问题背景：太阳风是太阳上层大气向外喷发的等离子体带电粒子流，速度高达几百公里每秒。日球层是主要受太阳风及太阳磁场控制的区域，从形象上来看，就是太阳风在银河系星际空间内“吹”出来的一个巨大的磁化等离子体泡，其边缘距离太阳约80 ~ 150 AU（天文单位，约1.5亿千米）。日球层之外是广袤无垠的恒星际空间，充满了等离子体、中性原子、尘埃等星际介质。

太阳风与恒星际介质“两军对垒”形成了日球层边界，构成了地球家园在日球层的第一道“城墙”。尽管日球层这个巨大的屏障为地球家园挡住了高能宇宙线等的侵袭，但仍存在一些“漏网之鱼”，如中性原子、尘埃等。这些来自星际空间的中性原子可以不受太阳磁场的屏蔽而自由进入日球层空间，与太阳风带电粒子发生电荷交换后形成拾起离子，并被行星际磁场捕获从而被太阳风裹挟着一起运动。随着日心距的不断增加，星际中性原子的密度也不断增加，拾起离子也愈发重要，如引起太阳风在外日球层的逐渐减速、与太阳风的能量耦合影响其动力学演化以及日球层边界结构的物理特性。

目前，国际上对于日球层的卫星探测存在非常严重的“内外失衡”的现象，绝大多数卫星计划都是集中于对内日球层（几个AU以内）的探测，对于外日球层乃至更远的星际空间还缺乏有效的探测手段。外日球层与星际空间的空间环境特性、太阳风在日球层的动力学演化、日球层的结构、日球层和星际介质的相互作用等一系列重大的科学问题仍然悬而未决。

关键突破点：国际空间物理的前沿探测领域有两大趋势：一个趋势就是不断抵近太阳，另外一个趋势就是不断深入星际空间。除了美国宇航局几个着眼于外太阳系行星顺访的探测计划（如先驱者10号和11号，旅行者1号和2号，新视野号）之外，国际上还没有一个专门的外日球层和星际空间就位探测计划得以实施。人类对于日球层边界的性质以及太阳风与星际介质的相互作用规律还所知甚少。

美国2014年发布的《2014 ~ 2033年日球物理路线图》着重强调了外日球层和星际空间探测的重大意义，其四大高优先级探测任务之一就是探测日球层边界和太阳风等离子体，以期了解外日球层和星际介质相互作用的全局过程，并将理解日球空间结构以及太阳大气与星际介质的相互作用列为五大科学挑战之一。

近年来，关于日球层边缘/星际空间的探测又掀起了新一轮的热潮，并受到人们的高度关注。美国1977年发射的旅行者1号和2号在完成飞船设计目标之外，进行了星际任务拓展，分别于2012年8月和2018年11月飞出日球层进入星际空间。美国2006年发射的新视野号于2015 年7 月飞越了冥王星及其卫星，2019年1月飞越了柯伊伯带天体2014 MU69，预计2030年飞临日球层边界。美国2008年发射的星际边界探测器利用两台中性原子成像仪，遥感探测来自日球层边缘的高能中性原子以及星际中性原子。

此外，国内外学者也积极开展了关于外日球层/星际空间探测的新一轮概念研究。2010年，欧洲航天局支持了一个联合了17个国家的星际日球层顶探针/日球层边界探索计划的概念研究；2011-2019，美国宇航局持续支持了星际探针计划的概念研究，2015年，中国科学院空间科学战略性先导科技专项启动了“星际快车”探测计划的初步方案研究；2017年，中国工程院也部署了重点咨询研究项目支持相关课题的研究，中国国家航天局也启动了太阳系边际探测计划的前期预先研究项目。

外日球层与星际空间的环境特性及其相互作用的研究是一项极具创新和挑战的系统工程。首先，外日球层与星际空间环境要素的探测殊为不易。探测器需要克服极暗条件下的能源推进、极寒条件下的热控、极远距离下的测控通信、强磁辐射环境下的防护、高精度长寿命有效载荷等诸多技术难点，以尽可能快的速度在广阔的空间范围内开展综合性探测，工程实施难度很大。其次，外日球层与星际空间的相互作用是一个高度动态的全局效应，单靠有限的飞船就位探测难免“管中窥豹，难见全貌”，需要发展高精度的全日球三维数值模拟技术予以辅助研究。

战略意义：人们对于外日球层空间的了解还非常有限，日球层外的星际空间更是人类从未探索过的崭新领域，蕴含着非常巨大的科学价值。了解外日球层以及恒星际空间的环境特性、揭示太阳风与星际介质的相互作用规律与机理，对于认识人类太阳系家园至关重要。

经过60年的发展，中国航天正处在建设航天强国的关键时期。 “飞得远、探得广”是我国航天能力的重要体现，而外日球层/星际空间探测则提供了一个非常好的契机，并可牵引带动新型高效能源与推进、超远距离深空测控通信、深空自主探测、新型高可靠长寿命科学载荷等尖端空间技术的跨越式可持续发展，从而大幅提升我国空间科学、空间技术和空间应用的水平，为人类拓展活动疆域和开展恒星际探索奠定基础。