在今年的全國兩會期間，全國政協委員、中國探月工程總設計師吳偉仁院士向媒體介紹了中國航天的宏偉發展藍圖。天問一號成功火星探測以后，我國將繼續進行小行星采樣返回、火星采樣返回、木星探測等規劃，以及更遙遠的太陽系邊緣探測。吳偉仁說：“我們希望在2049年完成100個天文單位，到達距離地球150億公里的地方”。

一個天文單位是地球到太陽的平均距離，需光速行進500秒、約1.5億千米，對于人類而言是個真正的“天文”數字。以月球對比為例，它距離地球僅約0.0025天文單位，光速耗時1.3秒即可。而吳院士介紹的規劃，直接把我們的視線導向了太陽系的邊緣，光速行進需要十幾個小時。那里是無比空曠的柯伊伯帶，卻藏著太陽系最深層的秘密。

太陽系概念圖（圖源：NASA）

太陽系是所有人類的家園，它是由一顆恒星、八大行星、數百顆衛星及更多小天體組成的龐大系統。但它又是渺小的，僅在銀河系中，就有約1000-4000億顆太陽這樣的恒星，而銀河系又是宇宙一隅的沙塵。人類目前可觀測到的宇宙半徑已經達到465億光年，光速行進要數百億年！

人類航天先驅齊奧爾科夫斯基有句經典名言，可以昭示人類航天應該努力的未來：“地球是人類的搖籃，但人類不可能永遠待在搖籃里”。100多年后人類航天所認知的世界遠比他所了解的廣闊，如果同樣按照他的邏輯去定義，太陽系僅是人類的第一個“家”。走出家門，才是人類長遠的未來。

飛出太陽系并不容易，起步就很艱難。航天器需在掙脫地球引力束縛之后，繼續逃離太陽引力的影響。太陽的質量是地球33萬倍以上，即便它的引力在地球軌道附近已經弱了不少、依然是航天器徹底逃離的最大障礙。中國現有最強火箭是870噸重的長征五號，它能允許約5噸重的天問一號抵達火星，但若讓天問一號逃離太陽引力束縛還需要變得更強。因而，吳院士說到我們首要解決的問題是研發更加強力的重型火箭。

航天器就像飛出地球的風箏，我們需要一條線控制飛行，這就是航天領域內的遙測通信技術。相比地球附近的航天器，深空探測航天器的距離更遠，這也意味著信號衰減更多，對深空通信網提出更高的要求。僅以我國為天問一號在天津新造的深空通信天線為例，它直徑達到70米、面積超過20個籃球場、質量超過2700噸！未來我們需要更強軟硬件結合的深空通信網絡來支持沖出太陽系的旅途。

核能幾乎是太陽系邊緣探測的唯一選項（圖源：公開版權）

此外，距離太陽越遠所能收集的太陽能越弱，能量跟航天器與太陽的距離（的平方）成反比。這意味著在100天文單位之外，太陽能密度已經降到了地球附近的萬分之一，遠不足以支持航天器的正常工作。與此同時，能飛出太陽系的任務時長動輒跨度數十年，也要求能量系統能長期穩定工作。以目前人類科學技術水平而言，使用超長待機的放射性同位素電機（俗稱“核電池”）幾乎是唯一的選擇，例如钚-238原料的核電池半衰期長達88年。我國已在嫦娥四號探測器上，初步測試了相應技術，用衰變產生的能量給器件保溫和提供部分電力。

沖出太陽系，航天器本身也要變得更強，它需要質量盡量輕、功能卻盡量多，這才能實現重型火箭“大馬送快車”的效果，讓一個注定昂貴的任務發揮出最大價值。因而，還需要為航天器配套研發多種科學儀器，甚至是顛覆性的新技術。歷史上，攝像管技術、電荷耦合元件（CCD）成像技術甚至Wi-Fi技術等都和人類航天和天文探測的發展息息相關。為了讓航天器更快沖出太陽系，科學家們還采取了行星引力助推加速等顛覆性想法，這也是未來中國航天器的首要選項之一。

最近的一個太陽系使者新視野號（圖源：NASA）

這是一個有著極高門檻的目標，只有擁有頂級航天技術實力才能使之成為現實。截至目前，人類僅有美國國家航空航天局的先驅者10號（1972年）、先驅者11號（1973年）、旅行者1號（1977年）、旅行者2號（1977年）和新視野號（2006年）處在離開太陽系的旅途中。其中，旅行者2號更是抓住了太陽系內每175年一遇的各大行星完美幾何關系，實現了一次遍訪木星、土星、天王星、海王星。截至2022年3月，在“核電池”的支持下，史上最遠航天器旅行者1號已經在太空中工作了45年，距離地球233億千米（約156個天文單位），光速都需要21個半小時才能追上。

從以上分析可以看出，沖出太陽系的航天探測，不僅是中國航天宏大無比的夢想，還是對航天科技水平有重大提升的絕佳機會。我們需要重型運載火箭、深空通信網絡、新一代智能航天器、航天器核能、深空制導導航與控制等一系列技術，這些也必將成為航天技術的更高整體發展平臺，甚至促進其他相關制造業和信息產業的發展。

中國人的夢想經常用“星辰大?！彼膫€字來形容。不過從天文學的意義來看，我們還只是一直在太陽附近生存，距離太陽最近的另一個星辰“比鄰星”都仍有4.2光年，還有很長的路要走。

宇宙空曠無比。一方面，我們能感慨中國人用“星辰大?！泵枋鰤粝霑r的維度之大；另一方面，也告訴所有的中國航天人，沖出太陽系是我們必然要為之努力的長遠目標，讓夢想照進現實。