很多小伙伴玩家都不太清楚中国航天探测海王星的新闻，我国深空探测计划之冥王星，那么今天解雕侠小编给大家带来一篇 相关的文章，希望大家看了之后能有所收获，最后请大家持续关注我们！
2020年11月发表于《中国科学： 技术科学》，由国斌、汪鹏飞、朱安文、牛俊坡、谢奇林、胡古、李晖、何建森等合著。
摘要
本文在对比分析同位素电源和空间堆电源空间应用优劣的基础上，确定空间堆电源是海王星极限探测任务的能量方案，提出了海王星探测涉及的四类主要科学问题，介绍了任务功能模块、飞行轨道、设计约束等初步方案构想。 围绕反应堆、热电转换装置、技术路线、核安全和辐射防护等阐述10 kWe级空间堆电源技术方案，形成包括测控通信、电推进、自主运行管理、高可靠性、长寿命设计、有效载荷和微小卫星初选等在内的探测器平台方案，可为我国海王星探测的论证和实施提供参考
1引言
海王星等冰巨星重力势大，对太阳系的形成起重要作用。 恒星保存大量太阳系形成初期的气体，包括原恒星云的状态条件和行星形成的位置信息； 海卫一被认为是海王星捕获的柯伊伯带天体，最终形成光环或撞击海王星。 对遥远、寒冷的海王星进行环绕、大气进入、穿透等探测，有望在太阳系、行星的起源与演化、生命的起源等方面取得重要的科学发现，是当前国际空间科学研究的前沿热点领域。
由于深空供能、30AU在远深空测量通信等技术原因的严重制约，以及发射窗口的原因，国际上只有1977年从美国发射的“旅行者2号”于1989年实现了对海王星的短程飞行探测，海王星特殊科学载荷携带较少近年来，随着航天技术的发展，开展更详细的海王星位置检测已经具备工程可行性。 2017年，美国航天局将冰巨星探测列为旗舰类候选项目，围绕2030年左右的发射窗口开展冰巨星探测顶层设计和论证工作，预计2025年进入工程实施阶段。
太阳常数与距离的平方成反比衰减，木星附近的照度约为地球的4%，在更远的深空中只能使用核能。 基于钚-238等衰变能的同位素电源具有结构小、重量轻、技术成熟等优点，但制造困难且价格昂贵，难以满足几公里到十公里级的应用需求。
基于铀-235裂变能的核反应堆电源，由于重量大，运载火箭发射C3低，但由于电力大，可以进行电力需求kWe数量级以上的电推进，比化学推进高1位数，所以航天器反而可以实现高飞行速度，飞行距离远，要求飞行速度
探测器在前往太阳系外的过程中，由于太阳引力和地球引力拖动的协同作用，速度迅速下降。 图1是2003年发射的新视野号的距离和飞行速度变化情况。 另外，海王星的逃逸速度为23.53 km/s，约为地球11.18 km/s的2倍(表1 )。 与火星和月球等小质量天体探测任务不同，实现海王星引力捕获所消耗的推进剂大幅减少
最近在美国发展的Kilopower项目已经完成了核地面系统的集成，其主要指标是功率10 kWe质量1.5 t，其应用方向包括海王星探测任务。
综合任务目标、经费、技术成熟度等因素，本文围绕核反应堆电源展开海王星探测任务的研究。
2海王星探测的科学目标
人类对海王星的认识主要来自1989年旅行者2号的短暂飞行。 考虑到海王星保留了很多太阳系形成初期的星云成分，包含了原恒星云的状态条件和行星形成的位置信息，目前认为这种冰的巨星在银河系中很普遍，通过海王星的环绕和大气穿透检测，可以检测海王星内部的大气结构和成分、 通过近距离测量磁性层和电离层等，释放透射器对海卫一和半军天体进行位置检测，有望获得太阳系的起源和演化，以及太阳系的获得
2.1海王星内部大气结构和物质成分
海王星比土星小得多，自重力压缩效应也小得多，但有趣的是，海王星的平均质量密度估计为土星平均质量密度的2倍以上，为1.6 g/cm3。 通过海王星全球遥感和大气穿透探测，测量海王星内部大气结构、组成、性质等，以及内部活动情况，确定对流区和稳定区的区域位置、动力学特征等。
测量了海王星主要物质的成分和分布等，研究了原恒星云的初始状态等，获得了太阳系起源和演化的重大科学发现。 海王星内部热源(重力衰变、潮汐力、同位素衰变热等)被认为是维持海王星表面温度的重要来源之一，目前24m红外探测计算结果57 K与实际结果47 K存在偏差，更宽频带红外辐射测量有助于了解海王星内部热释放率的运行机制。
2.2海王星磁层和电离层
的等效磁轴严重偏离自转轴，夹角达47，且等效磁轴偏离星心0.55个海王星半径，表现出非同寻常的磁场发电机效应。 测试了海王星磁场特性，研究了行星流体地幔层地壳中层导电性物质特性和运动机制，检测了太阳风-海王星磁层磁场-电离层相互作用机制，以及磁层内部等离子体输运过程。
测量大气成分、重元素、同位素分布，探索海王星2400 km/h飓风产生的原因，以及海王星大暗斑形成过程和长期保存的原因。 根据大气云结构，例如甲烷云的旋转引起的海王星观测图像的日变化，可以推测海王星的自转周期。 但是云结构局限于特定的纬度和高度。 因此，它无法表示真正海王星内部的自转速度。 要测量海王星内部的自转速度，需要在海王星磁层环境中进行磁场和射电辐射的测量，得到海王星内部磁场发电机的自转速度，促进海王星磁场产生机制的认识。 海王星大气中除甲烷凝缩云外，是否还存在氩层、氨层等多层凝缩层，需要进行海王星大气的穿透检测才能回答。
2.3海王星卫星和行星环
重点针对海卫一自转和公转轨道共同逆行的特点，研究轨道稳定区和海王星重力影响的动力学移动过程，开展摄动轨道演化过程计算，预测不同轨道参数下半人马小行星的最终归宿。 利用海卫一返回近日点随太阳光照上升重启火山喷发活动，研究了其表面物质不同挥发和反射特性及宇宙风化程度对轨道演化和自旋状态的影响，利用观测数据建立了与2014MU69等柯伊伯带小天体(美国新视野号)的联系。
建立行星环及其内牧羊卫星完整清单，研究不同轨道类型行星环形态特征、形成机制、相互物质交换和气体输运，分析不同天体起源历史，检测可能存在的有机物。 分析大天体扰动对多小天体系轨道能和角动量的影响，探讨多小天体系轨道和自旋稳定性。 系统内天体碰撞分裂逃逸机制初探。 海王星多个行星环呈弧块离散结构，而不是经度均匀分布的环状结构。 这些弧的块体结构为什么能够存在，稳定存在且没有扩散，是一个有趣的动力学问题。
2.4海王星特洛伊小天体和半人马座族天体研究
海王星(百公里级小天体的数量和质量远远超过了小行星的主带，但动力学研究表明轨道稳定性较好，这些小天体的起源与柯伊伯带天体或半人马座型小天体的关系尚不清楚。 目前在太阳系最外围发现的游离天体的轨道特征、理化特征包含了太阳系邻近空间环境的信息。 这些天体与柯伊伯带的关系，与假想的“第九行星”的关系是需要解决的问题。
半人马座小行星是一类轨道介于木星和海王星之间的小行星，半人马座小行星的轨道离心率范围很广，存在逆行轨道，小行星的起源和演化历史存在争议。 半人马座小行星由柯伊伯带天体转变为短周期木星族彗星的中间天体状态，认为柯伊伯带天体轨道可能受到扰动抛向半人马座小行星，因此半人马座小行星的动力学演化值得深入研究。
3任务方案设想
3.1选择探测方式和借力天体
海王星探测方式有遥感、飞行、环绕、软着陆等。 遥感和飞行无法有效测量稀有气体、深部物质组成、内部结构和活动等，科学成果有限； 对软着陆探测器的速度增长要求很高，任务规模、技术难度和经费需求极大。 根据科学目标、技术水平和经费规模，确定勘探方式为绕极轨道勘探。
海王星距离太阳30.1AU，地中海飞行距离非常远，应考虑探测器寿命等因素，尽量提高飞行速度减少飞行时间。 探测器速度来自运载火箭、行星借力和星上推进三部分，在运载火箭运载能力一定的情况下，利用行星引力摆实现探测器加速，是提高飞行速度的最有效手段。
图2是2040年前太阳系外主要天体的位置图，可见两颗以上的巨行星借力飞行的机会相对较少。 木星的质量约为其他7大行星质量的2.5倍，因此木星是借力飞行的优先天体。 由于木星公转周期为11.8年，探测器无法像地球、火星等短公转周期天体那样多次借力，且每个大周期发射窗之间的间隔约为10年。
3.2任务轨道设计
考虑到实现海王星重力捕获，探测器的飞行速度必须小于海王星的逃逸速度，在任务前期努力提高飞行速度，缩短飞行时间，还必须考虑到达后实现海王星重力捕获所需的减速要求。 根据目前火箭运载能力、探测器重量、飞行时间等设计约束，宜通过木星借力后直接飞向海王星。
采用直接奔木轨道设计方案，基于木星、海王星空间相互位置和地球-木星飞行距离，探测器必须在2030年前后发射。 星矢分离后，探测器从发射收放状态解锁，展开空间堆电源飞行至800 km轨道高度，利用铀-235自发裂变产生的中子和宇宙线及铍反射层产生的中子实现核反应堆被动启动，航天器进入日心椭圆轨道。 也就是说变成太阳卫星。 探测器进入地木转移轨道，飞行约3年到达木星，借力加速，进入木星-海王星转移轨道，飞行约6年后到达海王星。 轨道末期通过调节电推进的启动策略，进行减速和速度矢量调节，实现海王星捕获和极轨飞行。
在飞行过程中，根据主带小行星、半人马天体等天体搜索和定位情况，择机实施轨道机动实现飞行探测，释放微纳米卫星开展穿透探测。 绕海王星运行后，海王星大气探测器和海卫一选择穿透探测器进行发射
3.3任务功能模块结构
海王星探测任务论证在继承月球和深空探测组织结构的基础上，根据任务特点进行自适应调整，分为整个工程和探测器、空间堆电源、运载火箭、发射场、测控和地面应用等功能模块(图3 )。
运载火箭、发射场、测控和地面应用经过对现有产品设施的适应性改进后完成任务，探测器系统重点解决可靠的长寿命问题，开发新的空间堆电源。 整个任务围绕空间堆论证和关键技术突破情况，确定空间堆电源和探测器总体技术方案，以此为重点开展整个任务的开发和发射。
3.4设计约束分析
(1)顶层任务约束
发射日期约束： 2028年1月1日~2031年12月31日；
2034年1月1日前抵达木星借力飞行； 探测器将在2040年1月1日前到达海王星实现海王星极轨道环绕，届时海王星已到达近日点附近
顺访天体约束：飞行途中顺访至少一颗主带小行星、一颗半人马座小天体； 抵达海王星释放海卫一贯通探测器和海王星大气探测器
)2)搬运约束
进场轨道质量在3000 kg以上，发射C3在30 km/s以上； 长征-5号运载火箭远征-1上段部署整流罩最大包络4.5 m7.2 m。
)3)探测器约束
探测器进入质量3000 kg，寿命15年。 空间堆电源10 kWe，其中8 kWe用于电推进，2 kWe用于科学负荷、测量通信、GNC等星上设备； 核电推进系统推力320 m N，核电推进系统比冲&； gt； 3000 s。 考虑到探测器的热防护问题，应避免地行星的借力，具备对30 h以上微纳米卫星的连续中继通信能力。
)4)空间环境约束
空间限制主要包括真空、低温、太阳紫外线和带电粒子辐射。 探测器上搭载核反应堆需要考虑辐射屏蔽和防护。 海王星附近的温度约为220； 木星、地球借力时，由于飞行高度较大，大气摩擦热可以忽略不计
带电粒子辐射的重点应考虑地球、木星受力时地球和木星磁场约束的粒子种类和通量，其中木星强磁场约束的高能粒子高于地球附近的能谱。
4、10 kWe级空间堆栈电源设计
4.1反应堆电源总体方案设计原则
考虑不同功率等级空间堆电源的技术成熟度、探测器和电推进功率需求、运载火箭发射能力、经费等方面因素，确定海王星探测任务空间堆电源功率为10 kWe。
反应堆电源(图4 )是一项复杂的系统工程，涉及能量的产生、传输和转换过程。 系统安全可靠地运行取决于许多关键过程，包括可持续控制的裂变释放能量(产生的热)和反应堆内热的可靠释放)传热)和高效的热电转换)及其冷热端的高效换热)和排热)等。 最核心的技术指标是功率)即功率比质量)和寿命。 对于海王星探测任务用空间反应堆，最大的挑战是满足15年以上工作寿命的要求，因此在追求技术指标先进性的同时
设计中应充分考虑10 kWe满功率运行8年、2 kWe低功率运行7年的要求，以及电源系统在可靠性、安全性方面的设计优势和冗余。 选择节电运行策略，可以大幅度降低核反应堆的功率输出需求，风险在于运行8年后反应性控制部件的可靠性下降。 如果选择全功率运转15年的战略，就不需要考虑反应性调节，但核反应堆的燃料投入量会变得更多。
4.2反应堆型
适合空间的反应堆类型按冷却方式可分为液态碱金属冷却炉、热管冷却炉和惰性气体冷却炉。 热管炉具有无需外力驱动、冷却工质不怕冻结等特点，在可靠性方面具有优势，是15年寿命设计要求的首选，配置多根热管提高了系统的可靠性。
反应堆采用快中子能谱，可以省去中子慢化系统，大幅度缩小体积，减轻重量，可靠提高电源系统的比功率，有效满足航天任务的设计要求，代价是铀燃料用量大，富集度要求高。
反应堆燃料部件包括整体合金和棒状陶瓷部件，整体铀钼合金的优点是传热效率高，堆芯紧凑，重量轻。 缺点是铀-235油耗超过1%会导致燃料元件肿胀，给燃料元件的设计和热管的铺设流程带来困难。 棒状陶瓷燃料堆芯的尺寸和重量很大，但反应堆运行中部件的肿胀很小(图5 )。
4.3热电转换方式
目前国际上实现寿命30年以上的发电方式只有温差热电转换方式(如旅行者1号和2号)。 热离子、碱金属、斯特林等热电转换方式由于机理、工作环境、材料性能等原因无法实现15年以上的寿命。
温差热电转换方式应实现高转换效率和低衰减率。 高热电转换效率是反应堆电源重量和辐射量大幅减少，是反应堆电源高性能化的重点技术攻关方向，主要取决于发电元件高温端和低温端温差、温差元件性能、P/N结界面扩散控制和高温材料特性等，通过零部件材料和工艺控制等措施实现了高系统热电转换效率和低年衰减
4.4反应堆电源技术路线
通过分析和比对，得出海王星探测任务15年寿命10 kWe空间反应堆电源技术路线的主要选择方案：热管冷却炉和温差发电方案，“热管炉温差发电”全静态空间反应堆是满足深空探测15年运行、无人值守、复杂深空环境需要的优选技术路线，布局设计依据“ 图7是堆芯示意图。
为了保证电源系统的可靠性和安全性，采用了一根热管、一组热电转换单元和一组散热片作为单个发电单元，再由多个发电单元并联向星星供电的方案。 结合整个任务10 kWe满功率运行8年、2 kWe低功率运行7年的要求，可以有效确保整个任务期系统的可靠性和安全性。
核反应堆的热输出功率约为200 kWt，堆芯出口温度高于1000 K，热管将热量带到发电机组，发电后的排热利用钾热管带到辐射散热器。 通过将热电转换后的冷端控制在较高的温度，h可以实现较大的散热效率和较小的辐射板面积。
通过对系统热物理和结构布局的优化设计，整个电源系统比功率高，质量满足设计要求。 由于堆芯温度相对较低，对材料要求不高，现有技术成熟度高的钼合金或铌合金都可以满足要求。 另外，由于对温差发电效率要求不高，技术成熟的高温SiGe可以满足要求，无运动部件，全系统的非主动和防单点故障都没有问题，非致命性故障停炉可以重启，系统可靠性高
4.5涉及核安全和辐射防护
核安全是空间核能应用的基础，核安全目标是保护地球生物圈的人与环境免受空间核能在发射、运行、寿命终止等全过程中可能引起的危害。
(一)原则和安全框架的使用
联合国于1992年11月13日宣布《关于在外层空间使用核动力源的原则》，明确规定空间反应堆只能使用高浓铀-23s。 核反应堆在轨道高度800 km以上运行，避免运行产生的放射性物质影响地球生物圈，核反应堆操作系统必须确保有效的控制和处理等
2009年2月9日，联合国公布了《外层空间核动力源应用安全框架》的明确规定。 要作出建立和维持制定相关安全政策、要求和程序、安全预案的核安全设计、测试、分析能力的各种切实努力，减轻潜在事故后果等
)2)避免意外临界的安全设计
任务的最大风险是发射事故引起的核燃料飞散和意外的临界。 进入核反应堆发射轨道前处于深次临界，铀-235放射性与环境本底相当，毒性小，发射阶段发生意外情况导致核燃料飞散时，对周边环境的影响小。 因此，安全设计的核心是避免核反应堆的意外临界。
通过对控制部件的紧缚、限制等安全设计，避免正常的发射力学冲击振动对反应堆控制系统产生反应。 发射过程的意外情况，如火箭爆炸、高速撞击地面/水面对核反应堆结构的破坏，使核反应堆成为更深的临界(偏安全)。 当反应堆出现水淹、埋沙等超临界时，通过增加谱移吸收体等特殊安全设计和临界安全验证，可以保证反应堆始终处于次临界。
)3)反应堆被动启动
反应堆没有专用的启动中子源，入轨前控制部件中子吸收材料面临铀燃料，铀燃料自发裂变反应无法自持，使反应堆进入次临界状态。 入轨后，调节控制部件使中子反射层面向铀燃料，利用铀燃料自发裂变产生的中子和宇宙高能质子/光子与反应堆铍反射层反应产生的二次中子，反应堆逐渐达到临界状态，实现自保持连锁裂变反应。
无源启动具有无外同位素点火中子源，省去中子源及相应屏蔽的重量，消除中子源辐射影响等优点，卫星专项测试、总装测试、发射场测试等环节无需专门进行辐射防护和应对。 但是，由于用于裂变点火的铀燃料的自发中子和二次中子的强度低，核反应堆的启动时间长(几个小时)，需要携带大质量的化学电池为核反应堆的启动和星上设备供电。
5探测器平台设计
5.1总体方案
探测器平台主要包括结构机构、配电、测量、数管、GNC、推进、热控、有效载荷等系统。 探测器平台与空间堆电源通过展开锁紧机构连接，发射时收缩，入轨后展开，反应堆电源距离探测器平台13 m，形成哑铃型结构。 哑铃型布局有效地拉开了探测器平台与反应堆的距离，降低了反应堆温度和辐射对探测器的影响，降低了反应堆温度和辐射对探测器的影响。
探测器在火箭罩中采用空间堆电源在下、探测器平台在上的逆向布局，将反应堆电源置于发射时力学条件最佳的环境中(图10 )。
5.2测量通信和日凌的影响
主机通信是海王星探测任务中仅次于能量的技术课题，考虑到电磁波信号强度与距离平方成反比的关系，如果采用与火星任务相同的天地通信设备，海王星( 30.1AU )附近的通信能力约为火星的1/2，主要是增加星上设备的功率，提高卫星天线的口径应采用高效编码技术，大幅度提高链路通信能力，包括更高的通信频率、地面站更大的天线口径等。
采用空间炉电源为实现更大的运行功率提供了必要条件，在继续开发更大功率管线管的同时，采用多条管线管的低功率冗馀方式，提高了系统的可靠性。
天线是夹层结构和叠层结构组合的反射面3.2m口径天线，由于传统的蜂窝夹层结构反射面重量大，TwF结构的反射器在Ka频段对网格参数有一定要求，加工性差，在反射器中心的2/3区域(约2.5 m )。
在通信策略方面，星上数据采用极高的压缩比，优先保证探测科学数据的传输，探测信息改变了常规航天器探测量按特定频率回传的方式，采用系统状态通报，星上采用自主管理实现自主运行。
采用Ka/X双频. x频段作为应急备用手段，以技术成熟、可靠性高为主的Ka频段是主要通信频段，为了追求高性能，需要尽量提高发射功率。 采用高效通道编译方式( LDPC )、VLBI测角方式和双向多普勒测速方法，提高数字传输能力。 实现全程探测轨道和遥测遥控任务，建设星载高速数据传输通道，完成科学探测数据对地传输。 考虑到任务飞行时间较长，发射后可继续使用当前的X深空波段测向仪，后续也可
探测器、太阳与地球成一直线或接近直线，探测器与地球排列在太阳两侧的现象称为日凌，此时探测器与地球的通信会受到中断或严重的干扰。 此时，探测器将自主飞行、自主科学探测，并保存科学探测结果。 日凌结束后，探测器将与地球恢复通信，进行数据和信息的传递。
5.3电气推进
推进系统采用全电动式，考虑星上供电能力、燃料携带量、开机策略、电推进寿命等因素，拟选用4台160 m N电动推进器，两台同时工作，两台冷备份，工作时所需功率为8 kW级( 4 kW2 )
电推进系统选用成熟产品，根据海王星探测任务要求加强长寿命可靠的试验验证。 其主要功能是完成太阳极限探测的主要推进任务； 共同承担太阳极限探测器姿态调整任务，其主要设计要求是适应发射、轨道转移、轨道运行等所有环节的力学环境； 在地面遥控指令或星上自主程序控制下产生满足设计要求的推力； 具有提供表示轨道性能和健康状态的遥测参数，在点火或非点火中通过矢量调节机构调节推力方向的能力。
5.4自主运行管理
与月球和火星等探测任务相比，位于30.1AU的海王星离地球更远，单程通信时延长到4.2 h； 由于太阳、地球、其他行星和探测器存在天体遮挡、日凌等器地通信链路断开的情况，探测器需要长时间的自主运行管理能力。 主要包括自主导航、自主规划、自主诊断和自主修复等。
提高航天器位置、速度、时间和姿态的导航精度对延长空间探测深度具有极其重要的意义。 对于极远距离长时间的深空探测器，传统的惯性导航、卫星导航、天文导航和地磁导航技术具有特定的适用范围或特有的缺陷。 海王星探测器以惯性导航和天文导航为主，采用自主导航技术，通过地面辅助修正自主导航，可以有效满足30AU及以上空间的飞行导航需求，而无需依赖地面操作。
探测器进行飞行路线和飞行任务的自主规划。 根据探测器的速度和辐射安全要求，确定借力天体的时间以及探测器和借力天体的飞行高度。 并根据任务要求确定借力飞行区间和木星借力后推进器的运行时间。 根据飞行距离和空间位置规划探测负荷通断和运行时间，合理分配数小时。
探测器自主基于传感器测量数据进行体检和故障管理，自主决定主备份切换，进行故障隔离和处置，自主完成探测器设备系统修复，实现飞行和探测功能。
5.5可靠的长寿命设计
海王星探测任务为每个窗口2030年左右出发，2040年左右到达30AU，实现绕极轨道后继续开展海王星全球遥感等探测任务，预计在轨运行将超过15年，与目前地球同步轨道卫星的最长寿命相当需要从高稳定性功能材料研究、关键单体加固与地面掌握、系统级自主管理与故障诊断、寿命评估与保障研究等多个层面开展相关工作，突破超长寿命探测器研制技术，满足任务要求，扩大我国探测器空间搜索能力。 探测器15长寿命、可靠性高的主要影响因素是运动部件、易损储量、电子部件和材料的老化等。
海王星探测器的运动部件主要包括反应堆反应性控制机构、动量轮、天线定向装置、展开锁定机构等，其中整星、载荷台、推力器展开锁定机构在轨道星矢分离后开始工作，展开到达指定位置后锁定，重点是可靠性问题
天线采用高低增益组合体制，近地球空间采用低增益天线，在远离地球时高增益天线向地球锁定，在特定距离后，可以确保地球始终在主瓣范围内，锁定高增益天线。 反应堆反应性控制机制和动量轮需要开展长寿命研究，进行地面加速试验验证。
消耗工质主要是推进剂和反应堆高温热管内传热工质的泄漏挥发。 基于任务设计和真空泄漏率，可以有足够的余地从工程上解决长寿命问题。
电子元器件及材料老化根据不同的物理效应和机制有针对性地开展工作。 这些效应包括高温升华材料消耗、电子元器件自然老化、材料高真空效应、材料低温效应、材料辐射效应等，通过选材、特殊工艺和加速试验等手段解决寿命长、可靠性高的问题。
5.6有效载荷和微小卫星初选
根据科学目标要求，实现对海王星的全球遥感、内部结构和运动、大气成分和运动特性、磁场和等离子体等参数综合定位和遥感探测，实现对海王星卫星和卫星环、木星和星际介质等的探测。 科学仪器的总重量预计将在50 kg以下。
探测器携带4颗微纳卫星共百公里级，在前往海王星途中择机释放，实现天体和海王星大气贯通探测或特殊场地编队探测。 其中钠卫星2颗，每颗数公里，由化学电池供电，实现对飞行途中主带小行星、半人马小天体的贯通探测或编队探测。 两颗微小卫星，每隔一个数十公里，由电池或同位素电池供电，实现海王星大气和海卫一的贯通探测。
六结束语
利用超大功率空间堆电源实现海王星绕地和穿透探测，可以实现人类空间高精度探测能力向太阳系外空间的重要技术跨越。 科学开展冰的巨星结构、大气等探测，有望发现太阳系起源与演化、生命起源等科学问题的重要原创性发现。
工程突破空间堆电源、超远距离深空探测等关键技术，构建太阳系任意到达能力，初步具备星际空间搜索能力，实现了航天技术能力大跨越。 实施中，加强了科学目标论证、科学载荷、航天测控通信等方面的国际合作，积极构建世界深空探测新格局，为21世纪中叶全面建设航天强国提供了有力支撑。
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