探測太陽系邊緣，任重而道遠

□ 毛新愿

在今年的全國兩會上，全國政協委員、中國探月工程總設計師吳偉仁向媒體介紹了中國航天的宏偉發展藍圖。“天問一號”成功探測火星后，我國將繼續進行小行星采樣返回、火星采樣返回、木星探測等規劃，以及更遙遠的太陽系邊緣探測任務。吳偉仁表示：“我們希望在2049 年完成100 個天文單位，到達距離地球150 億千米的地方”。

一個天文單位是地球到太陽的平均距離，約1.5億千米，對人類而言是個天文數字。以月球為例，它距離地球約0.0025 個天文單位，光速耗時1.3 秒，而吳偉仁介紹的規劃，直接將我們的視線拉向了太陽系邊緣，那里是無比空曠的柯伊伯帶，藏著太陽系最深層的秘密，對這里的探測可以更好地了解太陽系起源。

人類飛出太陽系并不容易。航天器需要在掙脫地球引力束縛后，繼續逃離太陽引力的影響。太陽的質量是地球質量的33 萬倍以上，即便它的引力達到地球軌道附近時已經變得較弱，但依然是航天器徹底逃離的最大障礙。中國現役最強運載火箭是起飛推力為870 噸的“長征五號”，它能使約5 噸重的“天問一號”抵達火星，但若要讓探測器逃離太陽引力束縛，就需要研制更大推力的運載火箭。

航天器就像飛出地球的風箏，我們需要用一條線控制它的飛行，這就是航天遙測通信技術。相比運行在地球近地軌道上的航天器，深空探測航天器的距離更遠，這就意味著通信信號衰減更多，從而對深空通信技術提出了更高要求。以我國為“天問一號”在天津新建造的深空通信天線為例。它的直徑達到70米，面積超過20 個籃球場，質量超過2700 噸，如果未來我們要讓航天器飛出太陽系，就需要更強軟硬件結合的深空通信網絡作為支撐。

與此同時，航天器飛出太陽系的任務時長動輒跨度數十年，要求能量系統能長期穩定工作。以目前人類的科學技術水平而言，使用超長待機的放射性同位素電機（俗稱“核電池”）幾乎是唯一的選擇。例如，使用钚-238 作為原料的核電池的半衰期長達88 年，足以滿足航天器在深空中長時間飛行。

飛出太陽系，航天器需要質量盡量輕、功能盡量多，這樣才能實現重型火箭“大馬送快車”的效果，讓一個昂貴的探測器發揮出最大價值，因此，需要為航天器配套研制多種科學儀器，甚至是顛覆性的新技術。

歷史上，攝像管技術、電荷耦合元件成像技術甚至Wi-Fi 技術等，都和人類航天和天文探測的發展息息相關。為讓航天器更快飛出太陽系，科研人員還采取了行星引力助推加速等顛覆性想法，這也是未來中國航天器的首要選項之一。

截至目前，人類僅有美國的“先驅者10 號”“先驅者11 號”“旅行者1 號”“旅行者2 號”和“新視野號”處在離開太陽系的旅途中。

飛出太陽系的航天探測，不僅是中國航天宏大無比的夢想，還是對航天科技水平有重大提升的絕佳機會，因此，我國需要重型運載火箭、深空通信網絡、新一代智能航天器、航天器核能、深空制導導航與控制等一系列技術，這些也必將成為航天技術的更高整體發展平臺，甚至促進其他相關制造業和信息產業的發展。

探索浩瀚宇宙是全人類的共同夢想。一方面，我們感慨中國人用“星辰大海”描述夢想時的維度之大；另一方面，也告訴中國航天人，飛出太陽系是我們必然要為之努力的長遠目標，只有這樣才能讓夢想最終照進現實。