新的推进系统可以实现塞德娜任务
2025-06-30 14:35
来源:巴里理工大学
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在我们太阳系的外围,远离冥王星轨道的地方,坐落着塞德娜,它是迄今为止发现的最神秘的天体之一。这颗红矮行星的轨道极其极端,绕太阳一周需要超过11000年。现在,科学家们正在提出一项新的任务,利用革命性的推进技术,探索这颗遥远的星球。

然而,塞德娜远不止是一块遥远的岩石。它代表着一种新的轨道天体——塞德娜类天体(sednoids),其极端轨道表明它可能是奥尔特云内层已知的第一个成员。了解塞德娜可以揭开早期太阳系形成及其引力影响的秘密。

它的表面是太阳系天体中最红的之一,暗示着其复杂的化学性质,或许能揭示外层区域有机化合物的线索。在它目前的距离下,温度从未超过-240°C,使其成为太阳系中最冷的地方之一。

预计这颗遥远的行星将在2075-2076年通过其轨道的近日点,即距离太阳最近的点,然后缓慢远离太阳。当塞德娜到达最近点76.19天文单位(约为地球与太阳距离的76倍)时,它仍然会非常遥远,几乎是海王星的三倍。在这短暂的时刻之后,塞德娜将再次踏上漫长的黑暗之旅,数百年后才会回到它与太阳的近距离。

一项发布在arXiv预印本服务器上的全新可行性研究,考察了两种能够在这个短暂的机遇窗口内抵达塞德娜的尖端技术方案。第一种方案涉及直接聚变驱动(DFD),这是一种概念性的核聚变发动机,旨在同时产生推力和电力。对于DFD,研究人员假设一个具有恒定推力和比冲的1.6兆瓦系统,这代表着对现有推进技术的一次巨大飞跃。

第二种方案是对太阳帆技术进行巧妙的改进。该方案并非完全依赖太阳辐射压力,而是利用热解吸。热解吸是指当表面受热时,附着在表面的分子或原子会被释放,而正是这一过程产生了推进力。该方案将借助木星周围的重力辅助机动,利用木星巨大的引力场作为引力弹弓。

分析揭示了关于这两种截然不同技术的惊人结果。意大利巴里理工大学的埃琳娜·安科纳领导的团队撰写的论文结果表明,DFD 可以在大约 10 年内到达塞德娜,其中推进时间为 1.5 年。而太阳帆在木星引力的帮助下,可以在 7 年内完成旅程。太阳帆的卓越飞行时间源于其无需携带重型燃料即可持续加速的能力,而聚变驱动器的优势在于它能够进入轨道,而不仅仅是飞越。

这种速度差异凸显了深空探索中的根本权衡。由于性能差异,DFD 可以实现轨道进入,而太阳帆则只能进行飞掠。轨道任务可以对塞德娜进行更深入的研究,绘制其表面地图,分析其成分,并可能发现其卫星或其他特征。飞掠虽然速度更快,但只能提供短暂的快照。

两项拟议的技术都面临着巨大的发展障碍。DFD目前在很大程度上仍处于概念阶段,需要在聚变遏制和控制方面取得突破,而这几十年来我们一直未能实现。该公司的模型显示,这项技术可以在四年内将一艘质量约1000公斤的航天器推进到冥王星,但能否在现实中实现这一性能目前仍不确定。

先进的热解吸太阳帆代表了一种更具革命性的方法,它以成熟的太阳帆原理为基础,并添加了新功能。该技术依赖于精确定时的重力辅助和创新的材料科学,这本身就带来了挑战,但在短期内可能更容易实现。

然而,在塞德娜目前接近时,抵达它的窗口正在迅速关闭。人类能否奋起迎接这一挑战,取决于我们是否愿意投资革命性的推进技术,并承担拓展太空旅行界限所固有的风险。

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