研究人员已经确定了一条可行的轨迹，通过太阳奥伯斯机动结合木星的引力辅助来拦截第三个已确认的星际物体，即 3I/ATLAS。研究表明，2035 年的发射是最有效的窗口期，探测器可以在 35 至 50 年内到达该物体。
该提案使用目前认为可行的技术，包括化学推进和星际飞船等交通工具。这种方法为直接研究源自另一个恒星系统的物质开辟了可能性。
3I/ATLAS 物体沿着逆行轨道运行，并且已经快速远离太阳系。迄今为止，它的发现较晚，直接任务选择有限。
了解星际物体 3I/ATLAS
3I/ATLAS 被确定为继“Oumuamua”和“Borisov”之后第三个穿过太阳系的星际起源天体。它呈现出的特征表明是在另一个恒星系统中形成的，这使得它的分析对于理解外部宇宙过程至关重要。
自发现以来，科学家们一直在追踪它的轨迹，并指出它将在几年内到达很远的距离。预计 2026 年 3 月与木星的最小接近度为轨道计算提供了重要参考。
太阳观测机动原理
太阳奥伯特机动利用了奥伯特效应，当推进剂在靠近太阳的高速燃烧时，该效应可以最大化速度增益。此时，与在更远的区域燃烧相比，探测器的动能呈指数级增加。
执行过程需要经过距恒星中心仅 3.2 个太阳半径的通道，其中隔热罩可以保护探测器免受强烈的太阳流的影响。这项技术已经在之前的星际物体提案中得到考虑，但现在正在 3I/ATLAS 中得到具体应用。
- 最大 delta-V 增益和较低的推进剂消耗。
- 快速加速实现经济衰退中的目标。
- 需要极高的轨迹控制精度。
拟议的任务轨迹
建议的路线遵循地球-木星-太阳机动 Oberth-3I/ATLAS 剖面。与木星的相遇降低了探测器的切向速度，有利于接近太阳进行主要燃烧。
轨迹优化考虑了最小化所需的总 delta-V 的遭遇序列。先进的计算工具可细化参数，包括中间点的日心经度和纬度。
建模表明，该探头在初始配置中可承载高达 500 千克的有用质量。更坚固的版本可通过可重复使用的车辆提供超过 17,000 公斤的容量。
启动窗口和技术选项
最佳发射窗口集中在2035年，可行的间隔时间为2031年至2037年。在此期间之外的发射需要更大的推进剂消耗并延长飞行时间。
推进选项包括固体推进剂助推器或具有低轨道加油功能的高级版本航天器，例如 Starship Block 3。这些替代方案利用了航天公司积极开发的技术。
其有用质量可与新视野号探测器相媲美，可用于完整的科学仪器。传感器和摄像机将在飞越过程中捕获详细数据。
该方法的技术挑战
距离太阳极其接近，对探测器的隔热罩提出了严格的要求。先进材料在穿过近日点时需要承受高温。
精确的轨迹控制是另一个重大障碍。微小的偏差可能会影响整个机动以及与目标的最终相遇。
3I/ATLAS 的逆行轨道使初始计算变得复杂。该物体的较晚检测减少了直接任务规划的余地。
拦截的科学好处
一次成功的任务将提供有关星际物质的化学和物理成分的直接数据。这些信息将补充迄今为止进行的远程观测。
3I/ATLAS 研究将有助于阐明其他系统中的行星形成过程。与太阳系中物体的差异将揭示宇宙环境的变化。
- 分析表面存在的稀有同位素。
- 波动性和内部结构的测量。
- 与当地彗星和小行星的比较。
- 对星际迁移模型的贡献。
未来探索前景
验证这种间接轨迹扩大了未来星际物体的选择。类似的技术可以适用于具有不同轨道特征的新发现。
推进和热保护方面的进步将有利于其他深度太阳任务。积累的知识加速了更强大的探针的开发。
其他研究探索了利用现场资源来减少推进剂质量。这些策略增加了深空长途旅行的可行性。
该提案增强了目前规划太阳系以外雄心勃勃的任务的能力。未来几年的成功将取决于航天机构和公司之间的协调。
其他建模细节
模拟使用精确的天体定位工具来预测相遇。非线性优化器可细化通过时间和最小距离等变量。
引入战略中间点可减少许多配置中所需的 delta-V。这项创新提高了所提出轨迹的整体效率。
结果表明，具有多个固体助推器的配置满足速度要求。基于可重复使用航天器的替代方案提供了更大的有效载荷灵活性。
与木星相遇的相关性
木星的引力辅助在太阳阶段之前调整探测器的速度。这一步骤减少了靠近太阳的主要机动所需的能量。
预计 3I/ATLAS 将于 2026 年经过木星附近，这是一个轨道里程碑。来自该近似的数据改进了对象的长期预测。
热和结构考虑因素
低近日点需要能够在几分钟内消散极端热量的防护罩。在之前的太阳任务中测试的材料构成了具体开发的基础。
探头结构必须承受主燃烧期间的强烈加速度。与最大有用质量兼容的增强材料保证了整个飞行剖面的完整性。
预计任务时间表
2035 年的发射将在几年后开始进入木星的转移阶段。木星会议的召开日期是为了以后的调整而优化的。
理想配置后立即进行 Solar Oberth 机动。通往 3I/ATLAS 的最终旅程将跨越数十年，具体取决于所选的窗口。
预计抵达时间在出发后 35 至 50 年内变化。持续的通信允许在巡航阶段进行微调。
