2049年飞到100个天文单位以外，本世纪末前往1000个天文单位的太阳系深处。你没看错，这个伟大的太阳系探测计划，就是我国未来的航天之路！
深空探测的接力棒
1977年，美国宇航局发射了著名的旅行者号探测器，至今已经44年了。在这44年的时间里，两个探测器都飞到了200亿公里以外，极大地扩展了人类对太阳系的探测范围。
毫无疑问，旅行者号探测器是人类目前为止太空探索的巅峰，但它们也远远没有到达太阳系的边缘，并且即将在5年之内耗尽所有的能源，彻底失去和地球的联系。
不过，我们也不用过于遗憾，因为人类有望在未来几年展开新的太阳系边缘探索项目，而展开这个项目的，将是我们中国。最近，中国探月工程总设计师、中国工程院院士吴伟仁在接受《中国航天报》采访时，提出了一个宏伟的计划，令我们国人十分振奋。
实际上，这个项目不是最近才提出的，早在2018年，他就提出了这个伟大的计划。根据这个计划，在2049年、祖国建国100周年的时候，我国要有一台探测器能够到达距离地球100天文单位的太阳系深处进行探测，实现“双百”的宏伟蓝图。
（图片说明：吴伟仁院士）
那么，太阳系的远处到底有什么呢？我们要去探索什么呢？
太阳系的边界
目前人类已知的太阳系最遥远的行星是海王星，距离太阳大约45.2亿公里；而人类拍摄探测器进行过专项探测的最远行星是土星，距离太阳约14.37亿公里。然而，太阳系的实际范围远不止于此。
（图片说明：科学家推测，太阳系的日球层呈彗星的形状）
在海王星以外，有一个由海量的小天体所占据的区域，这里就是柯伊伯带，其中比较有代表性的就是冥王星和阋神星，覆盖了距离太阳30-55个天文单位的距离（1个天文单位约合1.5亿公里）。
在距离太阳大约100个天文单位的位置上，太阳的辐射和宇宙辐射达到平衡，这就是日球层顶。这里的区域，太阳辐射更强，叫做日球层；外面的区域由宇宙辐射占据上风，叫做星际空间。在2012年和2018年，旅行者1号和2号探测器先后冲出日球层顶，正式进入星际空间。
但这绝不是太阳系的边界。
根据科学家的推测，太阳的引力可以延伸到1-2光年以外，甚至有理论认为可以达到3光年。只要没有摆脱太阳的引力，就不算逃离了太阳系。而根据旅行者1号现在的速度，即使完全不减速，也要数万年时间才能逃出去。而它的能源，只能再坚持5年，此后即使脱离太阳系，我们也不知道了。
欲上九天揽月
吴伟仁希望，我们也能踏上前往太阳系深处的道路，去探索那个神秘的世界。那么，那里到底有什么呢？
（图片说明：非等比例图）
我们知道，柯伊伯带是海王星轨道外的一个神秘世界，目前有一部分小天体已经被发现，但绝大部分天体仍然隐藏在暗处。同时，很多人推测太阳系还有第九大行星。如果有，它也可能就藏身在柯伊伯带。
柯伊伯带以外的地球层顶，也是研究人员重点探测的对象。宇宙辐射是如何进入内太阳系的？太阳分与星际介质是如何相互作用的？日球层外的太空环境到底是怎样的？这些都需要人类的探测器实地研究才可以。
甚至更远一点，到了距离太阳100个天文单位的位置上，探测器将来到太阳引力透镜的焦点。这个位置是人类未来太空望远镜的最佳观测位置之一，通过太阳的引力透镜效应，甚至可以看到系外行星的表面。
（图片说明：极其巨大的奥尔特云）
再往外就是奥尔特云了，这是一个仍然停留在理论层面上的太阳系最外层结构。据推测，这是太阳系长周期彗星的故乡，甚至有人认为这里有太阳的伴星，并且引起了地球的大灭绝事件。如果想要了解这些问题，一台抵达这里的深空探测器就必不可少了。
势比登天的难度
听起来，这个项目确实非常振奋人心，但是不得不承认的是，这里有着非常多的难题，需要我们的科学家去解决：
行星际轨道设计与优化技术：这个探测器不是闷着头一直往前走的，其根本目的是对太阳系进行探索。因此，我们需要它尽可能多途径一些重要的天体，对它们进行探测，并且借助引力弹弓效应给探测器进行加速；新型能源与推进技术：目前来看，核动力仍然是最有效的推进技术，能源强大，而且效率极高。虽然太阳帆技术看起来更有效，但实现周期非常长，对于我国的首次深空探索项目，类似于旅行者号的推进系统——放射性同位素温差电源将是重要的基础；超远距离深空测控通信技术：在阅读旅行者号探测器相关文章的时候，很多网友总会好奇它们距离上百亿公里是如何与地球联系的。这的确是一个重要的问题，我国也需要建立一套完善的深空测控通信系统，实现对深空探测器的控制；深空自主技术：遥远的太空环境多变，对于探测器来说是一个巨大的挑战。而且，由于距离过于遥远，即使是光速联系，也需要几个小时才能完成传递。因此，深空探测器必须要有自主调节的能力，从而确保随机应变，延长寿命；高可靠长寿技术：对于目前的科技来说，想要让一个探测器飞到太阳系边缘，都需要好几十年的时间，这远远超出了我国现有的全部太空设备所达到的极限，这对于设备的故障诊断、寿命周期等都提出了巨大的挑战。新型科学载荷技术：探测器上的设备不但要寿命长，而且还要尽量小巧，以便携带更多科学载荷。与此同时，这些载荷还要足够精密和灵敏，以确保探测数据的精确。
此外，这对于我们的火箭运载能力也提出了较高的要求，如果有更加强大的火箭，就可以携带更多的载荷。在未来，我们甚至可能会开发出空天飞机，完全摆脱火箭，实现更高效的航天任务，不过这个目标在短期内仍然难以实现，重型火箭仍然是我们的首选。
未来的星辰大海
根据吴伟仁提出的计划，我国的首次太阳系边际探测将于2024年首次发射。也就是说，目前我们距离这个探测器的问世只有差不多3年的时间了。因此，上面提到的技术攻关，也都面临着相当大的压力，迫切需要我国科学家的技术发展与突破。与此同时，我们很可能也会邀请欧美的科学家或机构，对我们的深空探测项目进行帮助。
而且，2024年时，我国可能会在同一年内实现两次深空探测器的发射，其中一次前往日球层正向鼻尖，另一次则是反向鼻尖。这是什么意思呢？目前科学家们认为，太阳系日球层的形状有点类似于彗星的形状，也就是说，其中一个边界相对更近，探索起来更容易一些；另一侧则非常遥远，想要探测的话，飞行的距离也要非常远。
当然，最近也有研究认为，太阳系日球层的形状未必如此，可能是诡异的羊角包形状，如下图所示。这个理论是否能够得到验证，如果验证，我国是否会调整计划，这就要看未来的研究了。
（图片说明：2020年的一项研究中描述的太阳系日球层形状）
你以为这就结束了吗？并非如此！因为我国科学家还有着更加宏伟的蓝图。
预计在2030年，我国将会发射第三次深空探索任务。不过，这次任务将基于更先进的新型核反应堆电源或者是新型同位素电源，实现每年6个天文单位的飞行速度，这是目前人类最快、最远的探测器——旅行者1号（约每秒17公里）的1.7倍左右。
（图片说明：预想中核反应堆探测器主构型示意图）
除了在2049年实现100个天文单位的探测距离，在本世纪末，我国还将计划实现1000个天文单位的探测，甚至未来还将目标设定在了超过10000天文单位的距离上，根据目前的理论，这里就是太阳系最外层的结构——奥尔特云。
目前的理论认为，太阳系的最外侧边界在50000-100000天文单位处。如果想要探测这么遥远的区域，我们需要更加先进的动力设备，或许真的要等到太阳帆问世才能实现了。
（图片说明：太阳系结构示意图，非等比例）
我国科学家现在也正在进行着太阳帆的研究，如果能够实现这个技术，50年内抵达比邻星都是有可能的。我们的目标，是星辰大海，是冲出太阳系。我相信，我国一定可以做到。
参考文献：
吴伟仁等.太阳系边际探测研究[J].中国科学:信息科学,2019,49(01):1-16. | 
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