如果到 2028年发射，航天器可以在26年内赶上Oumuamua

2017 年 10 月，星际物体 Oumuamua 穿过我们的太阳系，留下了很多疑问。它不仅是有史以来第一个被观测到的同类物体，而且天文学家在它从我们的太阳系中射出时获得的有限数据让他们都摸不着头脑。即使在今天，在这位星际访客飞过近五年后，科学家们仍然不确定它的真实性质和起源。最后，要从'Oumuamua那里得到一些真正的答案，唯一的办法就是赶上它。

有趣的是，桌面上有许多可以做到这一点的任务提案。考虑一下由星际研究所(i4is)提出的天琴座计划，该计划将依靠先进的推进技术与星际物体 (ISO) 会合并对其进行研究。根据他们的最新研究，如果他们的任务概念在 2028 年发射并执行复杂的木星奥伯斯机动JOM，它将能够在 26 年内赶上“Oumuamua”。

2017年 10 月 30日，在“Oumuamua”被发现不到两周后，星际研究倡议组织 (i4is) 启动了天琴座计划。这项概念研究的目的是确定使用当前或近期技术是否可行与'Oumuamua会合的任务。从那时起，i4is 团队进行了研究，考虑使用核热推进(NTP) 和激光帆船赶上 ISO，类似于突破摄星- 一种在 20 年内到达半人马座阿尔法星的星际任务概念。

正如他们在研究中所描述的那样，之前提出的大多数使用近期技术达到 1I/'Oumuamua 的方法都需要太阳奥伯斯机动(SOM)。马克斯普朗克天文学研究所(MPIA)的研究员Coryn Bailer-Jones提出的“Sunper”就是一个完美的例子。正如他在前一篇文章中向今日宇宙描述的那样，这个概念依赖于太阳的辐射压力，以通过光帆获得非常高的速度。

“奥伯斯效应的原理是，当你相对于你正在运行的物体移动最快时应用你的助推器，在 Sunper 的情况下是太阳，”他说。“你在你的轨道上离太阳越近，你就会越快。因此，要利用奥伯斯效应，您需要尽可能靠近太阳。”

SOM 和其他 Oberth 演习的核心是一种称为重力辅助的技术，自 1970 年代初以来一直用于探索太阳系。这项技术涉及使用三个物体的引力，包括航天器、提供“辅助”的第二个物体通常是一颗大行星以及控制航天器路径的中心物体。

i4is 的研究员 Adam Hibberd 是这项最新的 Lyra 研究标题为“ Project Lyra: A Mission to 1I/'Oumuamua without Solar Oberth Maneuver ”的主要作者。在加入 i4is 之前，Hibberd 是一名航空工程师，他开发了最佳行星际轨迹软件 (OITS)。当检测到'Oumuamua 时，他决定使用带有此 ISO 的 OITS 作为预期目的地。在了解了天琴座计划后，他很快就加入了他们和他们的研究工作。

艺术家对天琴座项目光帆探测器与星际物体 (ISO) 会合的印象。

正如他通过电子邮件向今日宇宙解释的那样，太阳奥伯斯机动SOM依赖于速度的三个离散变化又名脉冲来退出太阳系。这些包括：

1. 在地球，为了增加航天器与太阳远日点的最远距离，

2. 在远日点，减速并落入太阳附近，

3. 在距离太阳最近的点近日点，当航天器以最快的速度飞行以获得额外的助推力时

“西奥多·埃德尔鲍姆 (Theodore Edelbaum) 于 1959 年发现了这种 3 脉冲情景，尽管 SOM 一词似乎已经停滞不前。它是从太阳系产生高速的最佳燃料。这正是当 ISO 已通过近日点并迅速远离太阳时捕捉 ISO 所需要的。然而，这种理论设置无视木星。因此，作为对此的轻微修改，如果我们在步骤 2 中借助反向木星引力辅助减速，那么我们可以用更少的燃料实现逃生。这是因为 SOM 在产生高速方面非常有效，因此它已被用于研究 ISO 任务。”

在寻找 SOM 的替代方案时，希伯特和他的同事考虑使用经过时间考验的路线，该路线将结合木星强大的引力。他们这样做的部分动机是太阳重力辅助机动所带来的固有挑战。虽然这种策略在纸面上看起来很棒，但它以前从未执行过，因此技术准备水平(TRL) 等级较低。

星际探测器任务将是迄今为止影响最远的任务，超过了航海者号和新视野号探测器。

更重要的是，当光帆在第 3 步3 到 10 个太阳半径之间达到近日点时，会发生多少加热的问题。这些问题在美国宇航局最近的一项名为“星际探测器：人类星际空间之旅”的太阳和空间物理学概念研究中得到了解决。这项研究是为2023-2032 年太阳和空间物理学十年调查进行的，其中包括除其他外星际探测器的概念。在附录 D2.2. 中，该研究讨论了太阳奥伯斯机动背景下的热保护：

“与早期的任务不同，在给定的太阳距离需要屏蔽设计，星际探测器的挑战是看看航天器可以实际接近太阳多近。随着太阳距离的减小，本影角增加，并且相对于航天器的屏蔽尺寸显着增加。因为概念设计工作不能包括完整设计的所有材料设计、制造和测试限制，所以允许太阳距离的最终建议是根据设计似乎从非常困难到不可能的地方做出的。”

正如帕克太阳探测器充分证明的那样，靠近太阳需要一个可以处理极端热量和辐射的隔热罩。以Parker 为例，该防护罩的直径约为 2.44 米8 英尺，重约 72.5 公斤160 磅。虽然 Lyra 隔热罩的尺寸和质量并不相同，但可以肯定的是，太阳能隔热罩会为光帆带来大量额外的质量。

一群激光帆航天器离开太阳系。

作为替代方案，希伯德和他的团队推荐了木星奥伯斯机动JOM，它将从地球发射，绕金星和地球摆动，进行深空机动DSM，再次绕地球摆动，然后使用木星的重力辅助引力。这由首字母缩略词 VE-DSM-EJ 或更常用的 VEE-GA - Venus、Earth、Earth、Gravity Assist 来概括。正如 Hibberd 所指出的，这种机动比 SOM 有几个优势，其中包括：

“它不需要重型隔热罩，也不需要：a从木星到太阳奥伯斯的额外行进距离约为 5.2 个天文单位au，[和]b进一步回到木星周围额外 5.2 au 的轨道。a和 b都需要时间来进行 SOM，而木星奥伯斯机动则不需要。JOM 是一项发现，它是天琴座计划’使用当前或近期技术’寻找选项的关键，因为与 SOM 不同，它基本上不需要任何以前未尝试过的硬件或操作。尽管如此，尽管不需要上述 a和 b可以节省时间，JOM 产生的较低逃生速度意味着任务持续时间必须更长。”

希伯德和他的团队发现的另一个优势是航天器的到达速度，这将比依赖 SOM 的航天器慢得多18 公里/秒64,800 公里/小时；40,265 英里/小时与 30 公里/秒108,000 公里/小时小时；67,108 英里/小时。这将使天琴座计划航天器有更多时间在接近和离开期间分析“Oumuamua”。根据 2028 年的发射窗口，他们确定 Project Lyra 光帆将能够在2054年赶上“Oumuamua”。

鉴于“Oumuamua”是我们可以接触到的最接近的星际物质，因此会合任务的科学回报将是不可估量的。由于会合任务的成本相对较低，人类可以在本世纪中叶第一次看到其他恒星系统发生的事情。更重要的是，这将是一个最终解决多年前 Oumuamua 历史性飞越地球时提出的许多问题的机会！

是氮冰山吗？是外星人吗？完全是另外一回事吗？如果我们打好牌，到本世纪中叶，我们将知道所有这些问题的答案！