行星科學家迫切需要對天王星和海王星進行新的研究，因為自 1980 年代末航海者號任務以來，這些冰巨行星還沒有被訪問過。 如果宇宙飛船出現，它將成為有關這些行星的信息來源，它也將能夠更深入地觀察宇宙。 通過密切監測來自一個或多個此類航天器的無線電信號的變化，天文學家可能會看到由宇宙中一些最猛烈的事件引起的引力漣漪。
我們僅有的天王星和海王星特寫照片來自航海者 2 號宇宙飛船，它在 1980 年代後期飛過這些行星。 從那時起，我們向水星發送了探測器，對木星和土星進行了任務，收集了小行星和彗星的樣本，並將一個又一個探測器發射到了火星。
但不是天王星或海王星。 整整一代的行星科學家只能用地面望遠鏡和哈勃太空望遠鏡偶爾瞥見它們來研究它們。 唯一的延遲是，由於距離海王星和天王星很遠，在那裡發射有效載荷非常困難。
如果我們在 2030 年代初使用足夠強大的火箭發射任務，例如美國宇航局的太空發射系統，則該任務可能會在不到兩年的時間內到達木星。 一艘宇宙飛船可以分成兩部分，一個前往天王星（2042 年到達它），另一個前往海王星（2044 年到達它的軌道）。 一旦到位，如果幸運的話，這些軌道器可以維持其空間站超過 10 年，就像著名的卡西尼號任務對土星所做的那樣。
其他研究
在前往這些冰冷地方的漫長旅程中，同樣的太空探測器還可能提供對另一種非常不同的科學——引力波的洞察。 在地球上，物理學家沿著幾英里長的軌道反射激光束來測量引力波的長度。 當波（它們是時空結構本身的漣漪）穿過地球時，它們會通過交替壓縮和拉伸物體來扭曲物體。 在探測器內部，這些波在遠處鏡子之間的長度略有變化，對引力波天文台中的光路影響很小（通常小於原子的寬度）。
對於返回地球的遠程太空任務的無線電通信，效果是相似的。 如果引力波穿過太陽系，它會改變與航天器的距離，使探測器離我們稍微近一點，然後再遠一點，然後再近一點。 如果航天器在整個飛行過程中一直在發射，我們會看到其無線電通信頻率的多普勒頻移。 讓兩個這樣的航天器同時運行將使天文學家對這種轉變進行更精確的觀察。
換句話說，這些遙遠的太空探測器可以作為世界上最大的引力波觀測站承擔雙重職責。
最大的技術障礙是以難以置信的高精度測量航天器無線電頻率的能力。 我們測量它的能力應該比我們在卡西尼號土星飛越期間達到的能力至少好 100 倍。
這聽起來很複雜，但自從設計卡西尼以來已經有幾十年了，我們一直在不斷改進我們的通信技術。 現在物理學家正在開發他們自己的天基引力波探測器，例如激光干涉儀空間天線（LISA），無論如何這都需要類似的技術。 由於冰巨人的使命距離我們還有將近十年的時間，我們可以投入更多的資源來開發必要的技術。
如果我們能夠打破這種靈敏度，這個引力波探測器“臂”的非凡長度（實際上是我們目前的探測器的數十億倍）將能夠探測到宇宙中的許多極端事件。
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