NASA歐羅巴快船將采用 3D 打印拓?fù)鋬?yōu)化支架，將在太空中飛行5.5年

2024年12月30日，南極熊獲悉，備受期待的美國(guó)宇航局（NASA）歐羅巴快船從NASA 噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室 (JPL)發(fā)射，標(biāo)志著多年專注工作的成果。數(shù)百名工程師、科學(xué)家和研究人員花費(fèi)了無數(shù)個(gè)小時(shí)設(shè)計(jì)、建造和測(cè)試這艘航天器，為它前往木星冰冷衛(wèi)星歐羅巴的 5 年半旅程做好準(zhǔn)備。

在各種組件中，JPL 增材制造團(tuán)隊(duì)的一個(gè)重要里程碑是納入了拓?fù)鋬?yōu)化支架，支架采用 Al6061R2 材料在 EOS M290 打印機(jī)上 3D 打印而成，符合 NASA 嚴(yán)格的 6030 標(biāo)準(zhǔn)。

歐羅巴快船太空飛船

歐羅巴快船是一艘太陽(yáng)能機(jī)器人航天器，旨在對(duì)木星的冰凍衛(wèi)星歐羅巴進(jìn)行首次詳細(xì)調(diào)查。航天器將繞木星運(yùn)行，并飛越歐羅巴近 50 次，以確定歐羅巴表面下是否有適合生命生存的地方。

△這張藝術(shù)概念圖描繪了 NASA 的歐羅巴快船飛船在木星軌道上飛過這顆氣態(tài)巨行星的冰冷衛(wèi)星歐羅巴（右下）的場(chǎng)景。任務(wù)計(jì)劃于 2030 年 4 月抵達(dá)木星，這將是首次專門針對(duì)歐羅巴進(jìn)行詳細(xì)科學(xué)調(diào)查的任務(wù)。圖片來源：NASA/JPL-Caltech

展開太陽(yáng)能電池板后，歐羅巴快船的跨度超過 100 英尺（約 30 米），大約相當(dāng)于一個(gè)籃球場(chǎng)的長(zhǎng)度。航天器主體由航空電子設(shè)備庫(kù)、射頻模塊和推進(jìn)模塊組成。發(fā)射時(shí)，歐羅巴快船的重量約為 13,000 磅（6,000 公斤）。幾乎一半的重量將是燃料——近 6,000 磅（2,750 公斤）的推進(jìn)劑。

歐羅巴快船的九臺(tái)科學(xué)儀器是迄今為止探索外太陽(yáng)系的最先進(jìn)、最靈敏的儀器。一些儀器傳感器安裝在天底甲板上，以穩(wěn)定它們，確保它們?cè)陲w越期間正確朝向歐羅巴。這兩臺(tái)儀器的設(shè)計(jì)目的是捕捉與航天器運(yùn)動(dòng)方向相反的氣體和塵埃。雷達(dá)天線直接安裝在航天器的太陽(yáng)能電池陣列上。此外，航天器的磁力計(jì)和等離子傳感器位于從航天器延伸出來的吊桿上，減少了來自航天器的障礙物和磁干擾。儀器的電子設(shè)備安裝在保險(xiǎn)柜中，以保護(hù)它們免受輻射。

歐羅巴快船任務(wù)

歐羅巴快船是美國(guó)宇航局首次專門探索木衛(wèi)二的任務(wù)。木衛(wèi)二是木星四大衛(wèi)星之一，由伽利略·伽利萊于 1610 年發(fā)現(xiàn)。雖然之前的伽利略號(hào)和旅行者號(hào)等任務(wù)也曾讓我們看到過木衛(wèi)二冰封的表面，但這次任務(wù)的獨(dú)特之處在于它只關(guān)注這顆衛(wèi)星的潛在宜居性。據(jù)信，木衛(wèi)二厚厚的冰殼下有一片地下海洋，科學(xué)家推測(cè)這種環(huán)境可能蘊(yùn)藏著生命的基本條件。

此次太空任務(wù)的主要目標(biāo)是調(diào)查木衛(wèi)二是否擁有維持生命的必要成分：液態(tài)水、能源和正確的化學(xué)構(gòu)件。雖然木衛(wèi)二快船的設(shè)計(jì)目的不是直接探測(cè)生命，但它的一套精密儀器將分析衛(wèi)星的表面和地下，尋找可能適宜居住的跡象。

木衛(wèi)二的表面是一片廣闊的冰原，但科學(xué)家認(rèn)為，在其下方存在著一片咸水海洋，水量比地球上所有海洋的總和還要多。這片海洋隱藏在數(shù)公里厚的冰層之下，幾十年來一直吸引著研究人員的關(guān)注。木衛(wèi)二的海洋保持液態(tài)，是因?yàn)槟拘蔷薮蟮囊�力產(chǎn)生了潮汐力，在表面下產(chǎn)生了摩擦和加熱。

歐羅巴快船將使用冰層穿透雷達(dá)來探索這片隱藏的海洋，這種儀器旨在繪制冰層厚度并可能探測(cè)液態(tài)水的口袋。了解這片海洋的深度和成分是確定它是否適合生命的關(guān)鍵。

木星的強(qiáng)烈輻射對(duì)任務(wù)提出了重大挑戰(zhàn)。木衛(wèi)二軌道處于太陽(yáng)系最危險(xiǎn)的輻射環(huán)境之一，僅次于太陽(yáng)輻射。暴露在木星強(qiáng)大的磁場(chǎng)中可能會(huì)損壞敏感的航天器電子設(shè)備。為了解決這個(gè)問題，木衛(wèi)二快船配備了專門設(shè)計(jì)的保險(xiǎn)柜，以保護(hù)電子設(shè)備免受輻射。此外，航天器的軌道經(jīng)過精心規(guī)劃，以盡量減少在木星嚴(yán)酷輻射帶中停留的時(shí)間。

這些輻射挑戰(zhàn)促使美國(guó)宇航局的工程團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)出尖端的防護(hù)技術(shù)，以確保航天器在整個(gè)任務(wù)過程中，即使在對(duì)大多數(shù)航天器來說都是致命的條件下，也能保持正常功能。

歐羅巴快船號(hào)擁有迄今為止發(fā)射到外太陽(yáng)系的最先進(jìn)科學(xué)儀器陣列之一。這些工具將使航天器能夠在計(jì)劃的 49 次飛越期間收集有關(guān)歐羅巴表面成分、地質(zhì)和大氣的數(shù)據(jù)。

歐羅巴快船任務(wù)的一大亮點(diǎn)是使用增材制造 (AM) 來制造任務(wù)關(guān)鍵型部件。拓?fù)鋬?yōu)化的支架由 JPL 的 EOS M290 打印機(jī)以Al6061R2 鋁材 3D 打印而成，代表了3D打印技術(shù)在太空探索中的應(yīng)用里程碑。支架的設(shè)計(jì)符合嚴(yán)格的 NASA-6030 標(biāo)準(zhǔn)，確保在惡劣的太空條件下的結(jié)構(gòu)完整性和性能。

使用 3D 打印技術(shù)可以制造復(fù)雜、輕質(zhì)的部件，以滿足航天器的特定要求，從而減輕重量并提高效率。這一突破證明了增材制造技術(shù)的進(jìn)步及其在建造下一代航天器方面日益重要的作用。

2024 年 10 月，木衛(wèi)二飛船將搭載 SpaceX 獵鷹重型火箭發(fā)射升空，開始為期五年半的木星之旅，行程約 18 億英里（29 億公里）。飛船將利用重力助推飛越火星和地球，以獲得前往外太陽(yáng)系的長(zhǎng)途跋涉所需的速度。2030 年，木衛(wèi)二飛船將進(jìn)入木星軌道，開始對(duì)木衛(wèi)二進(jìn)行詳細(xì)研究。

在接下來的幾年里，航天器團(tuán)隊(duì)將改進(jìn)操作并測(cè)試科學(xué)儀器，以確保它們能夠最佳地運(yùn)行。計(jì)劃中的 49 次木衛(wèi)二飛掠都將為了解衛(wèi)星的表面和地下提供新的見解，逐漸探索出生命潛力的故事。