海卫一，它的名字也叫特里同，希腊神话中的海之信使，海王波塞冬的儿子，今天海王星的名字也是来自波塞冬对应的罗马水神尼普顿Nep，作为海王星最大的卫星，海卫一的名字取得也是非常适合了。
旅行者2号在1989年飞掠海王星做引力加速时，让我们第一次看见了这颗遥远卫星的清晰面貌。
1989年8月24日旅行者2号距离海卫一53万公里拍摄的近景
海卫一的大气由氮和甲烷组成。很稀薄也非常非常冷，低至零下235度左右，但它也很有意思，因为活跃的地质活动，形成能喷到八千米高度的混合液氮、尘埃与甲烷的喷泉，显示这地下存在一片地下湖泊或海洋，有了诞生生命的可能性。
海卫一也很可能来自柯伊伯带，是海王星引力捕获的，而不是亲生的，柯伊伯带天体具有非常高的研究价值，正是因为这颗海卫一，才让未来探测冰巨星时，选择天王星还是海王星时，海王星总是占据上风。场子前两天给大家介绍过这场争锋，详见：
如何实现对这个大气稀薄的冰冻星球进行探测是科学家们要考虑的下一个命题，几年前NASA的科学家们还真想到一个有趣的点子，不用火箭发动机，也不用螺旋桨机翼之流，带一块核电池就能飞起来！
四年前， NASA的先进与创新概念项目组（NIAC）提出：在探测太阳系内冰冻星球时，可以利用放射性同位素热电机RTG产生的热量加热星球表面上的冰，并产生蒸汽，使探测器起飞进入亚轨道。
这种核推进方式的有趣之处在于，与传统的热核发动机不同，它将使用RTG代替核反应堆（RTG原理这里就不赘述了，大家感兴趣可以自行在头条搜索一下）。
RTG是一项非常安全的技术，在阿波罗登月时，就已跟随宇航员上过月球，之后的先锋、旅行者、卡西尼、伽利略、新视野都使用RTG为供电，基本都为四五百瓦左右。
嫦娥四号
俄罗斯使用这种核电宝也比较成熟，主要给北冰洋的灯塔供电用；我国嫦娥四号使用的RTG就是从俄罗斯购买的，技术上这种上个世纪五十年代就诞生的东西对国内也没啥难度，目前还没使用自产的主要是对核能管控比美俄更加严格，想要做RTG审批流程非常复杂，按照公开消息，以前也没有实用化的自产RTG，从俄罗斯买个成熟的核电池给嫦娥四号用下也算不上什么卡脖子，以后国内深空探测任务越来越多，自产的RTG必然会有的。
RTG的可靠性已经经过了六十余年的检验，NASA提出的核电加热冰，喷射加压蒸汽的主意适用于覆盖冰层的星球，这里指的不是水冰，而是固体氮冰，如果是水，让一个几百瓦功率的RTG加热成水蒸气是不现实的；氮冰在约零下200℃时就会升华为气态，RTG产生的能量可以满足这三十度左右温差的加热需求。通过收集这种表面冰用作推进剂，这将节省相当可观的探测器的重量。
该提案的设计者选择海卫一作为该提案的第一个应用目标，因为冥王星的心状地区虽然有一个太阳系中面积最大的氮冰川，但是其他地方就是普通的岩石地表了，最合适的还是海卫一这颗全氮冰覆盖的星球。
概念中的海卫一核电飞行器结构很简单，起落架与机身结构包裹着一个带漏斗嘴的球形储罐，储罐上部为探测器的飞控设备与科研仪器和蓄电池，最上方为RTG单元与通信天线。
海卫一跳蚤结构
储罐漏斗从特里顿微弱的大气中收集气态氮，海卫一大气密度约为火星大气的3％，地球大气密度的三千分之一，于此同时在设备舱外的机械手在地表挖取氮冰然后装入漏斗内。
气态和固态混合形式的氮存储在中央球形罐中，关闭漏斗，密封球形灌利用RTG的热量使氮升华为气态，储罐压力升高。在飞行时飞控调整探测器身上的多个喷气阀，最大共产生1.2KN的推力。在补充推进剂阶段，探测器分配RTG的60瓦的电力用来加热，按照设计可以在11天之内升华100千克氮冰。
2015年设计使用了ASRG类型的RTG，该项目已被取消。
这100千克的加压高压氮气可以让探测器跳高一公里，在水平距离上飞行五公里，从而在任务持续的两年内，完成从海卫一赤道到北极两千多公里的地表探测，这种前进方式也得到了官方命名——海卫一跳蚤。
海卫一跳蚤计划使用好奇号火星探测器那种空中吊车式的着陆方案，海卫一跳蚤设计质量为487千克，因为海卫一的重力为月亮的一半，地球的十二分之一，1.2KN的推力足以在海卫一上实现飞行，不过对科研设备的重量控制也很紧张，计划的科学负载只包括照相机，地震仪，红外可见光谱仪以及风传感器。
跳蚤与轨道器
任务轨道设计
如上图，设计任务总重8685.5KG，通过木星引力弹弓在2041年进入海王星引力场，通过海王星大气刹车进入环海王星轨道，高轨再进行一次大气刹车进入海卫一引力场，发动机点火减速进入海卫一轨道，与轨道器分离，着陆器携带海卫一跳蚤在海卫一着陆。
海卫一跳蚤结构
不过这都是提案设计，NASA当时并没有批准这个方案的实行，一是暂时没有多余资金拨给海卫一探测项目，二是技术难点过多，暂时缺乏可行性。
氮气喷口细节
目前对海卫一表面的氮冰状态仍然缺乏足够了解，海卫一表面冰层是处于最纯净状态还是与其他冰（比如一氧化碳或甲烷）混合，非纯净冰中存在的有机物质会对推进效率有哪些影响？推进气体混合不均会直接导致不同喷口推力出现差别，姿态失衡导致坠机；在零下230度左右的冰原上机械部件如何实现稳定工作，这些问题都阻碍了这一提案的落地。
海卫一跳蚤想象图
如果采用海卫一跳蚤方案，在本世纪上半页只能作为海王星探测任务的次要负载，海王星探测任务自己还要有降落在海王星的着陆器与环海王星轨道器，到时就是双套着陆器-轨道器组合，系统复杂度高，且整体重量必然接近20吨，这个重任只能交给鸽王SLS火箭了。
所以对于海卫一跳蚤这种设计在2050年前实现的希望是很渺茫的，待到经费与技术均不受制约时，这种设计的确非常适用于海卫一与冥王星的氮气冰原，也许未来中国的冰冻星球跳蚤，就在看过这篇文章的孩子手中诞生，那作者就觉得介绍这些概念设计方案就非常有意义了。
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