海王星作为最接近太阳系边缘的行星，保留了大量太阳系形成初期的气体，包含了原恒星云的状态条件和行星形成的位置信息，是研究太阳系和系外行星的蓝本^[1-3]。海卫一作为海王星最大的卫星，被认为是最优先的“候选海洋世界”，也是“太阳系中最可能存在微生物活动的地外天体”，有可能为生命起源这一重大科学问题提供关键线索^[4]。海王星环绕探测将对海王星的形貌、行星环、大气结构和组成、大气流动、磁层、电离层、地下海洋等要素开展研究，填补空间物理、空间天文和行星科学等方面的诸多空白，而且有助于解决太阳系形成与演化、宇宙起源和生命起源等重大基础科学问题^[1][5]。目前尚未实施过海王星及海卫一的环绕探测，对海王星的大气层、内部结构及其卫星认识均较为局限。面向未来，冰巨星探测已成为各国行星探测重点，NASA的天王星轨道器和进入器（UOP）是最高优先级旗舰任务，将开展多年环绕探测与大气进入原位探测^[6]；NASA的海王星奥德赛任务（Neptune Odyssey）将历经16年巡航进入海王星系统开展为期4年的轨道任务^[7]；ESA的ODINUS任务将对天王星和海王星开展联合探测，研究冰巨星系统的形成和演化^[8]。随着深空探测技术的发展，我国已具备实施海王星环绕探测的能力。
本文围绕海王星系统大气和地质活动研究、海王星系统空间环境研究以及海卫一生命信号探寻三个科学主题，提出通过一次任务，实现海王星环绕、大气进入以及海卫一的抵近探测。探测器将配置2台发电功率300W的RTG，初期功耗600W，具备30AU距离可达并长期生存的能力。探测器将采用重型运载火箭发射，直接进入地-海转移轨道，经过约15年的飞行到达海王星，完成海王星交会捕获，开展海王星大气剖面探测。随后，利用海卫一借力降低捕获速度增量，进入海王星约70°大倾角椭圆轨道，开展海王星磁场立体探测。通过多次共振借力降低远心点高度，对海王星和海卫一进行全球观测，最终进入海卫一2:1共振轨道，开展海王星和海卫一长期遥感观测，各阶段轨道参数见表1所示。
表1使命轨道参数

圈数	周期(天)	近海高度(km)	远海高度(km)	海卫一最近距离(km)
1	84.17	3.24×10⁵	3.81×10⁶	100.12
2	22.09	2.86×10⁵	1.38×10⁶	395.52
3	12.07	2.56×10⁵	8.41×10⁵	842.95

综上所述，相比天王星，海王星涉及探索地外生命和生命起源，其科学价值更高。另外，海王星作为目前已知最接近太阳系边缘的行星，一次探测任务可以实现多个探测目标，可近距离观测海卫一，可对半人马族小天体进行探测等，可以取得多项原创性科学成果。因此，应将海王星作为冰巨星环绕探测的优选目标。本文提出的探测方案将一次任务实施冰巨星的环绕与海卫一探测，开展全球化、长时间重复观测，高起点完成探测任务的同时，实现科学收益最大化。同时，冰巨星环绕探测任务周期长，技术难度大，需开展极远距离飞行器总体设计、空间能源、智能自主、极远距离通信等关键技术先期攻关工作，而能源供给是冰巨星环绕探测能否实施的关键，应加快推进空间同位素电源研发与在轨应用，支撑我国深空探测任务可持续发展。

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