NASA的歐羅巴探測器迎來先進的高增益天線技術 跨越遙遠距離與地球通信

美國國家航空航天局的"歐羅巴號"旨在尋找木星冰封衛(wèi)星上適合生命存在的條件。8 月 14 日，該航天器收到了一個對這一探索至關重要的硬件：巨大的碟形高增益天線。高增益天線橫跨整個航天器機身，長達 10 英尺（3 米），是歐羅巴號上最大、最顯眼的一組天線。

(資料圖片)

"歐羅巴"（木衛(wèi)二）是一顆冰封狀態(tài)下的衛(wèi)星，距離地球約4.44億英里（7.15億公里）。這次任務的一個主要目標是更多地了解這顆衛(wèi)星的地表下海洋，那里可能蘊藏著適宜居住的環(huán)境。

工程師和技術人員在 JPL 的主潔凈室安裝歐羅巴號的高增益天線。資料來源：NASA/JPL-Caltech

探測器到達木星后，天線的無線電波束就會狹長地射向地球。高增益天線的作用就是產(chǎn)生窄而集中的波束。這個名稱指的是天線能夠集中功率，使航天器能夠將高功率信號傳回地球上的美國宇航局深空網(wǎng)絡。這意味著科學數(shù)據(jù)將以極高的傳輸速率激流勇進。

在位于南加州的美國宇航局噴氣推進實驗室的航天器組裝設施艙內(nèi)，經(jīng)過幾個小時的精心編排，精密設計的天線被安裝到航天器上。

馬修-布雷（Matthew Bray）在天線安裝前幾天說："天線已成功完成所有獨立測試。隨著航天器完成最后的測試，無線電信號將通過一個特殊的蓋子回環(huán)天線，驗證電信信號路徑是否正常。"

布雷位于馬里蘭州勞雷爾的約翰-霍普金斯大學應用物理實驗室，是高增益天線的設計者和首席工程師，他從2014年開始從事該項目。對于布雷和天線來說，這都是一段相當漫長的旅程。

"歐羅巴快帆"號團隊成員在美國宇航局噴氣推進實驗室的主潔凈室中抬起并安裝航天器的大型碟形高增益天線。圖片來源：NASA/JPL-Caltech

就在過去的一年里，他親眼目睹了天線在安裝前的全國各地縱橫馳騁。2022 年，該天線在弗吉尼亞州漢普頓的美國宇航局蘭利研究中心進行了兩次精確數(shù)據(jù)傳輸能力測試。在這兩次測試之間，天線還在位于馬里蘭州格林貝爾特的美國宇航局戈達德太空飛行中心進行了振動和熱真空測試，以確定它是否能承受發(fā)射時的震動和外太空的極端溫度。

然后，"歐羅巴"將于 2022 年 10 月被送往 JPL，安裝在航天器上，準備明年運往美國宇航局位于佛羅里達州的肯尼迪航天中心。2024年10月從肯尼迪發(fā)射升空后，前往木星的漫長旅程就開始了。

工程師和技術人員用起重機吊起一根 10 英尺（3 米）長的高增益天線，準備將其安裝到 NASA 的"歐羅巴號快船"飛船上。該軌道飛行器正在 JPL 1 號高灣的潔凈室中進行組裝，為 2024 年 10 月的發(fā)射做準備。圖片來源：NASA/JPL-Caltech

JPL的"快船號"項目經(jīng)理喬丹-埃文斯（Jordan Evans）強調(diào)了高增益天線的重要性，他說："高增益天線是構建"歐羅巴快船號"的關鍵部件。它是一個非常顯眼的硬件，提供了航天器從歐羅巴星發(fā)回科學數(shù)據(jù)所需的能力。現(xiàn)在有了這個大天線，它不僅看起來像一個航天器，而且在我們向發(fā)射邁進的過程中，它已經(jīng)為即將進行的關鍵測試做好了準備。"

探測器將在木衛(wèi)二上訓練九臺科學儀器，所有儀器都將產(chǎn)生大量豐富的數(shù)據(jù)：高分辨率彩色和立體圖像用于研究木衛(wèi)二的地質(zhì)和表面；紅外熱圖像用于尋找表面附近可能有水的溫暖區(qū)域；反射紅外光用于繪制冰、鹽和有機物的地圖；紫外光讀數(shù)儀用于幫助確定大氣氣體和表面物質(zhì)的構成。

克利伯號將用冰穿透雷達探測地下海洋，以確定海洋的深度及其上方冰殼的厚度。磁力計將測量月球的磁場，以確認深海的存在和冰的厚度。

今天的主角：高增益天線將在 33 到 52 分鐘內(nèi)把大部分數(shù)據(jù)流傳回地球。其信號強度和一次性發(fā)送的數(shù)據(jù)量將遠遠超過美國宇航局的伽利略探測器，后者于 2003 年結束了為期八年的木星探測任務。

在 JPL 現(xiàn)場負責天線安裝的是 APL 無線電頻率模塊經(jīng)理西米-伯曼（Simmie Berman）。和布雷一樣，她也是從2014年開始從事天線工作的。射頻模塊包括航天器的整個電信子系統(tǒng)和總共七根天線，高增益天線就是其中之一。她在安裝過程中的工作是確保天線正確地安裝在航天器上，并確保各組件方向正確、集成良好。

雖然 APL 和 JPL 的工程師們已經(jīng)通過虛擬和實際模擬的方式進行過多次安裝練習，但 8 月 14 日還是第一次將高增益天線安裝到航天器上。

她說："就物理尺寸和普遍興趣而言，我從未參與過如此大規(guī)模的工作。小孩子都知道木星在哪里。他們知道木衛(wèi)二是什么樣子。能研究出這樣一個有可能對人類知識產(chǎn)生巨大影響的東西，實在是太酷了。"

歐羅巴快船號完成了這具有紀念意義的一步，接下來還需要為即將開始的外太陽系航行做一些準備工作。

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