探寻木卫二生命的“欧罗巴快船”为何需要一对超大“翅膀”？

环绕木星飞行的“欧罗巴快船”(想象图)

北京时间10月15日凌晨0时06分，美国国家航天局（NASA）打造的“欧罗巴快船”（Europa Clipper）号顺利升空，开始前往木卫二的生命探索之旅。

“欧罗巴快船”是NASA有史以来建造的最大的行星探测飞行器，它的太阳能帆板展开后总跨度达到30.5米，比一个标准篮球场还要宽。

“欧罗巴快船”为什么需要如此巨大的太阳能帆板？

今年8月，NASA的工程师们在美国佛罗里达州肯尼迪航天中心为“欧罗巴快船”装配上了一对“翅膀”——两片巨大的太阳能帆板，它们将为“欧罗巴快船”的太空旅程提供电力。

这对庞大的太阳能帆板每块长约14.2米，接近3辆家用汽车的长度，高度约4.1米，比一层楼还要高出许多，它们也由此成为NASA为行星探测任务开发过的最大太阳能帆板。在发射前，这些太阳能帆板处于折叠状态，但一旦在太空中展开，欧罗巴快船的翼展将达到30.5米，它们因此也被NASA的工程师们亲切地称为“翅膀”。

“欧罗巴快船”与标准篮球场的大小对比

获取更多的阳光

按照计划，“欧罗巴快船”在发射升空后将飞行5年半左右的时间，才能到达木星系统。在围绕木星飞行的过程中，探测器将多次飞越木卫二，并使用一系列科学仪器来探测其冰层下的海洋是否具备支持生命的条件。

由于木星到太阳的距离差不多是日地距离的5倍，在木星的轨道上，“欧罗巴快船”能接收到的太阳能功率大约是地球附近的3-4%。要确保探测器获得更多的阳光产生电力，巨大的太阳能帆板必不可少。

为了能够最大限度的产生电力，太阳能帆板上所采用的太阳能面板也更为灵敏，转化效率比普通家用太阳能板更高。在木星，它们的输出功率可以达到约700瓦，可以满足一台小型微波炉或咖啡机的用电需要。“欧罗巴快船”上的电池则将负责储存获得的电能，用以运行探测器上的电子设备、科学仪器、通信设备、计算机以及包括24台发动机在内的整个推进系统。

极端低温的考验

在“欧罗巴快船”的探测任务过程中，它的太阳能帆板还将经受极端低温的考验。当探测器处于木星的阴影中时，温度将降至-240°C。为确保这对“翅膀”能在极端环境中运行，工程师们在比利时列日航天中心的专用低温室内对它们进行了测试。

负责太阳能面板交付的项目经理Taejoo Lee解释说，尽管探测器配备有加热器和主动热循环设备，可以维持飞行器内部的温度在正常范围内，但暴露在太空真空环境中的太阳能帆板没有任何的保护，将直面木星阴影区的严寒低温。

折叠状态的“欧罗巴快船”太阳能帆板在接受检测

在“欧罗巴快船”发射约90分钟后，太阳能帆板将从折叠状态展开，整个过程约需40分钟。大约两周后，固定在太阳能板上的6根天线也将展开到最大尺寸。这些天线属于雷达仪器的一部分，用于搜索木卫二冰层内部及其下方的水，它们展开后的长度达到17.6米，与太阳能板垂直。

Taejoo Lee说：“在项目开始时，我们认为开发一个足够坚固的太阳能帆板来支撑这些巨大的天线几乎是不可能的。这确实很难，但团队在应对这一挑战时展现出了巨大的创造力，并最终解决了这个问题。”

随着“欧罗巴快船”的太阳能板展开，它正朝着揭开太阳系中这个最神秘卫星的秘密迈出重要一步。

编译：刘允

策划：刘鲲 张超 杨柳

审核：刘勇 中国科学院国家空间科学中心研究员、中国航天科普大使