开启太阳系的快车道！

2006年1月19日，新视野号探测器从佛罗里达州卡纳维拉尔角发射升空，创造了历史。这艘轻型探测器搭载在一枚巨大的Atlas V火箭顶部，加速至约每小时36,000英里，成为人类发射过的最快物体。它在九小时内超越了月球，在11周内抵达火星轨道，并于2007年2月绕过木星。然后，漫长的等待开始了。

新视野号将于今年7月飞掠冥王星，如果一切顺利，将传回关于这颗渺小星球及其卫星的首批详细图像。这些观测将在探测器发射九年多后进行，也是最初冥王星任务计划制定43年之后。更糟糕的是，新视野号的发射既是一个开端，也是一个终结。地球上没有哪个国家正在积极计划向土星或更远的地方发射另一艘探测器。我们正进入一个星际探索的“深干旱期”。

这个问题说起来容易，但解决起来却很难：太空旅行耗时太长。一次对外层太阳系的探险，足以让一项事业从起步到结束。生命也随之消逝。在NASA埃姆斯研究中心的一次最新探索战略会议上，喷气推进实验室的Peter Tsou警告他的同事们，将探测器送往土卫二（Enceladus）可能是一项“多代人”的任务。这种缓慢的进展加剧了NASA的宏伟目标与预算之间的永久性错配。漫长的任务需要罕见的、稳定且持久的资金投入，而回报可能在当前的政治人物离任后很久才会到来。

然而，外层太阳系充满了最有趣的地方。那里有两颗非凡的土星卫星：土卫六（Titan），拥有数十个甲烷湖泊；以及土卫二（Enceladus），它喷射出富含有机化合物的间歇泉。那里也是休眠的彗星和柯伊伯带天体的领域，它们记录了太阳系的形成以及地球的水是如何来的。如果我们想了解我们星球的起源，以及我们自身的起源，那里就是我们要去的地方。

我们需要更大的火箭

加速这一过程最明显的方法是直接加快进程，使用更大、更强大的发动机。这将是欧罗巴快船（Europa Clipper）可能采取的方法，该探测器在经历了一系列推迟后，似乎终于有望获得批准。该探测器初步定于2022年发射，将绕木星轨道运行，并对这颗巨大的行星的卫星欧罗巴（Europa）进行约45次飞掠。欧罗巴在地表冰层下拥有一个全球性的海洋，天体生物学家认为它是寻找外星生命的最有希望的地方之一；该探测器将研究其地貌和化学成分，以进行探索，也许为未来的着陆器铺平道路。

根据目前的设想，欧罗巴快船将搭载NASA即将推出的太空发射系统（SLS），这是一枚巨大的火箭，旨在将人类送往深空。如果像新视野号一样使用Atlas V火箭发射，快船需要至少六年才能抵达欧罗巴。而SLS将只需要三分之一的时间。这才是我们想要的。

如果你相信NASA，更多令人兴奋的火箭技术即将问世。除了SLS，该机构还计划开发一种新的太阳能-电力推进系统（称为SEP，因为NASA的一切都有缩写），该系统足够强大，可以抓取一大块小行星并将其拖入月球轨道。该系统使用巨大的太阳能电池板产生电力，为储存的氙气充能，并以高速喷射，产生推力。其想法是捕获一颗小行星，利用SEP将其带入月球轨道，然后派遣宇航员进行探索——这是一个大胆且具有争议性的“小行星重定向任务”（Asteroid Redirect Mission）概念。

假设技术如预期般成熟，它也将为无人探测带来令人兴奋的可能性，正如NASA喷气推进实验室的Nathan Strange在埃姆斯战略会议的另一场演讲中所解释的那样。他计算出，安装在SLS火箭上的太阳能-电力发动机可以在五年内将28,000磅的货物（相当于卡西尼号探测器加上八辆好奇号火星车）运往土星。啊，可能性——以及注意事项。SLS尚未存在。SEP仍处于开发阶段，可能永远不会实现。而且这种新的、复杂的混合方法可能并不便宜。

但即使你不抱希望，也有好消息。太阳能-电力推进技术的一个更温和的版本已经投入使用，它正在为目前绕小行星带的矮行星谷神星运行的“黎明号”探测器提供动力。黎明号的氙气发动机产生的推力不大，但它可以持续工作数月甚至数年，不断加速并改变航向。正是这种发动机使探测器能够绕灶神星轨道运行，然后脱离并绕谷神星轨道运行。我们完全可以重复这个实验，用一整队类似的探测器，利用简单且廉价的氙气发动机将每个探测器送往多个目的地。

或者我们可以做得更进一步，完全摒弃燃料。在你阅读本文时，非营利性行星学会（Planetary Society）应该已经发射了一个太阳帆的测试版本，这是一种通过利用阳光压力飞行的巨大太空风筝。NASA和日本航天机构也已经试飞过基本原型。与氙气发动机相比，太空帆产生的推力非常微弱。但它成本低廉、取之不尽、用之不竭且可无限扩展。帆做得越大，获得的推力就越大。你可以迎着光子风航行，随心所欲地转向。

减速以求加速

如果你仔细阅读，你可能会注意到我做了一个重大的策略转变。我一开始谈论的是加速前进，最后却描述了各种减速的方法。氙气发动机和太阳帆是太空竞赛中的“乌龟”，而充分利用它们进行低能耗路径的飞行可能需要很多年。但尽管听起来很矛盾，减速可能是加速太空探索最有效的方式。

发射和抵达之间漫长的等待是一个大问题，是的，但任务开始之间更长的“时间鸿沟”是一个更大的问题。目前，我们对外层太阳系的探索缺乏持续、稳定的节奏。在埃姆斯，我反复听到“节奏”这个词，通常带着恳求的语气。没有节奏，研究生就会转向其他领域，工程师就会去别处寻找工作，基础设施就会 crumbling，公众的兴趣就会转移，资金也变得更难维持。

幸运的是，解决“节奏”问题比解决“速度”问题容易得多。在这种情况下，我们已经知道解决方案：设计大量相对低成本、高影响力的任务，并安排发射，使令人瞩目的新成果能够每隔一两年持续产出，而不是每隔一二十年才一次。氙气驱动器和太空帆都是该计划中可行的组成部分。小型化“立方星”（CubeSat）探测器、微型着陆器以及一系列短时大胆任务和慢速多目的地航行器也是必不可少的组成部分。众多适度的任务实际上应该更容易执行一些大型高投入的“震撼”任务，例如向土卫六（Titan）发送一艘潜艇，或嗅探土卫二（Enceladus）的间歇泉以寻找生命迹象。

新视野号和黎明号是朝着正确方向迈出的步伐。前者花费的成本是火星上好奇号探测器的四分之一，后者约为六分之一。更令人警醒的是，它们在15年的总运行成本，大约相当于10架F-35战斗机的成本。

外层太阳系唾手可得。我们只需要克服最大的障碍：不是火箭方程，而是人类的惯性。