太阳系边际是未来深空探测的重要方向之一, 将是继月球、火星及系内其他天体之后, 人类认识宇宙的新窗口。世界上只有美国的先驱者 10 号 和 11 号、旅行者 1 号和 2 号 以及新视野号,少数几次任务在完成预定目标后, 开展了星际任务拓展, 继续飞向更远的太阳系边际进行了一些探测。
近期实现100AU(1AU为日地距离,约1.5亿公里)的就位探测,远期突破1000AU的探测。
围绕2049年实现对100AU的太阳系边际探测的近期目标,可以从3个方面展开。
一是日球层鼻尖方向的探测,探测器沿黄道面附近、飞行指向天域为银河系中央方位,揭示太阳风和星际风的相互作用、异常宇宙线的产生机制。
二是日球层尾部方向的探测,探测器沿黄道面附近、飞行指向天域为背离银河系中央的方位,在飞抵太阳系边际的途中择机开展冰巨星、半人马族小天体等多目标探测。
三是日球层极区方向的探测,探测器垂直黄道面、飞行指向天域为太阳极区方位,实现太阳高纬的就位探测及恒星际物质特性探测,开展宇宙线在日球层的全日球循环机理、日球层的外部宇宙物质作用机理等研究。
近期实现100AU(1AU为日地距离,约1.5亿公里)的就位探测,远期突破1000AU的探测。
围绕2049年实现对100AU的太阳系边际探测的近期目标,可以从3个方面展开。
一是日球层鼻尖方向的探测,探测器沿黄道面附近、飞行指向天域为银河系中央方位,揭示太阳风和星际风的相互作用、异常宇宙线的产生机制。
二是日球层尾部方向的探测,探测器沿黄道面附近、飞行指向天域为背离银河系中央的方位,在飞抵太阳系边际的途中择机开展冰巨星、半人马族小天体等多目标探测。
三是日球层极区方向的探测,探测器垂直黄道面、飞行指向天域为太阳极区方位,实现太阳高纬的就位探测及恒星际物质特性探测,开展宇宙线在日球层的全日球循环机理、日球层的外部宇宙物质作用机理等研究。
【我国近期3次太阳系边际探测任务设想:2024-2030年2次,2030年前后1次】
第1次和第2次任务目标为在2049年到达100AU,在工程上同型设计,均使用长征五号(可搭配合适上面级)发射,通过构建双探测器组合、多目标探测模式(类似旅行者1/2号),实现效益最大化。
1)第1次任务为日球层鼻尖正向探测,飞往日球层头部,发射窗口为2024-09-16、2025-10-20,采用EEJ飞行轨道(借力地球和木星各1次),计划飞掠探测木星、天王星、半人马族小天体等天体;
2)第2次任务为日球层鼻尖反向探测,飞往日球层尾部(该区域探测尚属国际空白),根据不同发射窗口可设计不同的借力飞行序列,发射窗口(飞行序列)为2027-05-22(EEJN)、2027-06-06(EEEJN)、2027-12-15(EEJN)、2028-12-27(EMEJN)、2029-03-30(EEJN)、2030-05-10(EEJ);
(以EMEJN飞行序列为例:释为从地球发射,依次借力飞掠火星、地球、木星、海王星)
3)第3次任务为日球层极区探测,计划2030年前后发射,将使用新运载火箭、新电推、新RTG等技术,实现6AU/年以上的飞行速度,开展日球层极区就位探测及恒星际物质特性探测,开展宇宙线在日球层的全日球循环机理、日球层的外部宇宙物质作用机理等研究。
【我国太阳系边际探测器构型的3种方案】
1)经适宜性改进的3.3-3.4t嫦娥三号构型,C3≥20km^2/s^2;
2)800kg全电推构型,电推20~200mN,比冲2580~4000s,C3≥77km^2/s^2,在木星借力前用太阳翼供电;
以上两者主构型设计相同(图6),仅推进系统不同,均使用RTG,设计寿命≥30年,飞行速度≥4AU/年,载荷质量≥50kg。
3)2800kg的10kWe级核反应堆探测器构型(图7),电推320mN,比冲3500s,C3≥30km^2/s^2,设计寿命≥35年,飞行速度≥6AU/年,载荷质量≥100kg。
资料来源:
1.吴伟仁等.太阳系边际探测研究[J].中国科学:信息科学,2019,49(01):1-16.
2.田百义等.太阳系边际探测飞行任务规划[J].宇航学报,2021,42(03):284-294.
第1次和第2次任务目标为在2049年到达100AU,在工程上同型设计,均使用长征五号(可搭配合适上面级)发射,通过构建双探测器组合、多目标探测模式(类似旅行者1/2号),实现效益最大化。
1)第1次任务为日球层鼻尖正向探测,飞往日球层头部,发射窗口为2024-09-16、2025-10-20,采用EEJ飞行轨道(借力地球和木星各1次),计划飞掠探测木星、天王星、半人马族小天体等天体;
2)第2次任务为日球层鼻尖反向探测,飞往日球层尾部(该区域探测尚属国际空白),根据不同发射窗口可设计不同的借力飞行序列,发射窗口(飞行序列)为2027-05-22(EEJN)、2027-06-06(EEEJN)、2027-12-15(EEJN)、2028-12-27(EMEJN)、2029-03-30(EEJN)、2030-05-10(EEJ);
(以EMEJN飞行序列为例:释为从地球发射,依次借力飞掠火星、地球、木星、海王星)
3)第3次任务为日球层极区探测,计划2030年前后发射,将使用新运载火箭、新电推、新RTG等技术,实现6AU/年以上的飞行速度,开展日球层极区就位探测及恒星际物质特性探测,开展宇宙线在日球层的全日球循环机理、日球层的外部宇宙物质作用机理等研究。
【我国太阳系边际探测器构型的3种方案】
1)经适宜性改进的3.3-3.4t嫦娥三号构型,C3≥20km^2/s^2;
2)800kg全电推构型,电推20~200mN,比冲2580~4000s,C3≥77km^2/s^2,在木星借力前用太阳翼供电;
以上两者主构型设计相同(图6),仅推进系统不同,均使用RTG,设计寿命≥30年,飞行速度≥4AU/年,载荷质量≥50kg。
3)2800kg的10kWe级核反应堆探测器构型(图7),电推320mN,比冲3500s,C3≥30km^2/s^2,设计寿命≥35年,飞行速度≥6AU/年,载荷质量≥100kg。
资料来源:
1.吴伟仁等.太阳系边际探测研究[J].中国科学:信息科学,2019,49(01):1-16.
2.田百义等.太阳系边际探测飞行任务规划[J].宇航学报,2021,42(03):284-294.
【除了火星,中国深空探测还要向太阳出发】由国际宇航科学院、中国宇航学会与中国航天科技集团上海航天技术研究院联合举办的“第八届航天技术创新国际会议(中国·上海)”3日在沪举行。会议围绕“航天突破性技术创新”的主题,就航天发展的相关议题开展深入探讨,同时进一步拓展航天领域的国际合作。
会议透露,未来深空探测体系包括三个方向:月球探测、系内天体探测、星际探测;三个重点:月球极区探测、火星探测、太阳系边际探测。太阳系边际是未来深空探索的重要方向,是继月球、行星系之后,人类认识宇宙、生命和物质的新窗口。国家航天局探月与航天工程中心相关负责人透露,我国计划于2049年实现对100AU(1AU为日地距离,约1.5亿公里)的太阳系边际探测。(上海市政府网)
会议透露,未来深空探测体系包括三个方向:月球探测、系内天体探测、星际探测;三个重点:月球极区探测、火星探测、太阳系边际探测。太阳系边际是未来深空探索的重要方向,是继月球、行星系之后,人类认识宇宙、生命和物质的新窗口。国家航天局探月与航天工程中心相关负责人透露,我国计划于2049年实现对100AU(1AU为日地距离,约1.5亿公里)的太阳系边际探测。(上海市政府网)
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