海衛一，它的名字也叫特里同，希臘神話中的海之信使，海王波塞冬的兒子，今天海王星的名字也是來自波塞冬對應的羅馬水神尼普頓Nep，作為海王星最大的衛星，海衛一的名字取得也是非常適合了。
旅行者2號在1989年飛掠海王星做引力加速時，讓我們第一次看見了這顆遙遠衛星的清晰面貌。
1989年8月24日旅行者2號距離海衛一53萬公里拍攝的近景
海衛一的大氣由氮和甲烷組成。很稀薄也非常非常冷，低至零下235度左右，但它也很有意思，因為活躍的地質活動，形成能噴到八千米高度的混合液氮、塵埃與甲烷的噴泉，顯示這地下存在一片地下湖泊或海洋，有了誕生生命的可能性。
海衛一也很可能來自柯伊伯帶，是海王星引力捕獲的，而不是親生的，柯伊伯帶天體具有非常高的研究價值，正是因為這顆海衛一，才讓未來探測冰巨星時，選擇天王星還是海王星時，海王星總是佔據上風。場子前兩天給大家介紹過這場爭鋒，詳見：
如何實現對這個大氣稀薄的冰凍星球進行探測是科學家們要考慮的下一個命題，幾年前NASA的科學家們還真想到一個有趣的點子，不用火箭發動機，也不用螺旋槳機翼之流，帶一塊核電池就能飛起來！
四年前， NASA的先進與創新概念項目組（NIAC）提出：在探測太陽系內冰凍星球時，可以利用放射性同位素熱電機RTG產生的熱量加熱星球表面上的冰，併產生蒸汽，使探測器起飛進入亞軌道。
這種核推進方式的有趣之處在於，與傳統的熱核發動機不同，它將使用RTG代替核反應堆（RTG原理這裡就不贅述了，大家感興趣可以自行在頭條搜索一下）。
RTG是一項非常安全的技術，在阿波羅登月時，就已跟隨宇航員上過月球，之後的先鋒、旅行者、卡西尼、伽利略、新視野都使用RTG為供電，基本都為四五百瓦左右。
嫦娥四號
俄羅斯使用這種核電寶也比較成熟，主要給北冰洋的燈塔供電用；我國嫦娥四號使用的RTG就是從俄羅斯購買的，技術上這種上個世紀五十年代就誕生的東西對國內也沒啥難度，目前還沒使用自產的主要是對核能管控比美俄更加嚴格，想要做RTG審批流程非常複雜，按照公開消息，以前也沒有實用化的自產RTG，從俄羅斯買個成熟的核電池給嫦娥四號用下也算不上什麼卡脖子，以後國內深空探測任務越來越多，自產的RTG必然會有的。
RTG的可靠性已經經過了六十餘年的檢驗，NASA提出的核電加熱冰，噴射加壓蒸汽的主意適用於覆蓋冰層的星球，這裡指的不是水冰，而是固體氮冰，如果是水，讓一個幾百瓦功率的RTG加熱成水蒸氣是不現實的；氮冰在約零下200℃時就會升華為氣態，RTG產生的能量可以滿足這三十度左右溫差的加熱需求。通過收集這種表面冰用作推進劑，這將節省相當可觀的探測器的重量。
該提案的設計者選擇海衛一作為該提案的第一個應用目標，因為冥王星的心狀地區雖然有一個太陽系中面積最大的氮冰川，但是其他地方就是普通的岩石地表了，最合適的還是海衛一這顆全氮冰覆蓋的星球。
概念中的海衛一核電飛行器結構很簡單，起落架與機身結構包裹著一個帶漏斗嘴的球形儲罐，儲罐上部為探測器的飛控設備與科研儀器和蓄電池，最上方為RTG單元與通信天線。
海衛一跳蚤結構
儲罐漏斗從特里頓微弱的大氣中收集氣態氮，海衛一大氣密度約為火星大氣的3％，地球大氣密度的三千分之一，於此同時在設備艙外的機械手在地表挖取氮冰然後裝入漏斗內。
氣態和固態混合形式的氮存儲在中央球形罐中，關閉漏斗，密封球形灌利用RTG的熱量使氮昇華為氣態，儲罐壓力升高。在飛行時飛控調整探測器身上的多個噴氣閥，最大共產生1.2KN的推力。在補充推進劑階段，探測器分配RTG的60瓦的電力用來加熱，按照設計可以在11天之內昇華100千克氮冰。
2015年設計使用了ASRG類型的RTG，該項目已被取消。
這100千克的加壓高壓氮氣可以讓探測器跳高一公里，在水平距離上飛行五公里，從而在任務持續的兩年內，完成從海衛一赤道到北極兩千多公里的地表探測，這種前進方式也得到了官方命名——海衛一跳蚤。
海衛一跳蚤計劃使用好奇號火星探測器那種空中吊車式的著陸方案，海衛一跳蚤設計質量為487千克，因為海衛一的重力為月亮的一半，地球的十二分之一，1.2KN的推力足以在海衛一上實現飛行，不過對科研設備的重量控制也很緊張，計劃的科學負載只包括照相機，地震儀，紅外可見光譜儀以及風傳感器。
跳蚤與軌道器
任務軌道設計
如上圖，設計任務總重8685.5KG，通過木星引力彈弓在2041年進入海王星引力場，通過海王星大氣剎車進入環海王星軌道，高軌再進行一次大氣剎車進入海衛一引力場，發動機點火減速進入海衛一軌道，與軌道器分離，著陸器攜帶海衛一跳蚤在海衛一著陸。
海衛一跳蚤結構
不過這都是提案設計，NASA當時並沒有批准這個方案的實行，一是暫時沒有多餘資金撥給海衛一探測項目，二是技術難點過多，暫時缺乏可行性。
氮氣噴口細節
目前對海衛一表面的氮冰狀態仍然缺乏足夠了解，海衛一表面冰層是處於最純淨狀態還是與其他冰（比如一氧化碳或甲烷）混合，非純淨冰中存在的有機物質會對推進效率有哪些影響？推進氣體混合不均會直接導致不同噴口推力出現差別，姿態失衡導致墜機；在零下230度左右的冰原上機械部件如何實現穩定工作，這些問題都阻礙了這一提案的落地。
海衛一跳蚤想象圖
如果採用海衛一跳蚤方案，在本世紀上半頁只能作為海王星探測任務的次要負載，海王星探測任務自己還要有降落在海王星的著陸器與環海王星軌道器，到時就是雙套著陸器-軌道器組合，系統複雜度高，且整體重量必然接近20噸，這個重任只能交給鴿王SLS火箭了。
所以對於海衛一跳蚤這種設計在2050年前實現的希望是很渺茫的，待到經費與技術均不受制約時，這種設計的確非常適用於海衛一與冥王星的氮氣冰原，也許未來中國的冰凍星球跳蚤，就在看過這篇文章的孩子手中誕生，那作者就覺得介紹這些概念設計方案就非常有意義了。
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