2024年10月14日,NASA木星探测器欧罗巴快船(Europa Clipper)使用SpaceX猎鹰重型火箭从肯尼迪航天中心发射升空,开启了木卫二(欧罗巴)天体生物学任务。
欧罗巴快船是NASA有史以来为行星任务建造的最大航天器,发射湿重约6吨,在太阳能电池板展开后,长度约为30米,比篮球场还要大。欧罗巴快船的推进模块由戈达德太空中心制造,是一个长3 米、宽1.5米的铝制圆柱体,装有24台发动机、2.75吨推进剂、贮箱以及氦加压气瓶。
推进系统照片
推进剂贮箱照片
此次发射是猎鹰重型火箭的第11次发射,也是其第二次执行星际任务,也是猎鹰重型火箭首次需要全部消耗3个一级助推器的发射,往常猎鹰重型火箭和猎鹰9号火箭的一级会保留一些推进剂用于着陆回收点火。NASA灵神星探测器(Psyche)是猎鹰重型火箭首个星际任务,在2023年10月13日发射升空,核心级完全消耗,但两侧助推器安全返回,降落在39A发射台。而本次欧罗巴快船发射需要更大动力前往木星,所以猎鹰重型火箭3个一级助推器全部消耗。
发射准备过程曲折
2015年底,美国国会指示NASA使用SLS火箭发射欧罗巴快船。SLS当时仍在开发中,发射又数次推迟,加上该火箭主要用于阿尔忒弥斯月球计划的发射,欧罗巴快船的发射陷入困境。
2021年,美国众议院预算提案指示NASA在2025年之前发射欧罗巴快船,并且不严格要求使用SLS火箭发射。这使欧罗巴快船选择使用猎鹰重型商业运载火箭发射,但是SLS火箭可以使欧罗巴快船在3年内到达木星,而使用猎鹰重型火箭发射需要6年,包括通过火星飞越(2025年2月)和地球飞越(2026年12月)提高速度。
火箭问题并不是欧罗巴快船通往发射台的唯一问题。还有航天器成本上涨到50亿美元,导致NASA取消了一台探测器科学仪器的开发——使用磁力计对木卫二内部进行表征(ICEMAG),测量木卫二磁场。
2024年5月,NASA又处理了欧罗巴快船用于调节电力的晶体管故障。
木卫二探测任务内容
欧罗巴快船的目标远大。木卫二是木星的四颗伽利略卫星之一。它覆盖着冰冻的外壳,科学家认为其下有一片巨大的咸液态水海洋,被广泛认为是太阳系最适合外星生命存在的地方之一。此外,早在2012年就有研究开始观察木卫二表面潜在的水羽流。一些研究人员推测,这些羽流以及它们喷出的喷口可能含有冰壳下存在生命的证据。
NASA很快澄清,欧罗巴快船不会在木卫二寻找生命,只是寻找其表面以下环境能够维持生命的潜力,比如有机化学物质。
欧罗巴快船还将详细测量木卫二冰壳的特征。用于后续确定生命搜寻着陆器(美国国会命令NASA开发的一项未来任务)的着陆地点和轨迹。
欧罗巴快船将携带九种科学仪器收集数据,包括可见光和热成像仪、几台光谱仪和用于表征木卫二磁环境的设备,任务目标有:
确定木卫二冰壳的厚度,并了解木卫二海洋如何与表面相互作用;
研究木卫二海洋的成分,以确定它是否具有产生和维持生命的成分;
研究木卫二的表面特征是如何形成的,并找到最近活动的迹象,例如滑动的地壳板块或将水排入太空的羽流。
欧罗巴快船还将把一些地球文化作品带到木星——美国桂冠诗人阿达·利蒙 (Ada Limón) 写的《神秘赞颂:一首献给欧罗巴的诗》。这首诗由她亲笔刻在一块金属板上,该金属板充当探测器保护仪器和关键电子设备免受辐射的密封件。此外还有1个刻着260万人名字的芯片。
数十次飞越木卫二
如果一切按计划进行,欧罗巴快船将于2030年4月进入木星轨道。到时探测器将进行持续6~8小时的轨道切入发动机点火,消耗2.722吨的推进剂(50%~60%)。然后进入围绕气态巨行星的椭圆轨道。然后探测器进行大约 45 次飞越以便中近距离研究木卫二。欧罗巴快船将继续留在木星周围的轨道上,考虑到木星强烈的辐射环境,绕木卫二运行对于这项任务来说风险极大。
第一次飞越木卫二要到2031年春天。欧罗巴快船将修正航向,为第一次科学活动做准备。从 2031 年 5 月开始,欧罗巴快船将进行数十次飞越,将其传感器阵列集中在木卫二背向木星的半球,距离木卫二表面25 公里。第二次科学活动将于两年后,即 2033 年 5 月,探测木卫二巴面向木星的半球。
欧罗巴快船计划于2034年9月结束任务,届时NASA计划将探测器撞向木星的另一颗伽利略卫星木卫三。之所以选择这种处置策略,是因为木卫三的环境难以使生命寄生探测器上来自地球的微生物不会污染可能存在生命的木卫二。
信息来源:
[1] SpaceX Falcon Heavy rocket launches NASA's Europa Clipper probe to explore icy Jupiter ocean moon (video)[EB/OL]. [2024-10-15]. https://www.space.com/spacex-falcon-heavy-europa-clipper-launch.
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