NASA欧罗巴快船将采用 3D 打印拓扑优化支架，将在太空中飞行5.5年

2024年12月30日，南极熊获悉，备受期待的美国宇航局（NASA）欧罗巴快船从NASA 喷气推进实验室 (JPL)发射，标志着多年专注工作的成果。数百名工程师、科学家和研究人员花费了无数个小时设计、建造和测试这艘航天器，为它前往木星冰冷卫星欧罗巴的 5 年半旅程做好准备。

在各种组件中，JPL 增材制造团队的一个重要里程碑是纳入了拓扑优化支架，支架采用 Al6061R2 材料在 EOS M290 打印机上 3D 打印而成，符合 NASA 严格的 6030 标准。

欧罗巴快船太空飞船

欧罗巴快船是一艘太阳能机器人航天器，旨在对木星的冰冻卫星欧罗巴进行首次详细调查。航天器将绕木星运行，并飞越欧罗巴近 50 次，以确定欧罗巴表面下是否有适合生命生存的地方。

△这张艺术概念图描绘了 NASA 的欧罗巴快船飞船在木星轨道上飞过这颗气态巨行星的冰冷卫星欧罗巴（右下）的场景。任务计划于 2030 年 4 月抵达木星，这将是首次专门针对欧罗巴进行详细科学调查的任务。图片来源：NASA/JPL-Caltech

展开太阳能电池板后，欧罗巴快船的跨度超过 100 英尺（约 30 米），大约相当于一个篮球场的长度。航天器主体由航空电子设备库、射频模块和推进模块组成。发射时，欧罗巴快船的重量约为 13,000 磅（6,000 公斤）。几乎一半的重量将是燃料——近 6,000 磅（2,750 公斤）的推进剂。

欧罗巴快船的九台科学仪器是迄今为止探索外太阳系的最先进、最灵敏的仪器。一些仪器传感器安装在天底甲板上，以稳定它们，确保它们在飞越期间正确朝向欧罗巴。这两台仪器的设计目的是捕捉与航天器运动方向相反的气体和尘埃。雷达天线直接安装在航天器的太阳能电池阵列上。此外，航天器的磁力计和等离子传感器位于从航天器延伸出来的吊杆上，减少了来自航天器的障碍物和磁干扰。仪器的电子设备安装在保险柜中，以保护它们免受辐射。

欧罗巴快船任务

欧罗巴快船是美国宇航局首次专门探索木卫二的任务。木卫二是木星四大卫星之一，由伽利略·伽利莱于 1610 年发现。虽然之前的伽利略号和旅行者号等任务也曾让我们看到过木卫二冰封的表面，但这次任务的独特之处在于它只关注这颗卫星的潜在宜居性。据信，木卫二厚厚的冰壳下有一片地下海洋，科学家推测这种环境可能蕴藏着生命的基本条件。

此次太空任务的主要目标是调查木卫二是否拥有维持生命的必要成分：液态水、能源和正确的化学构件。虽然木卫二快船的设计目的不是直接探测生命，但它的一套精密仪器将分析卫星的表面和地下，寻找可能适宜居住的迹象。

木卫二的表面是一片广阔的冰原，但科学家认为，在其下方存在着一片咸水海洋，水量比地球上所有海洋的总和还要多。这片海洋隐藏在数公里厚的冰层之下，几十年来一直吸引着研究人员的关注。木卫二的海洋保持液态，是因为木星巨大的引力产生了潮汐力，在表面下产生了摩擦和加热。

欧罗巴快船将使用冰层穿透雷达来探索这片隐藏的海洋，这种仪器旨在绘制冰层厚度并可能探测液态水的口袋。了解这片海洋的深度和成分是确定它是否适合生命的关键。

木星的强烈辐射对任务提出了重大挑战。木卫二轨道处于太阳系最危险的辐射环境之一，仅次于太阳辐射。暴露在木星强大的磁场中可能会损坏敏感的航天器电子设备。为了解决这个问题，木卫二快船配备了专门设计的保险柜，以保护电子设备免受辐射。此外，航天器的轨道经过精心规划，以尽量减少在木星严酷辐射带中停留的时间。

这些辐射挑战促使美国宇航局的工程团队设计出尖端的防护技术，以确保航天器在整个任务过程中，即使在对大多数航天器来说都是致命的条件下，也能保持正常功能。

欧罗巴快船号拥有迄今为止发射到外太阳系的最先进科学仪器阵列之一。这些工具将使航天器能够在计划的 49 次飞越期间收集有关欧罗巴表面成分、地质和大气的数据。

欧罗巴快船任务的一大亮点是使用增材制造 (AM) 来制造任务关键型部件。拓扑优化的支架由 JPL 的 EOS M290 打印机以Al6061R2 铝材 3D 打印而成，代表了3D打印技术在太空探索中的应用里程碑。支架的设计符合严格的 NASA-6030 标准，确保在恶劣的太空条件下的结构完整性和性能。

使用 3D 打印技术可以制造复杂、轻质的部件，以满足航天器的特定要求，从而减轻重量并提高效率。这一突破证明了增材制造技术的进步及其在建造下一代航天器方面日益重要的作用。

2024 年 10 月，木卫二飞船将搭载 SpaceX 猎鹰重型火箭发射升空，开始为期五年半的木星之旅，行程约 18 亿英里（29 亿公里）。飞船将利用重力助推飞越火星和地球，以获得前往外太阳系的长途跋涉所需的速度。2030 年，木卫二飞船将进入木星轨道，开始对木卫二进行详细研究。

在接下来的几年里，航天器团队将改进操作并测试科学仪器，以确保它们能够最佳地运行。计划中的 49 次木卫二飞掠都将为了解卫星的表面和地下提供新的见解，逐渐探索出生命潜力的故事。