家航空航天局(NASA)正在研究對天王星進(jìn)行探測的“天王星軌道探針”任務(wù)，這是一項(xiàng)通過所謂的“深空”，前往天王星和海王星等遙遠(yuǎn)行星的探測計(jì)劃。另一方面，中國正在計(jì)劃向海王星的衛(wèi)星“海衛(wèi)一”發(fā)送探測器。

由中國國家航天局(CNSA)、中國科學(xué)院(CAS)、中國國家原子能組織(CAEA)、中國空間技術(shù)研究院(CAST)組成的研究小組，科學(xué)科學(xué)技術(shù)雜志上公布了對海衛(wèi)一的探測計(jì)劃。根據(jù)該論文，預(yù)計(jì)將利用核能作為探測器的電源。

像天王星和海王星這樣的“冰巨人(冰巨行星)”可能包含著科學(xué)上重要的發(fā)現(xiàn)。值得一提的是，海王星最大的衛(wèi)星海衛(wèi)一是一顆逆行衛(wèi)星，與海王星的自轉(zhuǎn)逆行公轉(zhuǎn)，而且其組成與冥王星相似，因此推測它原本是海王星外的“邊緣柯伊伯帶”形成的一顆準(zhǔn)行星，是由海王星的引力從柯伊伯帶中拔出的。

在這樣的背景下，通過研究海王星的軌道力學(xué)，可以對太陽系是如何形成、進(jìn)化以及生命的誕生給出解答。

活用核能的背景

中國計(jì)劃中的海王星探測器的構(gòu)造圖

研究小組設(shè)想向海衛(wèi)一發(fā)送探測器的電源是核能。 研究小組表示，假設(shè)探測器的質(zhì)量小于3000公斤，探測器的壽命大于15年，電力推進(jìn)需要8kWe，有效載荷需要2kWe，總計(jì)需要10kWe以上的電力供應(yīng)。 然而，由于太陽能的量與距離的平方成反比，木星附近的光強(qiáng)度只有地球的4%左右。 因此，能夠在離太陽更遠(yuǎn)的深宇宙進(jìn)行探測的只有核能。

到目前為止，美國宇航局的“Curiosity（好奇號）”和“Perseverance（毅力號）”火星探測器和“Voyager（旅行者號）”行星探測器等都使用了原子能電池作為電源，但研究小組正在考慮將核能轉(zhuǎn)換成的電力用于探測器的電力推進(jìn)系統(tǒng)。 然而，對于有望成為能源的钚-238來說，由于生產(chǎn)難度大，價(jià)格昂貴，因此很難提供足夠的钚來滿足10 kWe以上的電力需求。

因此，研究小組認(rèn)為“鈾235”是取代钚238的能源。 雖然使用鈾235的系統(tǒng)由于質(zhì)量大而在供電效率上較差，但它可以為比推力大（效率高）的電力推進(jìn)提供更多的能量。 探測器計(jì)劃配備4臺(tái)推力為160mN的電力推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)，其中2臺(tái)同時(shí)投入使用（剩余2臺(tái)備用）。

目前，中國并不是唯一一個(gè)進(jìn)入深空的探測計(jì)劃。 NASA也曾設(shè)想過一個(gè)“三叉戟”（Trident）任務(wù)，該任務(wù)向海衛(wèi)一發(fā)送探測器，但在Planetary Science and Astrobiology Decadal Survey 2023-2032中被放棄。 取而代之的是，他正在構(gòu)想一個(gè)“烏拉努斯軌道飛行器探測器”任務(wù)，向天王星及其衛(wèi)星發(fā)送探測器。

中國的研究小組預(yù)計(jì)2030年左右將發(fā)射探測器，利用木星的重力，2036年將抵達(dá)海王星。 預(yù)計(jì)發(fā)射的預(yù)定時(shí)間為多個(gè)時(shí)間點(diǎn)，最遲也需要在2040年之前到達(dá)海王星。