一項(xiàng)最新研究指出，SpaceX正在測(cè)試中的重型運(yùn)載火箭“星艦”（Starship），有望在運(yùn)力、軌道加油以及充當(dāng)氣剎防護(hù)體等方面發(fā)揮關(guān)鍵作用，從而顯著加快美國宇航局（NASA）規(guī)劃中的天王星旗艦探測(cè)任務(wù)進(jìn)程。

天王星及另一顆“冰巨星”長(zhǎng)期被認(rèn)為是太陽系內(nèi)最值得深入研究的目標(biāo)之一，2022年美國國家科學(xué)院發(fā)布的十年期行星科學(xué)規(guī)劃報(bào)告已將“天王星軌道器與大氣探測(cè)器”（Uranus Orbiter and Probe，UOP）列為旗艦級(jí)任務(wù)首要優(yōu)先方向。然而，針對(duì)2030年代發(fā)射窗口的詳細(xì)方案迄今尚未完全敲定，也為新一代發(fā)射技術(shù)“介入”預(yù)留了空間。

目前，人類對(duì)天王星的近距離探測(cè)仍極為有限，上一次訪問還是近40年前“旅行者2號(hào)”的一次飛掠，其間并未進(jìn)入環(huán)繞軌道。天王星與海王星是太陽系中僅有的從未接收過長(zhǎng)期駐留航天器的行星，它們?cè)谛行切纬?、?nèi)部結(jié)構(gòu)、磁場(chǎng)特性以及衛(wèi)星系統(tǒng)等方面都蘊(yùn)藏大量未知。天王星本身側(cè)躺著自轉(zhuǎn)，磁場(chǎng)軸心既傾斜又偏離行星中心，其衛(wèi)星群中還可能存在被冰殼覆蓋的地下海洋。與此同時(shí)，與天王星體量和成分相近的行星，已成為目前系外行星搜尋中最常見的一類目標(biāo)，對(duì)天王星的系統(tǒng)性考察被視為理解類地外行星體系的重要“樣本”。

天王星任務(wù)規(guī)劃的最大難點(diǎn)是距離帶來的時(shí)間和成本壓力。天王星平均距離太陽約為地球的19倍，“旅行者2號(hào)”當(dāng)年飛行超過9年半才抵達(dá)，而此前在十年規(guī)劃階段的任務(wù)估算方案中，即便依托獵鷹重型（Falcon Heavy）并借助多次行星引力助推，飛行時(shí)間仍可能超過13年。這意味著探測(cè)器在跨越深空過程中，需要長(zhǎng)期維持運(yùn)行與地面支持，經(jīng)費(fèi)和關(guān)鍵技術(shù)團(tuán)隊(duì)在十余年跨度內(nèi)始終“在線”，對(duì)管理和預(yù)算都是挑戰(zhàn)。

在此背景下，星艦的出現(xiàn)被認(rèn)為可能“重塑”任務(wù)架構(gòu)。經(jīng)過多次試飛和改進(jìn)，星艦近期取得一次更為成功的測(cè)試，若后續(xù)進(jìn)展順利，有望在本十年末具備常規(guī)任務(wù)發(fā)射能力，從而成為UOP候選運(yùn)載平臺(tái)之一。研究團(tuán)隊(duì)在提交IEEE航空航天會(huì)議的一篇論文中分析指出，星艦除具備更強(qiáng)運(yùn)載能力之外，還有兩項(xiàng)特性對(duì)天王星任務(wù)尤為重要：一是軌道加油能力，二是作為再入和氣剎防熱盾的潛力。星艦系統(tǒng)在設(shè)計(jì)之初就考慮了軌道補(bǔ)加燃料，使其無需將全部推進(jìn)劑都從地面一次性送入太空，理論上可更快、更高效地將探測(cè)器送往外太陽系深處。

論文進(jìn)一步探討了由星艦直接參與天王星軌道插入過程的設(shè)想。研究人員認(rèn)為，得益于星艦已針對(duì)地球和火星再入環(huán)境進(jìn)行了防熱設(shè)計(jì)，它在適度改裝后，有機(jī)會(huì)充當(dāng)天王星大氣制動(dòng)的“防護(hù)體”。在這種方案中，星艦并不會(huì)在完成變軌后與探測(cè)器分離，而是與UOP一同飛抵天王星，利用自身熱防護(hù)系統(tǒng)充當(dāng)大型“氣剎”，幫助探測(cè)器在穿越天王星高層大氣時(shí)有效降低速度并實(shí)現(xiàn)停留。模型計(jì)算顯示，如果把在軌加油與星艦氣剎結(jié)合使用，前往天王星的飛行時(shí)間有望從約13年縮短到約6年半，且在飛行途中不再依賴其他行星的引力助推。即便考慮到讓一艘星艦“隨行”所增加的研制與發(fā)射成本，相較當(dāng)前方案，任務(wù)總運(yùn)營成本仍可能因飛行時(shí)間減半而明顯下降。

不過，從論文設(shè)想走向?qū)嶋H任務(wù)仍有諸多不確定性。UOP當(dāng)前距離正式立項(xiàng)尚有距離，星艦在天王星大氣條件下進(jìn)行復(fù)雜氣剎的技術(shù)成熟度也遠(yuǎn)未達(dá)到工程可行階段。盡管該任務(wù)在十年規(guī)劃中位列“頭號(hào)優(yōu)先”，但在NASA預(yù)算壓力和機(jī)構(gòu)內(nèi)部動(dòng)蕩持續(xù)存在的背景下，能否如期獲得經(jīng)費(fèi)批準(zhǔn)仍未知。一旦錯(cuò)過2030年代的重點(diǎn)發(fā)射窗口，下一次相對(duì)理想的發(fā)射時(shí)機(jī)將推遲到2040年代中期，屆時(shí)從“旅行者2號(hào)”飛掠至下一次近距離考察，時(shí)間跨度將逼近70年。文章最后呼吁，無論最終是否采用星艦，支持天王星旗艦任務(wù)應(yīng)成為全球行星科學(xué)界和相關(guān)機(jī)構(gòu)的共識(shí)，以免錯(cuò)失深入認(rèn)識(shí)這一“被忽視的世界”的寶貴機(jī)會(huì)。