NASA欧罗巴快船采用3D打印拓扑优化支架，确保航天任务的可靠性

南极熊导读：NASA的“欧罗巴快船”探测器是数百名工程师、科学家和研究人员共同努力的成果，他们投入了无数小时精心设计、构建和测试，为这艘航天器的五年半星际之旅做好充分准备。在众多组件中，JPL的增材制造团队特别运用了3D打印技术成功开发出一个符合NASA 6030标准的支架。

△欧罗巴快船需在太空中进行为期五年半的飞行，这将成为验证增材制造技术可行性的关键任务

欧罗巴快船太空飞船

欧罗巴快船是一艘太阳能驱动的机器人航天器，旨在对木星的冰冻卫星欧罗巴进行首次详尽的探索。该航天器将在木星轨道上运行，并计划绕飞欧罗巴近50次，以探究冰盖下是否存在适宜生命存在的环境。

展开太阳能电池板后，欧罗巴快船的翼展超过100英尺（约30米），相当于一个篮球场的长度。航天器的主体结构包括航空电子设备舱、射频模块和推进模块。

发射时，欧罗巴快船的总重量约为13,000磅（6000公斤），其中近一半的重量是燃料——约6,000磅（2750公斤）的推进剂。

航天器搭载的九台科学仪器是迄今为止用于探索外太阳系最先进的、最敏感的设备之一。部分仪器的传感器被安装在天底甲板上，以确保在飞越欧罗巴时的稳定性。其中两台仪器特别设计用来捕捉航天器运动方向相反的气体和尘埃。雷达天线直接集成在太阳能电池阵列之上。此外，磁力计和等离子传感器安装在从航天器主体延伸出的吊杆上，以减少来自航天器本身的干扰和磁干扰。仪器的电子设备被安置在防护柜中，以抵御辐射的影响。

△这张效果图展示了欧罗巴快船，飞越木星神秘冰冷的卫星欧罗巴（位于右下角）的情景

欧罗巴快船任务

欧罗巴快船任务的核心目标是调查木卫二是否具备维持生命的三个关键成分：液态水、能源和适当的化学物质。虽然欧罗巴快船并非旨在直接探测生命，但它配备的一套精密仪器将对卫星的表面和地下进行深入分析，以寻找适宜生命居住的迹象。

木卫二的表面主要是一片广袤的冰原，但科学家们相信，在下方蕴藏着一片比地球上所有海洋总水量还要多的咸水海洋。这片海洋被数公里厚的冰层所覆盖，数十年来一直是研究的热点。木卫二的海洋之所以能保持液态，是因为木星巨大的引力作用产生了潮汐力，在冰壳下引起摩擦和加热。

△木星轨道示意图

欧罗巴快船将利用冰层穿透雷达来探索这片未知的海洋，这种设备能够绘制冰层的厚度，并可能发现液态水的存在。了解海洋的深度和成分对于确定是否适宜生命至关重要。

木星强烈的辐射环境对任务构成了重大挑战。木卫二的轨道位于太阳系中最危险的辐射带之一，仅次于太阳附近。暴露于木星强大的磁场中可能会损害敏感的航天器电子设备。为应对这一挑战，欧罗巴快船配备了专门设计的辐射防护保险柜，以保护电子设备不受辐射影响。此外，航天器的轨道被精心规划，以最小化在木星辐射带中的时间。

这些辐射相关的挑战促使美国宇航局的工程师团队开发出尖端的防护技术，确保航天器在整个任务期间，即便在对大多数航天器而言可能是致命的条件下，也能保持正常运行。

△欧罗巴快船翼展超过100英尺（约30米）的示意图

欧罗巴快船任务的关键组件创新

欧罗巴快船任务的一大亮点在于采用增材制造技术来制造关键任务部件。通过JPL的EOS M290 3D打印机，以Al6061R2铝合金材料打印的拓扑优化支架，标志着增材制造技术在太空探索领域应用的一个重要里程碑。这种创新支架的设计严格遵循NASA-6030标准，确保了它能够在极端太空环境下的结构完整性和性能表现。

增材制造技术能够生产出复杂且轻质的部件，满足航天器的特定需求，从而有效减轻重量并提升效率。这一技术进步凸显了增材制造在构建下一代航天器中的日益关键作用。

2024年10月，欧罗巴快船已搭载SpaceX的猎鹰重型火箭发射升空，踏上为期五年半、约18亿英里（29亿公里）的木星之旅。在飞往外太阳系的过程中，飞船将利用地球和火星的重力助推来加速。预计到2030年，欧罗巴快船将抵达木星轨道，并开始对木卫二进行深入研究。

在未来几年，负责管理欧罗巴快船任务的航天器团队将致力于改进航天器的操作程序，并对科学仪器进行彻底的测试。这些工作是为了确保所有的科学设备都能在实际任务中达到理想的性能水平。