“星舰”可能将前往天王星的旅行时间缩短一半

冰巨星依然是太阳系中最值得探索的地方之一。尤其是天王星，最近引发了众多关注，特别是在2022年美国国家科学院发布的十年调查将其列为最高优先级目的地之后。但截至目前，我们仍未针对21世纪30年代的多个发射窗口，制定出完备且规划好的任务。

不过，这实际上可能是一个优势，因为一种新上线的系统或许会从根本上改变整体的任务设计。星际飞船最近继续着一连串的成功测试，麻省理工学院的研究人员在电气与电子工程师协会（IEEE）航空航天会议上发表的一篇新论文，探讨了这个更强大的新发射系统，可能会如何影响十年调查中提出的天王星轨道器与探测器（UOP）的研发。

天王星是人类探索最少的行星之一——上一个访问它的探测器是40年前飞越它的“旅行者2号”。天王星及其冰巨星“表亲”海王星，都从未有过轨道器到访，其系统内也从未有过持续的任务存在，这使它们成为目前仅有的两颗尚未被近距离详细研究的行星。

这并非因为缺乏兴趣。天王星有许多奇特之处，通过更深入的研究或许能帮助我们解释。它是“躺着”的，磁场相当怪异，而且有一群卫星，其冰壳之下可能隐藏着海洋。

此外，像天王星这样的行星，是我们目前在太阳系中发现的最常见的系外行星类型之一，因此近距离研究天王星系统，也将增进我们对其他这类星球的理解。

问题在于天王星距离遥远。它与太阳的距离是地球与太阳距离的19倍，“旅行者号”花了九年半多的时间才抵达该星系，而且该探测器甚至都没有尝试减速以留在星系内。

在十年调查期间进行的先前计算，采用了猎鹰重型助推器以及来自其他行星的多次引力助推，但最终仍需13年多才能抵达天王星。这既是任务在运营和资金方面必须维持的时间，也是关键人员可能离职的时间，或者，以美国国家航空航天局（NASA）最近的情况为参考，可能出现人员休假的时间。所以，更快地将UOP送到其最终目的地无疑更好。

现在来说说星际飞船。尽管今年早些时候经历了一系列测试挫折，但SpaceX公司具有变革性的火箭系统，在本周早些时候的一次成功测试后，终于渐入佳境。假设它继续保持良好的发展态势，到本十年末可能就可以投入常规使用，这使其成为UOP发射工具的一个可行选择。

除了提升的运载能力外，星际飞船的另外两个能力特点，使其对UOP任务颇具吸引力。首先是它的在轨加油能力。

SpaceX在设计该系统时，确保它能够在轨道上储存和补充燃料，这使得它能够比其他系统更快地抵达目的地，因为其他系统的燃料只能从地面携带。虽然这一能力尚未得到验证，但对星际飞船的进一步测试无疑将开始验证这一点，为探测器前往太阳系最遥远的地方开启全新的速度可能性。

另一个能力是将星际飞船本身用作气动减速护盾。在论文中，研究人员探讨了利用星际飞船作为在天王星大气层中气动减速产生的热量的护盾的想法，星际飞船本身已经设计为能够应对在地球和火星重返大气层时的热量。他们发现，经过一些小修改，这个基本原理是可行的。

根据论文中的计算，结合在太空中加油以及将星际飞船用作气动刹车，能够将抵达天王星系统的时间缩短一半，至六年半。

这也不需要在途中借助任何其他行星的引力助推。即使加上携带星际飞船同行的额外成本，由于实际旅行时间减半，这也将大幅降低任务的运营成本。

话虽如此，UOP距离成为现实仍有很长的路要走，星际飞船也尚未准备好将探测器通过气动减速送入冰巨星的大气层。

尽管UOP是十年调查中提出的最高优先级任务，但目前尚不清楚它是否会获得资金批准，鉴于NASA目前的动荡局面，这种不确定性可能还会持续一段时间。

如果我们错过21世纪30年代的发射窗口，下一个合适的发射窗口将是21世纪40年代中期，这意味着距离上次对这个最有趣星球的任务，将时隔近70年。所有行星科学和太空探索爱好者都应该希望，那些可能支持这样一项任务的组织能够齐心协力，支持再次前往天王星的任务，无论是否使用星际飞船。