NASA的歐羅巴探測(cè)器迎來(lái)先進(jìn)的高增益天線技術(shù) 跨越遙遠(yuǎn)距離與地球通信

美國(guó)國(guó)家航空航天局的"歐羅巴號(hào)"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(gè)對(duì)這一探索至關(guān)重要的硬件：巨大的碟形高增益天線。高增益天線橫跨整個(gè)航天器機(jī)身，長(zhǎng)達(dá) 10 英尺（3 米），是歐羅巴號(hào)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(wù)的一個(gè)主要目標(biāo)是更多地了解這顆衛(wèi)星的地表下海洋，那里可能蘊(yùn)藏著適宜居住的環(huán)境。

工程師和技術(shù)人員在 JPL 的主潔凈室安裝歐羅巴號(hào)的高增益天線。資料來(lái)源：NASA/JPL-Caltech

探測(cè)器到達(dá)木星后，天線的無(wú)線電波束就會(huì)狹長(zhǎng)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(gè)名稱(chēng)指的是天線能夠集中功率，使航天器能夠?qū)⒏吖β市盘?hào)傳回地球上的美國(guó)宇航局深空網(wǎng)絡(luò)。這意味著科學(xué)數(shù)據(jù)將以極高的傳輸速率激流勇進(jìn)。

在位于南加州的美國(guó)宇航局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的航天器組裝設(shè)施艙內(nèi)，經(jīng)過(guò)幾個(gè)小時(shí)的精心編排，精密設(shè)計(jì)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(shuō)："天線已成功完成所有獨(dú)立測(cè)試。隨著航天器完成最后的測(cè)試，無(wú)線電信號(hào)將通過(guò)一個(gè)特殊的蓋子回環(huán)天線，驗(yàn)證電信信號(hào)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(xué)應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室，是高增益天線的設(shè)計(jì)者和首席工程師，他從2014年開(kāi)始從事該項(xiàng)目。對(duì)于布雷和天線來(lái)說(shuō)，這都是一段相當(dāng)漫長(zhǎng)的旅程。

"歐羅巴快帆"號(hào)團(tuán)隊(duì)成員在美國(guó)宇航局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)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(lái)源：NASA/JPL-Caltech

就在過(guò)去的一年里，他親眼目睹了天線在安裝前的全國(guó)各地縱橫馳騁。2022 年，該天線在弗吉尼亞州漢普頓的美國(guó)宇航局蘭利研究中心進(jìn)行了兩次精確數(shù)據(jù)傳輸能力測(cè)試。在這兩次測(cè)試之間，天線還在位于馬里蘭州格林貝爾特的美國(guó)宇航局戈達(dá)德太空飛行中心進(jìn)行了振動(dòng)和熱真空測(cè)試，以確定它是否能承受發(fā)射時(shí)的震動(dòng)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(zhǔn)備明年運(yùn)往美國(guó)宇航局位于佛羅里達(dá)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(zhǎng)旅程就開(kāi)始了。

工程師和技術(shù)人員用起重機(jī)吊起一根 10 英尺（3 米）長(zhǎng)的高增益天線，準(zhǔn)備將其安裝到 NASA 的"歐羅巴號(hào)快船"飛船上。該軌道飛行器正在 JPL 1 號(hào)高灣的潔凈室中進(jìn)行組裝，為 2024 年 10 月的發(fā)射做準(zhǔn)備。圖片來(lái)源：NASA/JPL-Caltech

JPL的"快船號(hào)"項(xiàng)目經(jīng)理喬丹-埃文斯（Jordan Evans）強(qiáng)調(diào)了高增益天線的重要性，他說(shuō)："高增益天線是構(gòu)建"歐羅巴快船號(hào)"的關(guān)鍵部件。它是一個(gè)非常顯眼的硬件，提供了航天器從歐羅巴星發(fā)回科學(xué)數(shù)據(jù)所需的能力?，F(xiàn)在有了這個(gè)大天線，它不僅看起來(lái)像一個(gè)航天器，而且在我們向發(fā)射邁進(jìn)的過(guò)程中，它已經(jīng)為即將進(jìn)行的關(guān)鍵測(cè)試做好了準(zhǔn)備。"

探測(cè)器將在木衛(wèi)二上訓(xùn)練九臺(tái)科學(xué)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(jī)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(gòu)成。

克利伯號(hào)將用冰穿透雷達(dá)探測(cè)地下海洋，以確定海洋的深度及其上方冰殼的厚度。磁力計(jì)將測(cè)量月球的磁場(chǎng)，以確認(rèn)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?jǐn)?shù)據(jù)流傳回地球。其信號(hào)強(qiáng)度和一次性發(fā)送的數(shù)據(jù)量將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)美國(guó)宇航局的伽利略探測(cè)器，后者于 2003 年結(jié)束了為期八年的木星探測(cè)任務(wù)。

在 JPL 現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)天線安裝的是 APL 無(wú)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(kāi)始從事天線工作的。射頻模塊包括航天器的整個(gè)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(guò)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(guò)虛擬和實(shí)際模擬的方式進(jìn)行過(guò)多次安裝練習(xí)，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(shuō)："就物理尺寸和普遍興趣而言，我從未參與過(guò)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(gè)有可能對(duì)人類(lèi)知識(shí)產(chǎn)生巨大影響的東西，實(shí)在是太酷了。"

歐羅巴快船號(hào)完成了這具有紀(jì)念意義的一步，接下來(lái)還需要為即將開(kāi)始的外太陽(yáng)系航行做一些準(zhǔn)備工作。

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