近探歐羅巴

劉聲遠(yuǎn)

美國(guó)宇航局“歐羅巴剪刀號(hào)”飛船定于2030年前后發(fā)射。它將在環(huán)繞木星的軌道中實(shí)施飛近探測(cè)，探索木星的“伽利略衛(wèi)星”之一 —— 歐羅巴。

據(jù)國(guó)際媒體2017年6月披露，由美國(guó)宇航局研發(fā)、包含一艘軌道器和一艘可能的登陸器的行星際任務(wù)——“歐羅巴剪刀號(hào)”正在緊鑼密鼓進(jìn)行中?！皻W羅巴剪刀號(hào)”飛船（以下簡(jiǎn)稱歐羅巴剪刀號(hào)）定于2030年前后發(fā)射，其研發(fā)目的是：通過(guò)一艘登陸器和一系列在環(huán)繞木星軌道中的飛近探測(cè)，探索木星的“伽利略衛(wèi)星”之一——?dú)W羅巴（木衛(wèi)二）。

伽利略衛(wèi)星

伽利略衛(wèi)星是指木星最亮的四顆衛(wèi)星：依娥（木衛(wèi)一）、歐羅巴（木衛(wèi)二）、加尼美得（木衛(wèi)三）和卡里斯托（木衛(wèi)四）。這四顆木衛(wèi)由意大利科學(xué)家伽利略在1610年1月率先觀測(cè)到，并于1610年3月由他確認(rèn)為木星的衛(wèi)星（木衛(wèi)），它們也是被發(fā)現(xiàn)環(huán)繞另一顆行星的首批天體。

任務(wù)醞釀

在2017年3月7日之前，“歐羅巴剪刀號(hào)”任務(wù)的原定名稱一直是“歐羅巴多次飛近任務(wù)”。美國(guó)宇航局1989年10月發(fā)射的“伽利略號(hào)”飛船，曾在木星軌道中對(duì)木星系統(tǒng)進(jìn)行過(guò)8年觀測(cè)。它發(fā)現(xiàn)了歐羅巴存在一個(gè)地下海洋的跡象。美國(guó)宇航局起初設(shè)想的歐羅巴探測(cè)器，例如“歐羅巴軌道器”和“含冰木衛(wèi)軌道器”等，都打算把探測(cè)器送進(jìn)環(huán)繞歐羅巴本身的軌道。然而，由于歐羅巴軌道中存在木星磁層輻射的強(qiáng)烈影響，科學(xué)家后來(lái)決定采取更安全的方式：讓探測(cè)器進(jìn)入環(huán)繞木星的軌道，在其中對(duì)歐羅巴實(shí)施多次飛近。由此被稱為“歐羅巴多次飛近任務(wù)”的這項(xiàng)任務(wù)，開(kāi)始時(shí)是由美國(guó)宇航局噴氣動(dòng)力實(shí)驗(yàn)室和美國(guó)約翰斯·霍普金斯大學(xué)的應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室聯(lián)袂執(zhí)行的。

該任務(wù)將是對(duì)歐洲空間局（簡(jiǎn)稱歐空局）“含冰木衛(wèi)探索者號(hào)”任務(wù)的補(bǔ)充?！昂拘l(wèi)探索者號(hào)”飛船將飛近歐羅巴兩次，飛近卡里斯托多次，然后進(jìn)入環(huán)繞加尼美得的一條軌道?！昂拘l(wèi)探索者號(hào)”的預(yù)定發(fā)射時(shí)間與“歐羅巴剪刀號(hào)”相仿，但前者的巡航階段持續(xù)時(shí)間是后者的3倍長(zhǎng)。

“歐羅巴剪刀號(hào)”任務(wù)中的歐羅巴剪刀號(hào)軌道器，將攜帶由9部?jī)x器組成的科學(xué)負(fù)載，這些儀器分別由美國(guó)宇航局噴氣動(dòng)力實(shí)驗(yàn)室、美國(guó)約翰斯·霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室、美國(guó)西南研究院、美國(guó)得克薩斯州大學(xué)、美國(guó)亞利桑那州大學(xué)和美國(guó)科羅拉多大學(xué)波德分校提供。

科學(xué)家認(rèn)為，歐羅巴是太陽(yáng)系中有可能存在微生物地外生命的地方之一。在“伽利略號(hào)”飛船取得一系列發(fā)現(xiàn)后，美國(guó)宇航局噴氣動(dòng)力實(shí)驗(yàn)室立即進(jìn)行預(yù)備性跟進(jìn)任務(wù)研究，其中設(shè)想的歐羅巴飛行器包括“含冰木衛(wèi)軌道器”（預(yù)算為160億美元）、“木衛(wèi)歐羅巴軌道器”（預(yù)算為43億美元）、一艘預(yù)算為20億美元的未具名軌道器和一艘多次飛近飛行器——“歐羅巴剪刀號(hào)”?！皻W羅巴剪刀號(hào)”任務(wù)目前依然處于籌劃階段，其成本估計(jì)已達(dá)20億美元。

2013年3月，美國(guó)官方批準(zhǔn)用7500萬(wàn)美元擴(kuò)充對(duì)“歐羅巴剪刀號(hào)”任務(wù)探測(cè)活動(dòng)的籌劃，完善對(duì)探測(cè)目標(biāo)的確定，資助預(yù)備性儀器研發(fā)。2014年5月，美國(guó)眾議院將“歐羅巴多次飛近任務(wù)”的年度預(yù)算從1000萬(wàn)美元陡增至1億美元，用于任務(wù)架構(gòu)的預(yù)備性組建。2015年4月，美國(guó)宇航局請(qǐng)歐空局提交后者的歐羅巴探測(cè)器構(gòu)想，考慮這兩大機(jī)構(gòu)的歐羅巴探測(cè)器是否可以一起飛行。美國(guó)宇航局提出，歐空局的歐羅巴探測(cè)器可以是一艘簡(jiǎn)單的探測(cè)器，也可以是一艘撞擊器或登陸器。歐空局內(nèi)部對(duì)此建議和可能的投資進(jìn)行了評(píng)估，目的是調(diào)查兩局是否能再度進(jìn)行像“卡西尼-惠更斯”任務(wù)那樣成功的合作。

2015年5月，美國(guó)宇航局選定了歐羅巴剪刀號(hào)將搭載的9部科學(xué)儀器。它們將在之后3年里研發(fā)，投資大約為1.1億美元。2015年6月，美國(guó)宇航局批準(zhǔn)了“歐羅巴剪刀號(hào)”任務(wù)構(gòu)想，同意歐羅巴剪刀號(hào)軌道器進(jìn)入形成階段。2016年1月，美國(guó)宇航局同意為歐羅巴剪刀號(hào)軌道器配備登陸器。2017年2月，該任務(wù)從階段A轉(zhuǎn)至階段B（階段B是任務(wù)的預(yù)備性設(shè)計(jì)階段）。

為什么叫“歐羅巴剪刀號(hào)”？

根據(jù)美國(guó)宇航局2017年3月發(fā)布的消息，“歐羅巴剪刀號(hào)”中的“剪刀”指的是19世紀(jì)航行于地球海洋中的飛剪船，這種三桅船以其優(yōu)雅和快捷而聞名。

三方合作變成美方單干

“歐羅巴剪刀號(hào)”源自由美國(guó)宇航局、歐空局和日本航天局共同參與的一項(xiàng)任務(wù)。該任務(wù)名為“歐羅巴-木星系統(tǒng)拉普拉斯任務(wù)”，一共包括兩艘探測(cè)器——美國(guó)宇航局的“木星歐羅巴軌道器”和歐空局的“木星-加尼美得軌道器”，計(jì)劃發(fā)射時(shí)間是2020年。

最后，由于與美方在太空探索理念方面的沖突，歐空局和日航局都退出了這項(xiàng)合作。歐空局原先決定參與這項(xiàng)合作，是因?yàn)樵摼值摹?015-2025宇宙視覺(jué)”計(jì)劃，該計(jì)劃包含了歐洲科學(xué)界未來(lái)最迫切的太空探索目標(biāo)。但美方的目標(biāo)與此不一致，于是歐空局宣布退出合作。

歐空局隨即展開(kāi)自己的獨(dú)立任務(wù)——“木星含冰衛(wèi)星探索者”，其探索焦點(diǎn)是加尼美得、卡里斯托和歐羅巴。這項(xiàng)任務(wù)最終獲準(zhǔn)，探測(cè)器的預(yù)計(jì)發(fā)射時(shí)間是2022年，預(yù)計(jì)在2030年到達(dá)木星系統(tǒng)。與此同時(shí)，美國(guó)宇航局和美國(guó)科學(xué)界聯(lián)合設(shè)想了一條飛行路徑，來(lái)執(zhí)行一項(xiàng)成本更低的環(huán)繞任務(wù)——“歐羅巴多次飛近任務(wù)”。該任務(wù)在2015年被美國(guó)政府批準(zhǔn)由宇航局進(jìn)行進(jìn)一步研發(fā)，同年，美國(guó)國(guó)會(huì)請(qǐng)宇航局考慮是否為該任務(wù)添加一艘登陸器。

2017年初，由“歐羅巴多次飛近任務(wù)”改名的“歐羅巴剪刀號(hào)”任務(wù)進(jìn)入階段B設(shè)計(jì)。到了這一階段，飛船工程師必須確定飛船組件的詳細(xì)設(shè)計(jì)方案和預(yù)計(jì)要搭載的船上儀器。該任務(wù)面臨的最大挑戰(zhàn)中，包括應(yīng)對(duì)嚴(yán)苛的輻射環(huán)境和確保飛船絕對(duì)清潔（達(dá)到宇航局的行星保護(hù)指南要求）。然而，在2017年3月發(fā)布的2018年美國(guó)總統(tǒng)預(yù)算請(qǐng)求中，未批準(zhǔn)為歐羅巴剪刀號(hào)增加登陸器。endprint