NASA木卫二任务“欧罗巴快帆”进入筹备阶段 最早2023发射升空

对于外星探索来说,木星的冰冷卫星欧罗巴是最诱人的星球之一,这也是美国宇航局的科学家们正在深入研究设计“欧罗巴快帆”的原因,这艘航天器将会为我们揭开木卫二的秘密。

欧罗巴快帆最早将于2023年发射升空,然后长途跋涉前往木星系统,在这颗神秘的冰冷卫星上空近距离掠过40次。在到达木卫二之后,航天器将会收集关于卫星的地质、组成和隐藏内部海洋的重要信息。但是在团队开始建造宇宙飞船之前,还有最后一次审查要通过。

美国宇航局喷气推进实验室的行星科学家、此次任务的项目科学家罗伯特·帕帕拉多(Robert Pappalardo)说:“我们并不真正了解木卫二,我们正在努力解开这些真正关键的谜团。欧罗巴快帆将会告诉我们很多关于冰冻卫星的工作原理……冰冻卫星可能是宇宙中最常见的宜居环境了,所以这很令人兴奋。”

在冰冻卫星上的任何生命都不会出现在这个卫星的表面:它只会隐藏在内部海洋,因为在内部海洋中个,附近行星的引力使得水可以保持液态。而我们现在所知道的所有生命形式都需要水。此外,海底的地质活动还可以为微生物提供各种化学饲料,而且地表冰也会阻挡撞击地表的危险辐射。因此,虽然在木卫二还有很多其他的科学研究要开展,但了解它的宜居性——或者说不宜居性——是这项任务的关键。帕帕拉多说:“人们很关心这个星球,他们想了解这个可能孕育生命的神秘世界,这是这个任务背后的一个非常重要的原因。”

这艘航天器将携带9个仪器,这些仪器的设计目的就是为了共同解决这些巨大的谜团,并评估该卫星的宜居性。在这次任务中,航天器将到达距木卫二表面仅15.5英里(25公里)的范围内,这对参与此次任务的科学家来说是个好兆头。“我们将会得到非常棒的图像,”欧罗巴快帆的科学家Christina Richey说。

这个冰壳对我们来说有很多未知的地方,尤其是它有多厚。这个卫星表面最常见的特征就是隆起,但科学家不确定这些隆起是如何形成的。卫星冰盖的缝隙可能会让羽状海水喷射入太空,土星最著名的冰冻卫星土卫二(Enceladus)也是如此。

而且在这个冰冻表面,似乎存在某种涉及到移动冰块的过程,但究竟是什么在驱动这些冰块仍然是个谜。“从地质学的角度来看,我们还没有看到的还有很多,我们得到的只是一些线索,”欧罗巴快帆项目的副科学家大卫·芬克说。

为了解开这些谜团,这艘航天器、它的仪器和它的管理人员都在根据此前的任务战术基础上发展此次任务战略。与“朱诺”号一样,这艘航天器将会在木星系统这个寒冷地带依靠太阳能发电。而且还像卡西尼号在土卫二一样,欧罗巴快帆也能穿越木卫二的羽流。

但是这次任务也有一些新的挑战需要科学家们解决,比如为航天器选择一条环绕木星系统的路径,这个过程被称为轨道规划,芬克开玩笑地称之为“黑魔法”。(航天器不会直接绕欧罗巴轨道飞行,因为如果它直接绕欧罗巴飞行的话它会受到太多辐射。但这种限制也带来了好处——比如可以看看其他卫星。正如Richey所说的那样:“伊娥(木星的另一颗卫星)碰巧就在那儿,谁不想看看那个满脸痘痘的星球呢?”

轨道规划是一项复杂的数学工作,最终的轨道选择将会准确地决定在飞越木卫二的过程中航天器可以做些什么科学任务。这也就是为什么轨道研究小组为航天器每个仪器的研究小组都提供了一套可供选择的评估方案,以便能选择总体上具有最佳科学潜力的轨道方案。

但这与从一开始确定宇宙飞船到木星系统的路线不同,这是一个独立的过程,宇宙飞船到木星系统的路线正在等待美国国家航空航天局(NASA)对搭载此次任务的运载火箭做出决定。欧罗巴快帆要么将搭乘美国宇航局自己的太空发射系统(SLS)进行为期三年的飞行,要么搭乘SpaceX公司的重型猎鹰(Falcon Heavy)火箭飞行,不过后者的飞行时间将会延长至五或六年。

在等待NASA决定的这段时间里,团队专注于解决当前的障碍:解决在评审项目各个组件以及这些组件如何交互时出现的问题。一旦这些问题得到解决,该项目将进入任务设计者所称的C阶段,这个阶段包括为该项目设定最终预算,并开始建造真正的航天器。里奇说:“那才是真正变得好玩的时候。”

与此同时,一个关键的风险是航天器的一个部件可能会比其他部件发展得稍快一些,这使得工程师们很难把所有部件都组装起来。里奇说:“对任何一支团队来说这都是一段充满压力的时期,但我认为这支团队在这个问题上处理得很好,我认为我们都对开始建设航天器都感到非常兴奋。这有点像俄罗斯方块的复杂版,这一行排得很好,其他列也开始排得很好,但你要确保这一列和其他部分不要相差太多。”

帕帕拉多早年参与了这项任务,他还记得当初为这项任务争取支持的挣扎,对他来说,这个过程就像一阵风一样快。

他说:“这太不可思议了,为了争取最早在2023年发射,我们必须迅速行动,有时候你停下来,你就会意识到自己正处于这条奔腾的河流中,它会推着你继续往前走,因为有太多事情要做了。”

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