SpaceX能否助NASA及时抵达天王星？
发布时间：2026-03-10 16:45:32| 浏览次数：
一项新研究指出，太空探索公司星舰的潜在能力可能彻底改变对天王星长期期待的探测计划，这颗太阳系中最被忽视的行星。
星舰重型运载能力、在轨加注技术以及潜在的气动减速能力，有望显著加快对天王星的探测任务。
太阳系的冰巨星始终是行星科学研究中最具吸引力的目标之一。天王星近年来持续引发广泛关注，尤其是美国国家科学院发布的最新十年调查报告将其列为旗舰级探测任务的首要目标。
即便如此，目前尚未制定出一套完整的任务方案来应对预期的发射窗口。这一延迟或许最终会带来益处，因为新兴的发射技术可能显著改变此类任务的设计方式。
在一系列日益成功的试飞之后，SpaceX的星舰系统进入了相关讨论。在IEEE航空航天会议提交的一篇论文中，麻省理工学院的研究人员探讨了这一运载能力更强的发射系统可能对天王星轨道器与探测器（UOP）任务构想产生的影响——该任务构想由美国国家科学院发布的最新行星科学十年调查报告所推荐。
尽管其科学意义重大，天王星却极少受到直接探测。迄今为止，仅有旅行者2号探测器曾飞掠该行星，且并未进入环绕轨道。天王星与海王星均未曾部署过轨道器或长期驻留任务，因此它们是太阳系中唯二尚未被近距离、长时间详细考察的行星。
詹姆斯韦布空间望远镜拍摄的天王星及其环系图像。图片来源：美国国家航空航天局
有限的探测并非源于科学好奇心的匮乏。天王星存在多个长期未解之谜：其自转轴几乎横卧于轨道平面上，磁场不仅倾斜角度异常，且磁极与行星中心存在明显偏移；此外，它还拥有一个由众多卫星组成的复杂系统，其中一些卫星的冰壳之下可能存在液态水海洋。
此外，与天王星大小和成分相似的行星是银河系中探测到数量最多的系外行星类型之一。因此，开展专门针对天王星的探测任务，不仅有助于揭示我们太阳系内部的动力学过程，也有助于深化对遥远行星系统形成与演化的认识。
问题是天王星距离遥远。它与太阳的距离是地球的19倍，旅行者号探测器花了九年半以上的时间才抵达该行星系统，而且该探测器甚至没有尝试减速以进入环绕轨道。此前在十年期规划调查中进行的计算采用了猎鹰重型运载火箭，并结合多次行星引力辅助，但最终仍需超过13年才能抵达天王星。
这是任务需要持续维持的时间，既要保障运行，也要确保资金支持；同时，关键人员也可能在此期间离职，或因机构运营调整而暂时离岗。因此，加快UOP抵达最终目的地的进程无疑是更优的选择。
星舰登场。尽管今年早些时候经历了一系列测试挫折，但SpaceX这一具有变革意义的火箭系统在本周早些时候成功完成了一次测试，终于展现出其潜力。若其进展持续向好，有望在本十年内实现常态化使用，从而成为UOP发射任务的可行选择。
除了其更强的运载能力外，星舰（Starship）还有另外两项能力使其在执行深空探测任务时颇具吸引力。首先是其在轨加注燃料的能力。SpaceX在设计该系统时已确保其能够在太空中储存并接收燃料，从而使其能够比其他必须完全从地面携带燃料的系统更快地抵达目标。尽管这一能力尚未得到实际验证，但随着星舰后续测试的推进，这一技术有望逐步实现，为飞往太阳系最遥远区域的探测器开辟全新的速度可能性。
另一项能力是将星舰本身用作气动减速的热防护盾。在该论文中，研究人员探讨了利用星舰——其本身已具备承受地球和火星再入大气层高温的能力——作为减速盾，以抵御气动减速过程中在天王星大气层内产生的高温。研究发现，只需进行少量改造，这一基本构想即可实现。此时，星舰不再像常规任务那样在提供加速推力后与探测器分离，而是伴随天王星轨道探测器一同抵达天王星系统，利用自身的热防护系统充当气动刹车，将探测器从星际飞行速度大幅降低，从而使其能够被天王星引力捕获并进入环绕轨道。
根据论文中的计算，结合在轨加注推进剂和利用星舰（Starship）实施气动减速两种技术，可将抵达天王星系统的飞行时间缩短一半，降至约六年半。该方案无需借助途中其他行星的引力加速。即便需额外携带星舰执行任务，由此带来的飞行时间大幅缩减，仍将显著降低任务的整体运行成本。
尽管如此，UOP距离实际实现仍遥不可及，星舰也尚未具备将探测器通过气动减速方式进入冰巨星大气层的能力。虽然它是十年调查报告中优先级最高的任务，但目前尚不清楚该任务能否获得资金批准，加之当前美国宇航局内部的不确定性，这一问题在可预见的未来仍将保持模糊。
如果错过2030年代的发射窗口，下一次合适的发射时机将出现在2040年代中期，这意味着两次任务之间将相隔近七十年。所有关注行星科学与
的爱好者都应期待相关机构能够积极筹备，支持重返这一极具吸引力的世界的探测任务，无论采用何种运载工具。
星舰作为天王星旗舰任务的一种使能选项 作者：丹尼尔戈切瑙尔、克洛伊根特根、奥利维耶德韦克 2025年IEEE航空航天大会
