我国Vs美国，2030年谁能率先探测海王星？核动力成为关键因素
在半个月前，我国的祝融号火星车刚刚着陆，展开对火星的探索。如今，我国科学家们竟然在考虑探测海王星了！不得不说，祖国航天技术的发展，让我们有了更宏伟的目标和更大胆的想法。那么，为何在金星、木星探测计划还没开始的情况下，我们就已经开始考虑探测海王星了呢？
（图片说明：旅行者2号，唯一近距离探测过海王星的探测器）
原来，这是来自于一篇名为《基于10 kWe核反应堆电源的海王星探测任务研究》的论文，第一作者是中国月球和空间探测工程中心副主任于国斌。在论文中，他主要讨论了新型核反应堆的设计以及整体任务的规划。那么，我国到底有没有真正探测海王星的计划呢？
阔别已久的冰巨星
要知道，人类上一次近距离探测海王星，还是1989年时美国宇航局的旅行者2号探测器，当时它也只是短暂逗留了几天，就匆匆离开了。此后32年的时间里，我们都只能通过望远镜来研究这颗冰巨星——考虑到探测器的发射窗口期和路程，这个时长基本可以达到差不多50年……（海王星探测窗口期在2030年左右，后面我们会详细介绍）
（图片说明：望远镜里的海王星）
现在都科学家，只能苦苦地从三十多年前的数据中不断分析，试图了解海王星。时至今日，这些数据已经远远不够了。重返海王星的计划，势在必行。
在2017年的时候，美国就已经在考虑重新近距离探测冰巨星了。但是一方面，他们纠结于天王星和海王星的重要性抉择。另一方面，由于经费有限，任务又比较多，美国宇航局甚至也没有决定要进行冰巨星的探测。
他们的旗舰任务中，除了对冰巨星的探测之外，还有两个金星探测任务和一个木卫二探测任务，他们的经费只够从中四选二的，目前我们还没有看到最终的结果。最终的结果，或许要等到2022年的《行星科学十年调查》才会揭晓。
（图片说明：美国宇航局还需要在天王星和海王星中二选一）
但另一方面，海王星的探测，实在是过于诱人。这不仅仅在于我们对它的了解确实还比较少，也在于它的特殊环境，真的非常独一无二。
太阳系最远行星
海王星，是距离太阳最远的行星，平均距离大约是30个天文单位，也就是45亿公里。它的直径是49244公里，是地球的4倍，质量是地球的17倍。
从太空中看去，海王星是一颗蔚蓝色的行星，这也是它被命名为海王星的原因。不过，它的蓝色不是和地球一样来自于海洋，而是它大气中的甲烷。在海王星的高层大气中，有80%的部分是氢，19%的部分是氦，其他气体占据了另外的1%。
海王星表面环境非常极端，它的大气中竟然下着钻石雨，大气层以下可能也有一片钻石的海洋。
在它的大气中，还有太阳系三大风暴之一的大暗斑。这个风暴的跨幅超过了12000公里，可以放下一个地球！海王星的风速也是太阳系所以天体中最惊人的，甚至可以达到每秒300米！
（图片说明：海王星上可能下钻石雨）
尽管有这么多的惊人景象，科学家们却始终没有发射探测器专门去探测海王星。没有办法，它实在太远了。这给我们带来了两大挑战，其一是需要花费更多的能源才能抵达，其二是距离太远过远，根本无法使用太阳能。归根结底，能源成为了探测海王星的最关键难题。
正因如此，于国斌等人才提出了核动力电源的想法。那么，这个核动力电源，到底是什么呢？
核反应堆电源
（图片说明：海王星探测设想）
考虑到海王星路途遥远，光是飞到那里就需要10年左右的时间。再加上中途可能会有顺访天体（后面介绍），这个时间就更长了。探测器也不能为了抵达海王星就耗尽所有力气，至少还要进行一些探测，所以整个任务至少要能够持续15年的时间。想要达到这个目的，核反应堆电源是不二之选。而且，这个电源必须保证10 kWe满功率运行8年、2 kWe低功率运行7年的要求。
能够用作反应堆原料的放射性元素有很多，但根据联合国在1992年11月13日发布的《关于在外层空间使用核动力源的原则》，空间用核反应堆只能使用高浓铀-235。这种放射性元素的放射性与环境本底相当且毒性较小，所以一旦发生意外，也不会造成太大的破坏。
（图片说明：热管冷却快堆+温差发电电源系统示意图）
这里还有一个问题，那就是根据联合国的那条原则，还有一个约束条件，那就是核反应堆需要在距离地表至少800公里的轨道上才能开堆运行。这意味着，我们不能够在地面直接启动它。
于国斌等人的设计，是反应堆的无源启动模式。我们知道，核裂变是链式反应，需要裂变时释放的中子轰击其他放射性元素，从而持续反应。如何控制反应堆里的中子，就是关键。
因此，我们可以在探测器入轨之前，让中子吸收材料朝向铀燃料，吸收掉中子，阻止裂变反应的持续运行。当探测器入轨之后，我们就可以让它翻个面，将另一面的中子反射层对准铀燃料，将中子反射回反应堆，就可以持续进行链式反应了。
（图片说明：反应堆堆芯布局示意图）
真的要去海王星了吗？
虽然规划这么详细，我们也确实非常期待。但不得不说，这不意味着我国正在准备海王星探测任务，反正到现在我是没有看到官方的消息。
另一方面，要说这篇论文不代表我国真的要探测海王星，似乎也说不通。在题目中，看似重点是研究新型的核反应堆，其实于国斌等人对整个海王星探测任务进行了规划和设想，包括海王星的探测目的以及可行性的论述。
（图片说明：海王星）
那么，科学家对于海王星，到底有什么想要了解的呢？那里到底隐藏着什么秘密呢？篇幅所限，我们下一期再给大家分享，记得关注我哦~
参考文献：
[1]于国斌, 汪鹏飞, 朱安文, 牛俊坡, 谢奇林, 胡古, 李晖, 何建森. 基于10 kWe核反应堆电源的海王星探测任务研究[J]中国科学, 2021-04-27
[2]郑本昌.NASA 再度聚焦天王星和海王星探测[J]太空探索, 2019-09-07