2028年升空人类探测器或将用26年时间追赶神秘的星际来客

2017年,神秘的星际来客“奥陌陌”到太阳系逛了一圈,然后调头加速离开了。

“奥陌陌”给人们留下了太多的谜。由于发现时已经踏上返程,有限的数据让天文学家对它的本质百思不得其解。即使是在“奥陌陌”已经离开人类视野5年后的今天,“奥陌陌”究竟是什么,来自何方,依然没有定论。

要想解开谜团,最好的方法是追上它,靠近它,观察它,研究它。这并不容易。但已经有科学家提出了设想,其中包括所谓的“天琴计划”。

“天琴计划”旨在利用先进的推进技术,比如热核推进,尤其是光帆技术,与“奥陌陌”这样的星际天体相会。

早在2017年“奥陌陌”被发现不到两周后,“星际研究促进会”(Initiative for Interstellar Studies, i4is)就提出了所谓的“天琴计划”,研究如何使用已有,或近期可实现的技术,对“奥陌陌”进行近距离考察。

研究人员表示,在所有追赶“奥陌陌”的设想中,大部分是基于所谓“太阳欧伯斯机动”提出的。

“欧伯斯机动”本质上就是已在深空探测中广泛应用的“引力弹弓”。这种技术通常会利用行星的引力充当“弹弓”,来提高飞行速度。而“太阳欧伯斯机动”利用的是太阳。

一次“太阳欧伯斯机动”可以分为三个步骤。首先从地球将探测器发射到一个距离太阳最远的点,也就是预设轨道上的远日点;然后探测器向太阳的方向落回;当探测器到达距离太阳的最近点,也就是近日点的时候,给探测器施以额外的推力,使其达到很快的飞行速度。

研究人员表示,这是一种节省燃料,且能够获得高飞行速度的方案,非常适合追赶像“奥陌陌”这样通过近日点后迅速远离的星际来客。但人类从前从未实施过“太阳引力弹弓”。

和以往的探测器不同,飞向“奥陌陌”的探测器要考虑的不是在一个特定的距离上有多热,而是如何尽可能近地靠近太阳。

随着探测器和太阳的距离越来越近,其热防护能力应当越来越强。直到达到设计的极限。

穿越日冕的“帕克太阳探测器”携带有一个厚重的热防护盾。假如我们使用轻薄的光帆推进,那么追赶“奥陌陌”的探测器在近日点附近该如何自保,将是一个非常棘手的问题。

利用木星弹射的方案被称为“木星欧伯斯机动”。探测器从地球升空后,会先掠过金星,然后再次掠过地球,最后利用木星的引力进行最终加速。

“木星欧伯斯机动”的好处在于,探测器无需装备厚重的热防护盾,飞行距离和所需时间也大大缩短。所需技术也是现成的。

但是考虑到一旦探测器接近“奥陌陌”,两者之间的相对速度会变得重要——如果速度太快,可供探测的时间就会较少;这种劣势反而会变成优势。

利用太阳进行加速的探测器飞行速度可以达到每秒30千米,而利用木星进行加速的探测器飞行速度大约只有每秒18千米。

研究人员称,如果我们决定追赶“奥陌陌”,那么2028年将有一个发射窗口。如果一枚光帆探测器能在2028年升空,那么理论上它可以用26年时间,在2054年追上“奥陌陌”。