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2028年升空,人類探測器或将用26年時間追趕神秘的星際來客

要想解開謎團,最好的方法是追上它,靠近它,觀察它,研究它。
2028年升空,人類探測器或将用26年時間追趕神秘的星際來客

“天琴”光帆探測器接近星際來客(想像圖)。i4is

2017年,神秘的星際來客“奧陌陌”到太陽系逛了一圈,然後調頭加速離開了。

“奧陌陌”給人們留下了太多的謎。由于發現時已經踏上返程,有限的資料讓天文學家對它的本質百思不得其解。即使是在“奧陌陌”已經離開人類視野5年後的今天,“奧陌陌”究竟是什麼,來自何方,依然沒有定論。

想要解開謎團,最好的方法是追上它,靠近它,觀察它,研究它。這并不容易。但已經有科學家提出了設想,其中包括所謂的“天琴計劃”。

“天琴計劃”旨在利用先進的推進技術,比如熱核推進,尤其是光帆技術,與“奧陌陌”這樣的星際天體相會。

早在2017年“奧陌陌”被發現不到兩周後,“星際研究促進會”(Initiative for Interstellar Studies, i4is)就提出了所謂的“天琴計劃”,研究如何使用已有,或近期可實作的技術,對“奧陌陌”進行近距離考察。

研究人員表示,在所有追趕“奧陌陌”的設想中,大部分是基于所謂“太陽歐伯斯機動”提出的。

“歐伯斯機動”本質上就是已在深空探測中廣泛應用的“引力彈弓”。這種技術通常會利用行星的引力充當“彈弓”,來提高飛行速度。而“太陽歐伯斯機動”利用的是太陽。

一次“太陽歐伯斯機動”可以分為三個步驟。首先從地球将探測器發射到一個距離太陽最遠的點,也就是預設軌道上的遠日點;然後探測器向太陽的方向落回;當探測器到達距離太陽的最近點,也就是近日點的時候,給探測器施以額外的推力,使其達到很快的飛行速度。

研究人員表示,這是一種節省燃料,且能夠獲得高飛行速度的方案,非常适合追趕像“奧陌陌”這樣通過近日點後迅速遠離的星際來客。但人類從前從未實施過“太陽引力彈弓”。

計劃中另一個需要考慮的問題是,如何在近日點抵禦太陽狂暴的熱?

和以往的探測器不同,飛向“奧陌陌”的探測器要考慮的不是在一個特定的距離上有多熱,而是如何盡可能近地靠近太陽。

随着探測器和太陽的距離越來越近,其熱防護能力應當越來越強。直到達到設計的極限。

穿越日冕的“帕克太陽探測器”攜帶有一個厚重的熱防護盾。假如我們使用輕薄的光帆推進,那麼追趕“奧陌陌”的探測器在近日點附近該如何自保,将是一個非常棘手的問題。

為此,研究人員設想了一些替代方案,其中包括利用木星來進行彈射。

利用木星彈射的方案被稱為“木星歐伯斯機動”。探測器從地球升空後,會先掠過金星,然後再次掠過地球,最後利用木星的引力進行最終加速。

“木星歐伯斯機動”的好處在于,探測器無需裝備厚重的熱防護盾,飛行距離和所需時間也大大縮短。所需技術也是現成的。

但是這樣探測器的飛行速度會比較慢,任務的持續時間也比較長。

但是考慮到一旦探測器接近“奧陌陌”,兩者之間的相對速度會變得重要——如果速度太快,可供探測的時間就會較少;這種劣勢反而會變成優勢。

利用太陽進行加速的探測器飛行速度可以達到每秒30千米,而利用木星進行加速的探測器飛行速度大約隻有每秒18千米。

研究人員稱,如果我們決定追趕“奧陌陌”,那麼2028年将有一個發射視窗。如果一枚光帆探測器能在2028年升空,那麼理論上它可以用26年時間,在2054年追上“奧陌陌”。

2028年升空,人類探測器或将用26年時間追趕神秘的星際來客

光帆探測器陣列飛離太陽系(想像圖)。Adrian Mann

參考

Project Lyra: A Mission to 1I/‘Oumuamua without Solar Oberth Manoeuvre

https://arxiv.org/abs/2201.04240