海王星最大的卫星能让宇宙飞船进入该行星的轨道吗？

哈耶萨鲁亚源

艺术家对海王星及其最大卫星海卫一的描绘。(图片来源:美国宇航局GSFC/丹·加拉格尔)

（）据美国太空网（保罗·萨特）：唯一访问海王星的航天器是旅行者2号探测器，它在20世纪80年代历史性的飞越外太阳系期间，在这个神秘世界附近度过了宝贵的几分钟。从那次任务开始到现在已经40多年了。虽然世界各地的太空机构在此后的几十年里已经开发了几十个探测器、着陆器和漫游者，但没有一个访问过太阳系的最外层行星，更不用说绕它运行了。

行星科学家长期以来一直对重返海王星感兴趣，但这颗行星太遥远了，轨道飞行器或着陆器任务几乎是不可能的。虽然新视野号飞船已经访问了矮行星冥王星，但那只是一次短暂的飞越任务。到目前为止，我们发送的最远的轨道飞行器已经到达了土星。

海王星如此遥远以至于难以理解:它离太阳的距离大约是地球的30倍。具体来说，木星离太阳的距离仅仅是地球的五倍。轨道飞行器到达木星需要数年时间，而海王星要远五倍。虽然旅行者2号花了12年时间飞越海王星，但它没有停下来，这是一个非常不同的任务剖面。2014年，新视野号从大约24.5亿英里(39.6亿公里)的距离飞过海王星和它的卫星海卫一，但也只是掠过这颗行星。将航天器放置在环绕地球的轨道上是一件完全不同的事情，用目前的技术仍然不可行。

重返海王星任务的一个问题是，只专注于那个世界的飞越不会带来显著的经济效益。如果没有20世纪70年代和80年代的幸运对准，我们将不得不花费更多的燃料向那个方向发送探测器，并且我们不会比几十年前获得更多的科学研究。

成功飞越任务后的下一个合理步骤是轨道飞行器，但与海王星的极端距离带来了重大挑战。我们没有明确的方法将一个足够大的轨道飞行器拖到海王星系统，携带足够的燃料让它减速，并在合理的短时间内完成这一切。

然而，研究人员分享了一个如何克服这些挑战的激进新思路:利用海王星最大的卫星Triton的稀薄大气来捕获航天器。



美国宇航局的旅行者2号飞船捕捉到了海卫一南极地区冰面上可见间歇泉产生的黑色条纹。(图片来源:美国宇航局/JPL)

在预印本数据库arXiv中出现的一篇论文中，研究人员指出，2022年，美国宇航局成功完成了一种充气减速器(LOFTID)的近地轨道飞行测试。该计划的目标是开发一种充气式防护罩，以在航天器穿过地球大气层下降时保护航天器，并减缓航天器的速度，使其不会在着陆时坠毁。

研究人员提议将未来的海王星轨道飞行器瞄准海卫一，并使用一种类似LOFTID的装置，称为aeroshell，来减缓航天器的速度。他们发现，尽管海卫一的大气压力不到地球大气的1/70，000，但它足以使航天器减速，并使其进入海王星周围的捕获轨道。此外，他们可以改变大气层的角度来调整轨道器的排列，并微调路线，使其进入完美的轨道。

为了使它正确，轨道飞行器必须低至距离海卫一表面6英里(10公里)的高度。这并不比典型的洲际飞行高多少，但因为Triton没有任何非常大的山脉(已知的最高山峰只有一千米高)，所以与地表发生灾难性碰撞的风险很小。

类似的想法已经被提出，用一个空气壳插入一个围绕土星的轨道飞行器，使用它的卫星土卫六，但是土卫六有更厚的大气层，使这项工作容易得多。尽管海卫一的大气层非常稀薄，但该卫星距离海王星相对较远，这意味着航天器不会以同样快的速度行驶，也不会为了被捕获而降低速度。

研究人员估计，使用这种aeroshell技术，前往海王星的任务可能只需要15年，这远远短于当前任何其他任务想法所允许的时间。按照目前的方法，轨道飞行器将需要携带如此多的燃料用于在海王星减速，以至于它永远无法达到高速度，从而使旅程变得极其漫长。

这个计划还有一个好处:它将让我们近距离观察海卫一，它是太阳系中最奇怪的物体之一，很可能是一个被捕获的柯伊伯带物体。我们可以从离地面只有几公里的有利位置看到这个奇怪的世界，从而带来一些额外的科学知识。