1、與空間物體交會

“Oumuamua”在2017年穿越太陽系的路徑

美國夏威夷大學(xué)的望遠(yuǎn)鏡在外太空發(fā)現(xiàn)過一個奇怪的物體，該物體已穿越太陽系七年，有四分之一英里(400米)長，可能是寬度的十倍。與我們通常看到的其他物體不同，這個物體已經(jīng)激發(fā)人類的想象力，許多人希望這是外星飛船。然而事實并非如此，我們最終能夠確定，這只是一塊太空巖石。也許不僅僅是一塊太空巖石那么簡單，這顆收到廣泛關(guān)注的物體最終被命名為“Oumuamua”，并正式確認(rèn)為“第一個來自另一顆恒星的天體，造訪了我們的太陽系”。沒錯，它來自太陽系外的一個地方，我們可能永遠(yuǎn)無法確定這個位置。如果我們能夠向這樣的星際空間物體發(fā)送航天器，并獲取其樣本供我們仔細(xì)研究，能夠研究這個物體有什么秘密，那將是多么令人興奮。

我們有能力向天體發(fā)射航天器來做到這一點，并且已經(jīng)多次完成這一壯舉，最近一次是使用OSIRIS-Rex探測器追蹤Bennu小行星。通過探測器，我們對Bennu小行星已經(jīng)了解很多。但Oumuamua不同，這個物體一直在飛行，平均速度為59,000英里/小時(95,000公里/小時)，與它相遇的時間非常短。目前，沒有任何一種太空推進(jìn)手段，能夠讓航天器接近這樣一個星際物體，趕上它所需的速度就十分困難。甚至正在研究的一些也沒有。例如，雖然太陽能帆有能力將航天器送入非常深的太空，并執(zhí)行長時間的任務(wù)，但缺乏允許硬件在太空中進(jìn)行推進(jìn)機(jī)動的能力。核動力太空船可能是解決方案，但目前制造成本很高，而且自身太大，不利于加速。

2、同位素電力推進(jìn)航天器

多年來，在美國國家航空航天局的創(chuàng)新先進(jìn)概念(NIAC)計劃，發(fā)現(xiàn)了幾種空間推進(jìn)方式，這些方式可能符合與星際空間物體交會的要求。例如，在2021年，有人提出了一種放射性同位素電力推進(jìn)航天器。今年，NIAC項目第一階段接受了另一項提案。它源于查爾斯·斯塔克-德雷珀實驗室的詹姆斯·比克福德的想法，主要是利用放射性同位素自然衰變產(chǎn)生的動量來產(chǎn)生推力。這位科學(xué)家設(shè)想了一種被稱為薄膜核同位素發(fā)動機(jī)的東西——薄膜同位素核發(fā)動機(jī)火箭(TFINER)。

這項工作的主要焦點在放射性同位素薄片上。有多薄?——大約10微米厚，這差不多是一個細(xì)菌的典型長度。那么，使用什么樣的放射性同位素?——釷-228。眾所周知，這種物質(zhì)的半衰期為1.9年，但更重要的是，它的衰變鏈會產(chǎn)生額外的阿爾法輻射，這些輻射本身的壽命在300納秒到三天之間。同位素發(fā)動機(jī)可以產(chǎn)生推力，原理是“當(dāng)在同位素薄膜的另一側(cè)涂一層約50微米厚的吸收層，可以捕獲向前的排放物。”比克福德說，“由半衰期較長的同位素組合在一起，分多個階段，在延長的任務(wù)時間內(nèi)最大限度地提高速度。”所有這些，至少在紙面上看來，在不減少推力的情況下，航天器的速度和運行時間都將增加。該配置還將允許主動推力矢量控制和航天器機(jī)動。66磅的放射性同位素可以分布在250平方米(2690平方英尺)的面積上，這將使船只的最高速度達(dá)到150,000英里/小時(54萬公里/小時)。當(dāng)然，也可以縮小分量，滿足太空探險的其他需求。

考慮到以上情況，很容易想象這樣一個航天器以相對較快的速度到達(dá)深空，并追上幾乎所有類型的自然空間物體。科學(xué)家沒有公開提供其他與該系統(tǒng)有關(guān)的數(shù)據(jù)，但美國宇航局表示，非常喜歡這個想法，將其納入今年的NIAC第一開發(fā)梯隊。誠然，并不意味著該項研究會最終實現(xiàn)，但研究確實描繪了我們可以利用的無數(shù)可能性，以提高我們對太空的認(rèn)識。比克福德認(rèn)為，該系統(tǒng)不僅用于與星際物體交會，還可以作為在太陽引力焦點進(jìn)行多目標(biāo)觀測的推進(jìn)手段。