美国 - 艾赫巴里通讯社
利用太阳奥伯特机动拦截星际天体 3I/ATLAS 的新概念
星际天体 3I/ATLAS 进入我们的太阳系，引发了广泛的科学兴趣，并促生了多个旨在近距离研究它的交会任务提案。作为有史以来探测到的第三个星际物体（ISO），直接研究可提供的信息量将是革命性的。然而，拦截一颗星际彗星的任务架构面临着巨大的挑战。其中最主要的是拟议推进系统（从传统火箭到定向能推进（DEP））的技术准备水平（TRL）。
迄今为止，任务提案主要集中在从地球发射的化学火箭上，例如 NASA 的 Janus 任务和 ESA 的 Comet Interceptor，或者通过调整现有任务（如 Juno 探测器）的轨迹来与之会合。在一篇近期发表的论文中，来自星际研究倡议（i4is）的研究人员提出了一种新方法，他们建议放弃一项将立即从地球发射的直接转移任务。相反，他们展示了如何通过一次间接的太阳奥伯特机动，在2035年发射的任务中拦截 3I/ATLAS。
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该研究由 i4is 的航天软件和研究工程师、Hibberd Astronautics Ltd. 的所有者/董事 Adam Hibberd 领导。Space Initiatives Inc. 的首席科学家兼 Asteroid Initiatives LLC. 的 CEO T. Marshall Eubanks 以及卢森堡大学航空航天工程副教授、Interdisciplinary Centre for Security, Reliability and Trust 的首席科学家 Andreas Hein 也参与其中。他们的研究成果已被接受在著名的《英国行星际学会杂志》（JBIS）上发表。
直接任务与 3I/ATLAS 会合的主要障碍源于目标天体的天体力学、其极高的日心速度以及相对较晚的初始探测时间。第一点（天体力学）有效地排除了依赖机载推进系统来匹配彗星速度并实现长时间近距离研究的交会任务。因此，飞越任务通常被认为是更可行的选择。然而，3I/ATLAS 的高速和迟到的探测使得即使是直接飞越任务也变得困难，因为在探测到该天体之前，最佳发射窗口就已经错过了。
Hibberd 在给 Universe Today 的电子邮件中详细阐述了这些挑战：“对于直接任务而言，3I/ATLAS 的探测时间太晚了，它已经飞到了木星轨道以内，速度超过 60 公里/秒。结果是，这已经错过了直接拦截任务的最佳发射日期。一篇论文甚至指出，如果‘彗星拦截器’探测器在 3I/ATLAS 被发现时就已经停留在日-地 L2 点，也会遇到困难。”
这正是 Hibberd 的专业知识以及他开发的“最佳行星际轨道软件”（OITS）发挥作用的地方。他利用 OITS——一个旨在评估直接和间接拦截 ISO 任务可行性的工具——来进行评估。OITS 在解决涉及太阳奥伯特机动的复杂任务方面拥有良好的记录，包括 i4is 之前关于“Lyra 项目”的研究，该项目旨在拦截第一个被探测到的 ISO “奥陌陌”。“Lyra 项目”和其他依赖 OITS 的任务都整合了引力助推（GA）和/或奥伯特机动的使用。
引力助推涉及航天器利用行星或卫星的引力进行“弹弓”加速。而奥伯特机动则涉及航天器在恒星（太阳）的引力作用下，等待到达最接近太阳的点（近日点），然后进行发动机点火以达到高日心速度。航天器可以通过这种方式达到脱离太阳系的逃逸速度，或者获得足够的速度来追赶此时已经远行的 ISO。
Hibberd 进一步解释了太阳奥伯特策略：“太阳奥伯特选项是为星际物体已过近日点并正迅速远离太阳的情况设计的。它认识到航天器需要产生巨大的速度来追赶这样的物体，并利用所谓的‘奥伯特效应’来产生这种速度。当航天器接近太阳时，太阳的引力会增加其速度，直到到达近日点。然后，航天器在该最佳点启动其固体燃料发动机，以最大限度地发挥‘弹弓效应’，并迅速将探测器加速到目标物体，在本例中是 3I/ATLAS。”
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基于 OITS 的模拟，研究团队发现可以通过太阳奥伯特机动实现拦截，但发射必须在2035年进行，以实现地球、木星和 3I/ATLAS 之间的最佳对齐。飞行时间将为 50 年（尽管 Hibberd 指出这可能略有缩短）。他说：“2035 年是最佳的，因为所涉及的天体（即地球、木星、太阳和 3I/ATLAS）的排列最有利于以探测器所需的最小太阳奥伯特推进量、发射载具所需的最小性能以及到达目标的最短飞行时间来拦截 3I/ATLAS。”
尽管这样的任务需要很长时间才能拦截一个 ISO，但科学回报将是革命性的。小行星和彗星本质上是行星系统形成过程中的遗留物质。因此，研究 ISO 可以揭示其他恒星系统的秘密，而无需派遣需要数百年甚至更长时间的任务前往那里。虽然定向能推进作为一种可能的解决方案正在被研究（例如 i4is 的另一个项目 Swarming Proxima Centauri），但该概念的 TRL 可能还需要数十年才能实现。与此同时，一艘利用当前技术并依赖太阳奥伯特机动的航天器可以在相同的时间框架内到达 ISO 并提供详细分析。即使我们永远无法派遣任务到附近的恒星去观察那里有什么，一个 ISO 拦截器也可以告诉我们关于我们之外的系统所需的一切信息。
