NASA歐羅巴快船采用3D打印拓撲優(yōu)化支架，確保航天任務的可靠性

南極熊導讀：NASA的“歐羅巴快船”探測器是數百名工程師、科學家和研究人員共同努力的成果，他們投入了無數小時精心設計、構建和測試，為這艘航天器的五年半星際之旅做好充分準備。在眾多組件中，JPL的增材制造團隊特別運用了3D打印技術成功開發(fā)出一個符合NASA 6030標準的支架。

△歐羅巴快船需在太空中進行為期五年半的飛行，這將成為驗證增材制造技術可行性的關鍵任務

歐羅巴快船太空飛船

歐羅巴快船是一艘太陽能驅動的機器人航天器，旨在對木星的冰凍衛(wèi)星歐羅巴進行首次詳盡的探索。該航天器將在木星軌道上運行，并計劃繞飛歐羅巴近50次，以探究冰蓋下是否存在適宜生命存在的環(huán)境。

展開太陽能電池板后，歐羅巴快船的翼展超過100英尺（約30米），相當于一個籃球場的長度。航天器的主體結構包括航空電子設備艙、射頻模塊和推進模塊。

發(fā)射時，歐羅巴快船的總重量約為13,000磅（6000公斤），其中近一半的重量是燃料——約6,000磅（2750公斤）的推進劑。

航天器搭載的九臺科學儀器是迄今為止用于探索外太陽系最先進的、最敏感的設備之一。部分儀器的傳感器被安裝在天底甲板上，以確保在飛越歐羅巴時的穩(wěn)定性。其中兩臺儀器特別設計用來捕捉航天器運動方向相反的氣體和塵埃。雷達天線直接集成在太陽能電池陣列之上。此外，磁力計和等離子傳感器安裝在從航天器主體延伸出的吊桿上，以減少來自航天器本身的干擾和磁干擾。儀器的電子設備被安置在防護柜中，以抵御輻射的影響。

△這張效果圖展示了歐羅巴快船，飛越木星神秘冰冷的衛(wèi)星歐羅巴（位于右下角）的情景

歐羅巴快船任務

歐羅巴快船任務的核心目標是調查木衛(wèi)二是否具備維持生命的三個關鍵成分：液態(tài)水、能源和適當的化學物質。雖然歐羅巴快船并非旨在直接探測生命，但它配備的一套精密儀器將對衛(wèi)星的表面和地下進行深入分析，以尋找適宜生命居住的跡象。

木衛(wèi)二的表面主要是一片廣袤的冰原，但科學家們相信，在下方蘊藏著一片比地球上所有海洋總水量還要多的咸水海洋。這片海洋被數公里厚的冰層所覆蓋，數十年來一直是研究的熱點。木衛(wèi)二的海洋之所以能保持液態(tài)，是因為木星巨大的引力作用產生了潮汐力，在冰殼下引起摩擦和加熱。

△木星軌道示意圖

歐羅巴快船將利用冰層穿透雷達來探索這片未知的海洋，這種設備能夠繪制冰層的厚度，并可能發(fā)現(xiàn)液態(tài)水的存在。了解海洋的深度和成分對于確定是否適宜生命至關重要。

木星強烈的輻射環(huán)境對任務構成了重大挑戰(zhàn)。木衛(wèi)二的軌道位于太陽系中最危險的輻射帶之一，僅次于太陽附近。暴露于木星強大的磁場中可能會損害敏感的航天器電子設備。為應對這一挑戰(zhàn)，歐羅巴快船配備了專門設計的輻射防護保險柜，以保護電子設備不受輻射影響。此外，航天器的軌道被精心規(guī)劃，以最小化在木星輻射帶中的時間。

這些輻射相關的挑戰(zhàn)促使美國宇航局的工程師團隊開發(fā)出尖端的防護技術，確保航天器在整個任務期間，即便在對大多數航天器而言可能是致命的條件下，也能保持正常運行。

△歐羅巴快船翼展超過100英尺（約30米）的示意圖

歐羅巴快船任務的關鍵組件創(chuàng)新

歐羅巴快船任務的一大亮點在于采用增材制造技術來制造關鍵任務部件。通過JPL的EOS M290 3D打印機，以Al6061R2鋁合金材料打印的拓撲優(yōu)化支架，標志著增材制造技術在太空探索領域應用的一個重要里程碑。這種創(chuàng)新支架的設計嚴格遵循NASA-6030標準，確保了它能夠在極端太空環(huán)境下的結構完整性和性能表現(xiàn)。

增材制造技術能夠生產出復雜且輕質的部件，滿足航天器的特定需求，從而有效減輕重量并提升效率。這一技術進步凸顯了增材制造在構建下一代航天器中的日益關鍵作用。

2024年10月，歐羅巴快船已搭載SpaceX的獵鷹重型火箭發(fā)射升空，踏上為期五年半、約18億英里（29億公里）的木星之旅。在飛往外太陽系的過程中，飛船將利用地球和火星的重力助推來加速。預計到2030年，歐羅巴快船將抵達木星軌道，并開始對木衛(wèi)二進行深入研究。

在未來幾年，負責管理歐羅巴快船任務的航天器團隊將致力于改進航天器的操作程序，并對科學儀器進行徹底的測試。這些工作是為了確保所有的科學設備都能在實際任務中達到理想的性能水平。