作者:马特·威廉姆斯，今日宇宙
艺术家对天琴座项目光帆探测器与星际物体会合的印象
信用:i4is 2017年10月，星际物体‘Oumuamua’穿过了我们的太阳系，留下了许多疑问
它不仅是有史以来第一个被观测到的同类物体，而且天文学家在它冲出太阳系时获得的有限数据让他们都摸不着头脑
即使在今天，也就是这位星际游客飞越近五年后，科学家们仍然不确定它的真实性质和起源
最终，从‘Oumuamua’那里获得真正答案的唯一方法是赶上它
非常有趣的是，有许多关于特派团的提议可以做到这一点
以“天琴座计划”为例，这是由星际研究所(i4is)提出的一项计划，该计划将依靠先进的推进技术与星际物体会合并对其进行研究
根据他们的最新研究，如果他们的任务概念在2028年启动，并执行复杂的木星奥伯特机动(JOM)，它将能够在26年内赶上‘乌姆阿穆阿’
2017年10月30日，在“乌姆阿穆阿”被探测到不到两周之后，星际研究倡议(i4is)启动了天琴座项目
这一概念研究的目的是确定使用当前或近期技术与乌姆阿穆阿会合的任务是否可行
从那以后，i4is团队进行了一些研究，考虑使用核热推进(NTP)和激光飞船来赶上ISO，类似于突破星火——一个在20年内到达半人马座阿尔法星的星际任务概念
正如他们在研究中所描述的，大多数以前提出的利用近期技术到达1I/'Oumuamua的方法都需要太阳奥伯特机动(SOM)
马克斯·普朗克天文研究所(MPIA)的研究人员科伦·贝勒-琼斯提出的“幻灯机”就是一个完美的例子
正如他在之前的一篇文章中对《今日宇宙》所描述的那样，这个概念依赖于太阳的辐射压力，以轻帆获得非常高的速度
他说:“奥贝特效应的原理是，当你相对于正在绕轨道运行的物体(太阳)运动最快时，就应用你的助推力，就像“太阳河”一样。”
“在你的轨道上，你离太阳越近，你就会越快
因此，为了利用奥伯斯效应，你需要尽可能靠近太阳
" 信用:今日宇宙 SOM和其他奥伯特机动的核心是一种被称为重力辅助的技术，自20世纪70年代初以来一直被用于探索太阳系
这项技术包括利用三个物体的引力，包括航天器、提供“辅助”的第二个物体(通常是一个大行星)和控制航天器路径的中心物体
i4is的研究员亚当·希伯特是这项最新的天琴座研究的主要作者，该研究的题目是“天琴座项目:在没有太阳奥伯特机动的情况下完成1I/'乌姆阿穆阿的任务”
“在加入i4is之前，希伯特是一名航空航天工程师，他开发了最佳行星际轨迹软件(OITS)
当“乌姆阿穆阿”被发现时，他决定用OITS这个国际标准化组织作为预定的目的地
在了解了莱拉项目后，他很快加入了他们和他们的研究工作
正如他通过电子邮件向《今日宇宙》解释的那样，太阳奥伯特机动(SOM)依赖于速度的三个离散变化(又名
脉冲)离开太阳系
其中包括: 在地球上，为了增加宇宙飞船离太阳的最远距离(远日点)，在远日点，为了减速并接近太阳，在离太阳最近的点(近日点)，当宇宙飞船以最快的速度运行时，为了获得额外的推力 西奥多·埃德尔鲍姆在1959年发现了这种三冲动情景，尽管SOM一词似乎一直存在
它是在太阳系外产生高速的最佳燃料
这正是当一个国际标准化组织通过近日点并迅速从太阳上消失时，它所需要的
星际探测器任务将是迄今为止影响最深远的任务，超过旅行者号和新视野号探测器
信用:美国航天局/JHUAPL “然而，这个理论设置无视木星
因此，作为对此的轻微修改，如果我们在步骤2中借助于反向木星引力辅助减速，那么我们可以用更少的燃料实现逃逸
这是因为SOM在产生高速时非常有效，以至于它已经被用于研究ISOs任务
" 为了寻找SOM的替代品，希伯特和他的同事们考虑使用一条经过时间考验的路线，这条路线将结合木星强大的引力
他们这样做的部分动机是太阳引力辅助机动带来的内在挑战
虽然这个策略在纸面上看起来很棒，但它以前从未执行过，因此技术准备水平(TRL)很低
此外，还有一个问题是，当航天器在第三步(太阳半径在3到10倍之间)达到近日点时，会产生多少热量
这些问题在美国宇航局最近的一项名为“星际探测器:人类星际空间之旅”的太阳和空间物理学概念研究中得到了解决
“这项研究是为2023-2032年太阳和空间物理十年调查进行的，其中包括星际探测器的概念
在附录D2
2
，该研究涉及太阳奥伯特机动背景下的热防护: “与早期的任务不同，在早期的任务中，给定的太阳距离需要屏蔽设计，星际探测器面临的挑战是看航天器实际上离太阳有多近
随着太阳距离的减小，本影角增大，相对于航天器，防护罩的尺寸显著增大
“因为概念设计工作不能包括整个设计的所有材料设计、制造和测试限制，所以允许的太阳距离的最终建议是基于设计似乎从非常困难走向不可能的地方
" 一群离开太阳系的激光帆航天器
信用:阿德里安·曼 正如帕克太阳探测器充分证明的那样，接近太阳需要一个隔热罩，能够处理极端的热量和辐射
就帕克而言，这个护盾的尺寸约为2
直径44米(8英尺)，重量将近72磅
5千克(160磅)
虽然天琴座隔热板的尺寸和质量不会完全相同，但可以肯定的是，太阳能隔热板会给光帆带来大量额外的质量
作为替代方案，希伯特和他的团队推荐了木星奥伯特机动(JOM)，它将从地球发射，绕金星和地球旋转，进行深空机动(DSM)，再次绕地球旋转，然后利用木星的引力获得重力辅助
这用首字母缩略词V-E-DSM-E-J，或更常用的V-E-E-GA来概括——金星、地球、地球、重力辅助
正如希伯特所指出的，这种机动比高级官员会议有几个优点，其中包括: “[它]不需要厚重的隔热罩，也不需要:a)从木星到太阳奥伯特的额外旅行距离约为5
2个天文单位(天文单位)A、b)再绕木星轨道运行一周
2 au
(a)和(b)都需要时间进行一次高级官员会议，而木星奥伯特机动不需要这样做
" “JOM是一个发现，它是“天琴座”项目利用当前或近期技术寻找选择的关键，因为本质上，它不需要任何以前没有尝试过的硬件或操作，不像SOM
然而，尽管由于不需要上述(a)和(b)而节省了时间，但JOM产生的较低逃逸速度意味着任务持续时间必须更长
" 希伯特和他的团队发现的另一个优势是航天器的到达速度，这将比依靠SOM的航天器慢得多——18公里/秒(64，800公里/小时；40，265英里/小时)与
30公里/秒(108，000公里/小时；67，108英里/小时)
这将使航天器在接近和离开时有更多的时间来分析“乌姆阿穆阿”
基于2028年的发射窗口，他们确定“天琴座计划”航天器将能够在2054年赶上“乌姆阿穆阿”
考虑到‘乌姆阿穆阿’是离我们最近的星际物质，交会任务的科学回报将是不可估量的
由于会合任务的成本相对较低，人类可以在本世纪中叶第一次看到其他恒星系统的情况
更重要的是，这将是一个最终解决多年前乌姆阿穆阿在历史性飞越地球时提出的许多问题的机会
是氮冰山吗？是外星人吗？完全是别的原因吗？如果我们处理得当，我们将在本世纪中叶知道所有这些问题的答案
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