近探歐羅巴

劉聲遠

美國宇航局“歐羅巴剪刀號”飛船定于2030年前后發射。它將在環繞木星的軌道中實施飛近探測，探索木星的“伽利略衛星”之一 —— 歐羅巴。

據國際媒體2017年6月披露，由美國宇航局研發、包含一艘軌道器和一艘可能的登陸器的行星際任務——“歐羅巴剪刀號”正在緊鑼密鼓進行中。“歐羅巴剪刀號”飛船（以下簡稱歐羅巴剪刀號）定于2030年前后發射，其研發目的是：通過一艘登陸器和一系列在環繞木星軌道中的飛近探測，探索木星的“伽利略衛星”之一——歐羅巴（木衛二）。

伽利略衛星

伽利略衛星是指木星最亮的四顆衛星：依娥（木衛一）、歐羅巴（木衛二）、加尼美得（木衛三）和卡里斯托（木衛四）。這四顆木衛由意大利科學家伽利略在1610年1月率先觀測到，并于1610年3月由他確認為木星的衛星（木衛），它們也是被發現環繞另一顆行星的首批天體。

任務醞釀

在2017年3月7日之前，“歐羅巴剪刀號”任務的原定名稱一直是“歐羅巴多次飛近任務”。美國宇航局1989年10月發射的“伽利略號”飛船，曾在木星軌道中對木星系統進行過8年觀測。它發現了歐羅巴存在一個地下海洋的跡象。美國宇航局起初設想的歐羅巴探測器，例如“歐羅巴軌道器”和“含冰木衛軌道器”等，都打算把探測器送進環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烈影響，科學家后來決定采取更安全的方式：讓探測器進入環繞木星的軌道，在其中對歐羅巴實施多次飛近。由此被稱為“歐羅巴多次飛近任務”的這項任務，開始時是由美國宇航局噴氣動力實驗室和美國約翰斯·霍普金斯大學的應用物理實驗室聯袂執行的。

該任務將是對歐洲空間局（簡稱歐空局）“含冰木衛探索者號”任務的補充。“含冰木衛探索者號”飛船將飛近歐羅巴兩次，飛近卡里斯托多次，然后進入環繞加尼美得的一條軌道。“含冰木衛探索者號”的預定發射時間與“歐羅巴剪刀號”相仿，但前者的巡航階段持續時間是后者的3倍長。

“歐羅巴剪刀號”任務中的歐羅巴剪刀號軌道器，將攜帶由9部儀器組成的科學負載，這些儀器分別由美國宇航局噴氣動力實驗室、美國約翰斯·霍普金斯大學應用物理實驗室、美國西南研究院、美國得克薩斯州大學、美國亞利桑那州大學和美國科羅拉多大學波德分校提供。

科學家認為，歐羅巴是太陽系中有可能存在微生物地外生命的地方之一。在“伽利略號”飛船取得一系列發現后，美國宇航局噴氣動力實驗室立即進行預備性跟進任務研究，其中設想的歐羅巴飛行器包括“含冰木衛軌道器”（預算為160億美元）、“木衛歐羅巴軌道器”（預算為43億美元）、一艘預算為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”。“歐羅巴剪刀號”任務目前依然處于籌劃階段，其成本估計已達20億美元。

2013年3月，美國官方批準用7500萬美元擴充對“歐羅巴剪刀號”任務探測活動的籌劃，完善對探測目標的確定，資助預備性儀器研發。2014年5月，美國眾議院將“歐羅巴多次飛近任務”的年度預算從1000萬美元陡增至1億美元，用于任務架構的預備性組建。2015年4月，美國宇航局請歐空局提交后者的歐羅巴探測器構想，考慮這兩大機構的歐羅巴探測器是否可以一起飛行。美國宇航局提出，歐空局的歐羅巴探測器可以是一艘簡單的探測器，也可以是一艘撞擊器或登陸器。歐空局內部對此建議和可能的投資進行了評估，目的是調查兩局是否能再度進行像“卡西尼-惠更斯”任務那樣成功的合作。

2015年5月，美國宇航局選定了歐羅巴剪刀號將搭載的9部科學儀器。它們將在之后3年里研發，投資大約為1.1億美元。2015年6月，美國宇航局批準了“歐羅巴剪刀號”任務構想，同意歐羅巴剪刀號軌道器進入形成階段。2016年1月，美國宇航局同意為歐羅巴剪刀號軌道器配備登陸器。2017年2月，該任務從階段A轉至階段B（階段B是任務的預備性設計階段）。

為什么叫“歐羅巴剪刀號”？

根據美國宇航局2017年3月發布的消息，“歐羅巴剪刀號”中的“剪刀”指的是19世紀航行于地球海洋中的飛剪船，這種三桅船以其優雅和快捷而聞名。

三方合作變成美方單干

“歐羅巴剪刀號”源自由美國宇航局、歐空局和日本航天局共同參與的一項任務。該任務名為“歐羅巴-木星系統拉普拉斯任務”，一共包括兩艘探測器——美國宇航局的“木星歐羅巴軌道器”和歐空局的“木星-加尼美得軌道器”，計劃發射時間是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合作。歐空局原先決定參與這項合作，是因為該局的“2015-2025宇宙視覺”計劃，該計劃包含了歐洲科學界未來最迫切的太空探索目標。但美方的目標與此不一致，于是歐空局宣布退出合作。

歐空局隨即展開自己的獨立任務——“木星含冰衛星探索者”，其探索焦點是加尼美得、卡里斯托和歐羅巴。這項任務最終獲準，探測器的預計發射時間是2022年，預計在2030年到達木星系統。與此同時，美國宇航局和美國科學界聯合設想了一條飛行路徑，來執行一項成本更低的環繞任務——“歐羅巴多次飛近任務”。該任務在2015年被美國政府批準由宇航局進行進一步研發，同年，美國國會請宇航局考慮是否為該任務添加一艘登陸器。

2017年初，由“歐羅巴多次飛近任務”改名的“歐羅巴剪刀號”任務進入階段B設計。到了這一階段，飛船工程師必須確定飛船組件的詳細設計方案和預計要搭載的船上儀器。該任務面臨的最大挑戰中，包括應對嚴苛的輻射環境和確保飛船絕對清潔（達到宇航局的行星保護指南要求）。然而，在2017年3月發布的2018年美國總統預算請求中，未批準為歐羅巴剪刀號增加登陸器。endprint