NASA歐羅巴快船將采用 3D 打印拓撲優(yōu)化支架,，將在太空中飛行5.5年

2024年12月30日,，南極熊獲悉,，備受期待的美國宇航局（NASA）歐羅巴快船從NASA 噴氣推進實驗室 (JPL)發(fā)射,，標志著多年專注工作的成果,。數(shù)百名工程師,、科學(xué)家和研究人員花費了無數(shù)個小時設(shè)計,、建造和測試這艘航天器，為它前往木星冰冷衛(wèi)星歐羅巴的 5 年半旅程做好準備,。

在各種組件中,，JPL 增材制造團隊的一個重要里程碑是納入了拓撲優(yōu)化支架，支架采用 Al6061R2 材料在 EOS M290 打印機上 3D 打印而成,，符合 NASA 嚴格的 6030 標準,。

歐羅巴快船太空飛船

歐羅巴快船是一艘太陽能機器人航天器，旨在對木星的冰凍衛(wèi)星歐羅巴進行首次詳細調(diào)查,。航天器將繞木星運行,，并飛越歐羅巴近 50 次，以確定歐羅巴表面下是否有適合生命生存的地方,。

△這張藝術(shù)概念圖描繪了 NASA 的歐羅巴快船飛船在木星軌道上飛過這顆氣態(tài)巨行星的冰冷衛(wèi)星歐羅巴（右下）的場景,。任務(wù)計劃于 2030 年 4 月抵達木星，這將是首次專門針對歐羅巴進行詳細科學(xué)調(diào)查的任務(wù),。圖片來源：NASA/JPL-Caltech

展開太陽能電池板后,，歐羅巴快船的跨度超過 100 英尺（約 30 米），大約相當(dāng)于一個籃球場的長度,。航天器主體由航空電子設(shè)備庫,、射頻模塊和推進模塊組成。發(fā)射時,，歐羅巴快船的重量約為 13,000 磅（6,000 公斤）,。幾乎一半的重量將是燃料——近 6,000 磅（2,750 公斤）的推進劑。

歐羅巴快船的九臺科學(xué)儀器是迄今為止探索外太陽系的最先進,、最靈敏的儀器,。一些儀器傳感器安裝在天底甲板上，以穩(wěn)定它們,，確保它們在飛越期間正確朝向歐羅巴,。這兩臺儀器的設(shè)計目的是捕捉與航天器運動方向相反的氣體和塵埃,。雷達天線直接安裝在航天器的太陽能電池陣列上。此外,，航天器的磁力計和等離子傳感器位于從航天器延伸出來的吊桿上,，減少了來自航天器的障礙物和磁干擾。儀器的電子設(shè)備安裝在保險柜中,，以保護它們免受輻射,。

歐羅巴快船任務(wù)

歐羅巴快船是美國宇航局首次專門探索木衛(wèi)二的任務(wù)。木衛(wèi)二是木星四大衛(wèi)星之一,，由伽利略·伽利萊于 1610 年發(fā)現(xiàn),。雖然之前的伽利略號和旅行者號等任務(wù)也曾讓我們看到過木衛(wèi)二冰封的表面，但這次任務(wù)的獨特之處在于它只關(guān)注這顆衛(wèi)星的潛在宜居性,。據(jù)信,，木衛(wèi)二厚厚的冰殼下有一片地下海洋，科學(xué)家推測這種環(huán)境可能蘊藏著生命的基本條件,。

此次太空任務(wù)的主要目標是調(diào)查木衛(wèi)二是否擁有維持生命的必要成分：液態(tài)水,、能源和正確的化學(xué)構(gòu)件。雖然木衛(wèi)二快船的設(shè)計目的不是直接探測生命,，但它的一套精密儀器將分析衛(wèi)星的表面和地下,，尋找可能適宜居住的跡象。

木衛(wèi)二的表面是一片廣闊的冰原,，但科學(xué)家認為,，在其下方存在著一片咸水海洋，水量比地球上所有海洋的總和還要多,。這片海洋隱藏在數(shù)公里厚的冰層之下,，幾十年來一直吸引著研究人員的關(guān)注。木衛(wèi)二的海洋保持液態(tài),，是因為木星巨大的引力產(chǎn)生了潮汐力,，在表面下產(chǎn)生了摩擦和加熱。

歐羅巴快船將使用冰層穿透雷達來探索這片隱藏的海洋,，這種儀器旨在繪制冰層厚度并可能探測液態(tài)水的口袋,。了解這片海洋的深度和成分是確定它是否適合生命的關(guān)鍵。

木星的強烈輻射對任務(wù)提出了重大挑戰(zhàn),。木衛(wèi)二軌道處于太陽系最危險的輻射環(huán)境之一,，僅次于太陽輻射。暴露在木星強大的磁場中可能會損壞敏感的航天器電子設(shè)備,。為了解決這個問題,，木衛(wèi)二快船配備了專門設(shè)計的保險柜，以保護電子設(shè)備免受輻射,。此外,，航天器的軌道經(jīng)過精心規(guī)劃,，以盡量減少在木星嚴酷輻射帶中停留的時間。

這些輻射挑戰(zhàn)促使美國宇航局的工程團隊設(shè)計出尖端的防護技術(shù),，以確保航天器在整個任務(wù)過程中,，即使在對大多數(shù)航天器來說都是致命的條件下，也能保持正常功能,。

歐羅巴快船號擁有迄今為止發(fā)射到外太陽系的最先進科學(xué)儀器陣列之一,。這些工具將使航天器能夠在計劃的 49 次飛越期間收集有關(guān)歐羅巴表面成分、地質(zhì)和大氣的數(shù)據(jù),。

歐羅巴快船任務(wù)的一大亮點是使用增材制造 (AM) 來制造任務(wù)關(guān)鍵型部件,。拓撲優(yōu)化的支架由 JPL 的 EOS M290 打印機以Al6061R2 鋁材 3D 打印而成，代表了3D打印技術(shù)在太空探索中的應(yīng)用里程碑,。支架的設(shè)計符合嚴格的 NASA-6030 標準,，確保在惡劣的太空條件下的結(jié)構(gòu)完整性和性能。

使用 3D 打印技術(shù)可以制造復(fù)雜,、輕質(zhì)的部件,，以滿足航天器的特定要求,，從而減輕重量并提高效率,。這一突破證明了增材制造技術(shù)的進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,，木衛(wèi)二飛船將搭載 SpaceX 獵鷹重型火箭發(fā)射升空,，開始為期五年半的木星之旅，行程約 18 億英里（29 億公里）,。飛船將利用重力助推飛越火星和地球,，以獲得前往外太陽系的長途跋涉所需的速度。2030 年,，木衛(wèi)二飛船將進入木星軌道,，開始對木衛(wèi)二進行詳細研究。

在接下來的幾年里,，航天器團隊將改進操作并測試科學(xué)儀器,，以確保它們能夠最佳地運行。計劃中的 49 次木衛(wèi)二飛掠都將為了解衛(wèi)星的表面和地下提供新的見解,，逐漸探索出生命潛力的故事,。