探尋木衛二生命的“歐羅巴快船”爲何需要一對超大“翅膀”？

環繞木星飛行的“歐羅巴快船”(想象圖)

北京時間10月15日凌晨0時06分，美國國家航天局（NASA）打造的“歐羅巴快船”（Europa Clipper）號順利升空，開始前往木衛二的生命探索之旅。

“歐羅巴快船”是NASA有史以來建造的最大的行星探測飛行器，它的太陽能帆板展開後總跨度達到30.5米，比一個標準籃球場還要寬。

“歐羅巴快船”爲什麼需要如此巨大的太陽能帆板？

今年8月，NASA的工程師們在美國佛羅里達州肯尼迪航天中心爲“歐羅巴快船”裝配上了一對“翅膀”——兩片巨大的太陽能帆板，它們將爲“歐羅巴快船”的太空旅程提供電力。

這對龐大的太陽能帆板每塊長約14.2米，接近3輛家用汽車的長度，高度約4.1米，比一層樓還要高出許多，它們也由此成爲NASA爲行星探測任務開發過的最大太陽能帆板。在發射前，這些太陽能帆板處於摺疊狀態，但一旦在太空中展開，歐羅巴快船的翼展將達到30.5米，它們因此也被NASA的工程師們親切地稱爲“翅膀”。

“歐羅巴快船”與標準籃球場的大小對比

獲取更多的陽光

按照計劃，“歐羅巴快船”在發射升空後將飛行5年半左右的時間，才能到達木星系統。在圍繞木星飛行的過程中，探測器將多次飛越木衛二，並使用一系列科學儀器來探測其冰層下的海洋是否具備支持生命的條件。

由於木星到太陽的距離差不多是日地距離的5倍，在木星的軌道上，“歐羅巴快船”能接收到的太陽能功率大約是地球附近的3-4%。要確保探測器獲得更多的陽光產生電力，巨大的太陽能帆板必不可少。

爲了能夠最大限度的產生電力，太陽能帆板上所採用的太陽能面板也更爲靈敏，轉化效率比普通家用太陽能板更高。在木星，它們的輸出功率可以達到約700瓦，可以滿足一臺小型微波爐或咖啡機的用電需要。“歐羅巴快船”上的電池則將負責儲存獲得的電能，用以運行探測器上的電子設備、科學儀器、通信設備、計算機以及包括24臺發動機在內的整個推進系統。

極端低溫的考驗

在“歐羅巴快船”的探測任務過程中，它的太陽能帆板還將經受極端低溫的考驗。當探測器處於木星的陰影中時，溫度將降至-240°C。爲確保這對“翅膀”能在極端環境中運行，工程師們在比利時列日航天中心的專用低溫室內對它們進行了測試。

負責太陽能面板交付的項目經理Taejoo Lee解釋說，儘管探測器配備有加熱器和主動熱循環設備，可以維持飛行器內部的溫度在正常範圍內，但暴露在太空真空環境中的太陽能帆板沒有任何的保護，將直面木星陰影區的嚴寒低溫。

摺疊狀態的“歐羅巴快船”太陽能帆板在接受檢測

在“歐羅巴快船”發射約90分鐘後，太陽能帆板將從摺疊狀態展開，整個過程約需40分鐘。大約兩週後，固定在太陽能板上的6根天線也將展開到最大尺寸。這些天線屬於雷達儀器的一部分，用於搜索木衛二冰層內部及其下方的水，它們展開後的長度達到17.6米，與太陽能板垂直。

Taejoo Lee說：“在項目開始時，我們認爲開發一個足夠堅固的太陽能帆板來支撐這些巨大的天線幾乎是不可能的。這確實很難，但團隊在應對這一挑戰時展現出了巨大的創造力，並最終解決了這個問題。”

隨着“歐羅巴快船”的太陽能板展開，它正朝着揭開太陽系中這個最神秘衛星的秘密邁出重要一步。

編譯：劉允

策劃：劉鯤 張超 楊柳

審覈：劉勇 中國科學院國家空間科學中心研究員、中國航天科普大使