无需离家即可探索星辰

面对现实吧，我们哪里也去不了，至少短期内不行。任何成长于科幻小说——通常是某一代的《星际迷航》或《星球大战》——的人，都曾一度渴望真正的、现实世界的星际旅行。然后，现实的残酷打击随之而来。

我们没有任何看似可行的技术能够将人类送往其他恒星的行星。我们甚至没有及时将微型机器人航天器送往另一个恒星系的技术。（人们正在考虑此事，但即使是概念验证实验也尚未开始；最早的试飞至少还需要几十年。）说实话，随着 COVID-19 仍在肆虐，我们中的许多人现在甚至很难离开家门。

或者，也许我们只是思考问题的方式不对。麻省理工学院（MIT）空间系统实验室联合主任Richard Linares有一个想法，可以更快地实现我们的科幻梦想。他承认，我们无法前往星辰，但星辰本身正向我们靠近；我们所要做的就是找到一种方法，在它们经过时追赶上它们。他认为他已经找到了方法，利用一种他称之为“动态轨道弹弓”的创意型悬停攻击航天器。

这是一个相当超前的概念，但 NASA 认为其中有可取之处：该机构的 NASA 创新先进概念（NIAC）项目刚刚向 Linares 及其合作者提供了“第一阶段”资助，以探索该弹弓在实际太空任务中的可行性。

如果不是因为被称为'Oumuamua 的神秘彗星状天体，这一切都不会发生。它在 2017 年秋季飞越了太阳。它的双曲线轨道轨迹表明它是一个星际物体，这意味着它起源于太阳系之外的某个遥远地方。天文学家们长期以来一直推测彗星可能逃离其他行星系统并穿过我们的太阳系，但这提供了第一个确凿的证据。

‘Oumuamua 的发现之所以特别令人兴奋，是因为紧随其后的是第二次星际访客——Borisov 彗星——的观测，就在去年八月。一个这样的物体可能是一个偶然。如此短时间内连续发现两颗星际彗星，意味着它们必定极其普遍；显然，我们以前无法探测到它们。

现在很清楚，（无生命的）星际访客会一直穿过我们的太阳系，这意味着有很多潜在的目标可供探索。而且我们很快就会更擅长发现它们。即将投入使用的鲁宾天文台（Rubin Observatory），预计将在 2022 年开始运行，它将搜寻夜空中所有移动或变化的东西。根据一些推断，它每年可以轻松识别出一个新的类似 Borisov 的天体。

然而，近距离访问其中一个物体并不容易。即使有了鲁宾天文台的锐利目光，我们也不会提前很长时间就知道一颗新的星际彗星正朝着内太阳系飞来。最多，我们可能只有几年的预警时间；更有可能的是，预警时间会以月为单位计算。这对于准备拦截任务来说时间太短了。

星际物体也来势汹汹——也就是说，它们速度很快。Borisov 彗星以每秒 32 公里的速度从深空而来，它围绕太阳的轨道看起来更像一条弯曲的线，而不是一个规整的行星椭圆。短时间通知加上高速意味着一个非常难以捕捉的目标。

这就是 Linares 和他的动态轨道弹弓发挥作用的地方。他的想法是部署一个由太空探测器组成的网络，让它们随时待命，等待星际访客的到来。这些将是他的“静止卫星”（statites）——一种非常特殊的航天器。与太阳系中的其他任何物体不同，它们不会绕太阳运行。相反，它们会原地悬停。

通常情况下，太阳的引力使得这种悬停是不可能的。静止卫星会通过使用巨大的太阳帆来补偿，每个太阳帆都连接到一个轻量级的立方体卫星式探测器。如果帆足够大且足够薄，太阳辐射的压力就足以抵消引力，从而使静止卫星名副其实。

悬停可以让静止卫星完成一个巧妙的操作。一旦天文学家探测到一颗即将到来的星际物体，静止卫星就会改变其帆的朝向，使其不再受阳光的束缚。它将立即开始快速向太阳坠落，利用太阳引力像弹弓一样加速它——这就是“动态轨道弹弓”的由来。改变帆的角度可以让它进行转向，设定一个拦截星际目标的航线，所有这些都不需要任何车载推进剂。

许多新闻报道（包括麻省理工学院一份令人困惑的新闻稿）暗示静止卫星将部署在太阳系边缘。Linares 澄清说，那里的阳光太弱，无法实现悬停。“目前，我们正在考虑在 1 AU [地球到太阳的距离] 部署一个星座。他表示：“我们认为，就任务成本和到达星际物体能力之间的平衡而言，这可能是最佳选择。”

请注意他提到了“星座”一词。星际物体可能来自任何方向。为了确保他能够设计出合理的拦截路线，Linares 意识到他需要多个静止卫星停在太阳周围不同的位置。“五到八个静止卫星就差不多是一个可行的星座，”他说。“它们将有重叠的覆盖范围，我们相信每个静止卫星都可以覆盖相当广泛的入向日心轨迹。”

围绕太阳的弹弓轨迹将提供足够的飞行速度，使静止卫星能够追上目标并匹配其速度。探测器将不再是短暂的高速飞掠，而是可以进行悠闲的近距离接触，深入研究该天体。“这个星座的好处在于，我们可以在星际物体最接近太阳前的五到六个月通知期内与之会合，”Linares 说。

静止卫星有可能在彗星上投放一个小着陆器，近距离研究其表面。如果你梦想足够远，你甚至可以想象着陆一个带有自己能源（例如，放射性同位素热电机）的探测器，这样它就可以运行数年，并在彗星冲出太空时对其进行监测。

不出所料，在这一系列了不起的星际拦截器舰队成为现实之前，还有一些重大的技术障碍需要克服（NASA 之所以将其纳入“先进概念”资助项目是有原因的）。最大的未知数是如何建造一个足够轻、足够大、足够坚固的太阳帆，以实现悬停功能。

“重要的参数是航天器的组合面积与质量比。目前，拟议的概念需要奇异材料来实现所需的面积与质量比，同时携带立方体卫星大小的有效载荷，”Linares 指出。“然而，我们将探索该概念的不同变体，这些变体可能允许使用常规材料。”

用工程术语来说，“奇异材料”是目前不存在，并且可能在很长一段时间内都不会存在的物质。“动态轨道弹弓”仍然是一个处于开发中的概念。Linares 计划利用他的 NIAC 资助来开始完善一个静止卫星任务可能是什么样子、如何设计帆和连接的探测器、它能带回什么样的科学数据……当然，还有整个宏大项目的成本。

Linares 并不是唯一一个考虑这类星际探索的人，这对项目有所帮助。非营利组织“星际研究倡议”（Initiative for Interstellar Studies）的工程师们提出了一个他们称之为Lyra 项目的概念。Lyra 项目不是使用太阳帆，而是将一个探测器捆绑在像 NASA 即将推出的太空发射系统（Space Launch System）那样巨大的火箭上，并将其瞄准非常靠近太阳的地方，距离太阳表面仅 300 万英里。

通过在最近距离点点燃火箭的推进器，探测器将获得巨大的速度提升——足以在像 'Oumuamua 这样的天体逃回星辰时追上它。Lyra 项目团队估计，如果他们的探测器能在 2030 年代初准备好发射，他们可以在 2049 年到达它。

Lyra 项目仍然是一个异想天开的设想，没有任何资金或政府机构支持。然而，还有另一个非常真实的彗星拦截任务：欧洲航天局的彗星拦截器（Comet Interceptor），目前计划于 2028 年发射。

发射后，彗星拦截器将停泊在日-地引力平衡点 L2。与动态轨道弹弓类似，彗星拦截器也将悬停并等待合适的彗星目标出现。然而，它的能力要温和得多，因为它仍然绕太阳运行，而且只有适量的车载推进剂。

彗星拦截器只能进行一次短暂的高速飞掠彗星。它的主要目标是研究一颗新鲜的太阳系彗星——一颗从未近距离经过太阳的彗星——而不是星际彗星。爱丁堡大学天文学家、该任务的联合负责人 Colin Snodgrass 表示：“但如果一颗星际物体碰巧在正确的时间以正确的轨迹出现，那将是一个不容错过的绝佳机会。”

如果彗星拦截器成功，我们可能在 2030 年代初就能实现第一次星际接触。这样的胜利无疑将增加像动态轨道弹弓这样的概念变成现实项目的可能性。很快，我们就能从舒适的太阳系家中，多次往返星辰。

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