1、与空间物体交会

“Oumuamua”在2017年穿越太阳系的路径

美国夏威夷大学的望远镜在外太空发现过一个奇怪的物体，该物体已穿越太阳系七年，有四分之一英里(400米)长，可能是宽度的十倍。与我们通常看到的其他物体不同，这个物体已经激发人类的想象力，许多人希望这是外星飞船。然而事实并非如此，我们最终能够确定，这只是一块太空岩石。也许不仅仅是一块太空岩石那么简单，这颗收到广泛关注的物体最终被命名为“Oumuamua”，并正式确认为“第一个来自另一颗恒星的天体，造访了我们的太阳系”。没错，它来自太阳系外的一个地方，我们可能永远无法确定这个位置。如果我们能够向这样的星际空间物体发送航天器，并获取其样本供我们仔细研究，能够研究这个物体有什么秘密，那将是多么令人兴奋。

我们有能力向天体发射航天器来做到这一点，并且已经多次完成这一壮举，最近一次是使用OSIRIS-Rex探测器追踪Bennu小行星。通过探测器，我们对Bennu小行星已经了解很多。但Oumuamua不同，这个物体一直在飞行，平均速度为59,000英里/小时(95,000公里/小时)，与它相遇的时间非常短。目前，没有任何一种太空推进手段，能够让航天器接近这样一个星际物体，赶上它所需的速度就十分困难。甚至正在研究的一些也没有。例如，虽然太阳能帆有能力将航天器送入非常深的太空，并执行长时间的任务，但缺乏允许硬件在太空中进行推进机动的能力。核动力太空船可能是解决方案，但目前制造成本很高，而且自身太大，不利于加速。

2、同位素电力推进航天器

多年来，在美国国家航空航天局的创新先进概念(NIAC)计划，发现了几种空间推进方式，这些方式可能符合与星际空间物体交会的要求。例如，在2021年，有人提出了一种放射性同位素电力推进航天器。今年，NIAC项目第一阶段接受了另一项提案。它源于查尔斯·斯塔克-德雷珀实验室的詹姆斯·比克福德的想法，主要是利用放射性同位素自然衰变产生的动量来产生推力。这位科学家设想了一种被称为薄膜核同位素发动机的东西——薄膜同位素核发动机火箭(TFINER)。

这项工作的主要焦点在放射性同位素薄片上。有多薄?——大约10微米厚，这差不多是一个细菌的典型长度。那么，使用什么样的放射性同位素?——钍-228。众所周知，这种物质的半衰期为1.9年，但更重要的是，它的衰变链会产生额外的阿尔法辐射，这些辐射本身的寿命在300纳秒到三天之间。同位素发动机可以产生推力，原理是“当在同位素薄膜的另一侧涂一层约50微米厚的吸收层，可以捕获向前的排放物。”比克福德说，“由半衰期较长的同位素组合在一起，分多个阶段，在延长的任务时间内最大限度地提高速度。”所有这些，至少在纸面上看来，在不减少推力的情况下，航天器的速度和运行时间都将增加。该配置还将允许主动推力矢量控制和航天器机动。66磅的放射性同位素可以分布在250平方米(2690平方英尺)的面积上，这将使船只的最高速度达到150,000英里/小时(54万公里/小时)。当然，也可以缩小分量，满足太空探险的其他需求。

考虑到以上情况，很容易想象这样一个航天器以相对较快的速度到达深空，并追上几乎所有类型的自然空间物体。科学家没有公开提供其他与该系统有关的数据，但美国宇航局表示，非常喜欢这个想法，将其纳入今年的NIAC第一开发梯队。诚然，并不意味着该项研究会最终实现，但研究确实描绘了我们可以利用的无数可能性，以提高我们对太空的认识。比克福德认为，该系统不仅用于与星际物体交会，还可以作为在太阳引力焦点进行多目标观测的推进手段。