NASA歐羅巴快船采用3D打印拓?fù)鋬?yōu)化支架，確保航天任務(wù)的可靠性

南極熊導(dǎo)讀：NASA的“歐羅巴快船”探測(cè)器是數(shù)百名工程師、科學(xué)家和研究人員共同努力的成果，他們投入了無數(shù)小時(shí)精心設(shè)計(jì)、構(gòu)建和測(cè)試，為這艘航天器的五年半星際之旅做好充分準(zhǔn)備。在眾多組件中，JPL的增材制造團(tuán)隊(duì)特別運(yùn)用了3D打印技術(shù)成功開發(fā)出一個(gè)符合NASA 6030標(biāo)準(zhǔn)的支架。

△歐羅巴快船需在太空中進(jìn)行為期五年半的飛行，這將成為驗(yàn)證增材制造技術(shù)可行性的關(guān)鍵任務(wù)

歐羅巴快船太空飛船

歐羅巴快船是一艘太陽能驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人航天器，旨在對(duì)木星的冰凍衛(wèi)星歐羅巴進(jìn)行首次詳盡的探索。該航天器將在木星軌道上運(yùn)行，并計(jì)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(dāng)于一個(gè)籃球場(chǎng)的長(zhǎng)度。航天器的主體結(jié)構(gòu)包括航空電子設(shè)備艙、射頻模塊和推進(jìn)模塊。

發(fā)射時(shí)，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(jìn)劑。

航天器搭載的九臺(tái)科學(xué)儀器是迄今為止用于探索外太陽系最先進(jìn)的、最敏感的設(shè)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(shí)的穩(wěn)定性。其中兩臺(tái)儀器特別設(shè)計(jì)用來捕捉航天器運(yùn)動(dòng)方向相反的氣體和塵埃。雷達(dá)天線直接集成在太陽能電池陣列之上。此外，磁力計(jì)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(shè)備被安置在防護(hù)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(wù)

歐羅巴快船任務(wù)的核心目標(biāo)是調(diào)查木衛(wèi)二是否具備維持生命的三個(gè)關(guān)鍵成分：液態(tài)水、能源和適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)物質(zhì)。雖然歐羅巴快船并非旨在直接探測(cè)生命，但它配備的一套精密儀器將對(duì)衛(wèi)星的表面和地下進(jìn)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(xué)家們相信，在下方蘊(yùn)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(shù)公里厚的冰層所覆蓋，數(shù)十年來一直是研究的熱點(diǎn)。木衛(wèi)二的海洋之所以能保持液態(tài)，是因?yàn)槟拘蔷薮蟮囊�力作用產(chǎn)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(dá)來探索這片未知的海洋，這種設(shè)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(duì)于確定是否適宜生命至關(guān)重要。

木星強(qiáng)烈的輻射環(huán)境對(duì)任務(wù)構(gòu)成了重大挑戰(zhàn)。木衛(wèi)二的軌道位于太陽系中最危險(xiǎn)的輻射帶之一，僅次于太陽附近。暴露于木星強(qiáng)大的磁場(chǎng)中可能會(huì)損害敏感的航天器電子設(shè)備。為應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，歐羅巴快船配備了專門設(shè)計(jì)的輻射防護(hù)保險(xiǎn)柜，以保護(hù)電子設(shè)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(shí)間。

這些輻射相關(guān)的挑戰(zhàn)促使美國(guó)宇航局的工程師團(tuán)隊(duì)開發(fā)出尖端的防護(hù)技術(shù)，確保航天器在整個(gè)任務(wù)期間，即便在對(duì)大多數(shù)航天器而言可能是致命的條件下，也能保持正常運(yùn)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(wù)的關(guān)鍵組件創(chuàng)新

歐羅巴快船任務(wù)的一大亮點(diǎn)在于采用增材制造技術(shù)來制造關(guān)鍵任務(wù)部件。通過JPL的EOS M290 3D打印機(jī)，以Al6061R2鋁合金材料打印的拓?fù)鋬?yōu)化支架，標(biāo)志著增材制造技術(shù)在太空探索領(lǐng)域應(yīng)用的一個(gè)重要里程碑。這種創(chuàng)新支架的設(shè)計(jì)嚴(yán)格遵循NASA-6030標(biāo)準(zhǔn)，確保了它能夠在極端太空環(huán)境下的結(jié)構(gòu)完整性和性能表現(xiàn)。

增材制造技術(shù)能夠生產(chǎn)出復(fù)雜且輕質(zhì)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(shù)進(jìn)步凸顯了增材制造在構(gòu)建下一代航天器中的日益關(guān)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(yù)計(jì)到2030年，歐羅巴快船將抵達(dá)木星軌道，并開始對(duì)木衛(wèi)二進(jìn)行深入研究。

在未來幾年，負(fù)責(zé)管理歐羅巴快船任務(wù)的航天器團(tuán)隊(duì)將致力于改進(jìn)航天器的操作程序，并對(duì)科學(xué)儀器進(jìn)行徹底的測(cè)試。這些工作是為了確保所有的科學(xué)設(shè)備都能在實(shí)際任務(wù)中達(dá)到理想的性能水平。