我国要探测海王星了吗？发射窗口期在2030年，来得及吗？

　　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10kWe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10kWe满功率运行8年、2kWe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10kWe核反应堆电源的海王星探测任务研究〔J〕中国科学，20210427
　　〔2〕郑本昌。NASA再度聚焦天王星和海王星探测〔J〕太空探索，20190907