美國宇航局正在改變歐羅巴快帆號上的一個關鍵科學儀器，這是它下一個前往太陽系外行星的主要任務，並且已經請來一位科學界名人來領導它，專案負責人今天宣佈。快帆號將圍繞木星執行，並透過多次飛掠研究冰冷的木星衛星歐羅巴。本月早些時候，美國宇航局總部終止了該任務的 ICEMAG 磁力計儀器，理由是其估計預算超支。此舉使得航天器失去了一項研究歐羅巴內部海洋的重要工具，天體生物學家希望在那裡找到外星生物。
美國宇航局已選擇加州大學洛杉磯分校的榮譽退休教授瑪格麗特·基維爾森領導開發簡化磁力計的科學工作，以取代 ICEMAG。該儀器將測量歐羅巴的磁場並收集關於海洋深度和鹽度的資料。基維爾森此前曾領導20世紀90年代圍繞木星執行的伽利略號航天器上的磁力計團隊。她被認為發現了歐羅巴冰殼下的海洋。
ICEMAG 的估計成本已增長到 4500 萬美元——幾乎是其提議價格的三倍——據美國宇航局總部稱。複雜的內部感測器困擾著 ICEMAG 科學團隊，並導致了大部分額外費用。新的磁力計將不再使用這些感測器，而是使用簡化的元件。缺點是，新的感測器可能會隨著時間的推移失去校準，並會因溫度變化而漂移。該團隊現在正在制定策略來補償這些影響。
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歐羅巴快帆號任務的專案科學家羅伯特·帕帕拉多今天早些時候在華盛頓特區天體生物學和行星科學委員會春季會議上宣佈了這一訊息。“我向美國宇航局建議，我們應該立即從團隊內部選拔一位具有既定磁力測量專業知識的團隊負責人，”帕帕拉多說。“我很高興地宣佈，瑪格麗特·基維爾森博士已經接受了這一角色。”
將各個部分整合在一起
美國宇航局總部於 2015 年正式簽署了快帆號任務。該航天器計劃於 2023 年發射，進入木星軌道後，將透過多次與冰冷的衛星近距離接觸來收集關於歐羅巴的資料。今天，快帆號正處於其開發過程中可能最關鍵的部分。到今年年底，數百人數十年的夢想應該最終開始以儀器和航天器元件的形式轉化為現實。明年，美國宇航局位於加利福尼亞州帕薩迪納的噴氣推進實驗室（JPL）將開始將各個部分整合在一起，該實驗室正在領導航天器的設計和建造。
每一個曾經擁有科學教科書的人都熟悉一些著名的太空任務的結果——例如，來自卡西尼軌道飛行器的大型、美麗的土星影像，或者旅行者1號探測器著名的地球淡藍點肖像。但是，通往發射的漫長道路卻鮮為人知。馬歇爾太空飛行中心前主任託德·梅在幾年前的一次談話中指出，記者傾向於將“真正的工作”描述為一旦航天器離開地球就開始。但是，他斷言，完成開發——將航天器從 PowerPoint 變成發射臺——才是真正的挑戰。“離開地面的第一英寸是最困難的部分，”他說。多年來，快帆號的科學和工程團隊已經磨練和測試了航天器設計、實施和執行的各個方面。他們唯一沒有做的事情就是建造它。
歐羅巴帶來了獨特的挑戰和潛在的回報。該衛星位於木星的輻射帶中，這是一個類似於核彈爆炸後的懲罰性環境。此外，航天器的能源——其太陽能電池板——需要科學家仔細繪製其軌跡，以便從遠離太陽的地方收集每一個可用的光子。當它到達木星的遠側時，航天器必須能夠承受無日照的低溫。克服這些挑戰的回報是一個全球性的鹹水海洋，位於其冰殼之下，據推測，該海洋具有維持生命所必需的化學物質和能量。專家說，如果太陽系的任何地方存在非地球生命，那就在那裡。
帕帕拉多說：“我們正在為美國宇航局確認任務所需的最後一次審查做準備。” “這就是美國宇航局說你已經準備好並可以開始建造儀器和航天器的地方。” 四月份，該專案將進行其“初步設計審查增量”（PDR）——對航天器的某些元素進行重新評估，這些元素曾使美國宇航局暫停。一個獨立的委員會將評估航天器的設計是否符合任務要求，以及成本、風險和時間表是否與現實相符。一旦成功完成，該專案將在美國宇航局總部進行另一次審查，稱為“關鍵決策點C”。該機構將承諾在 PDR 期間確定的時間表和成本，並且可以開始最終確定設計和製造硬體的過程。歐羅巴成像系統調查的首席研究員齊比·特託說：“看到一切如何組合在一起，這真是令人著迷的過程。每個人都建造自己的儀器，當他們將所有儀器都安裝在航天器上時，你必須確保沒有任何意外的相互作用。”
困擾美國宇航局的問題之一是快帆號的太陽能電池板與其冰穿透雷達（稱為 REASON）的結合。最初，用於研究冰殼結構、定位其中的湖泊並找到冰和海洋之間介面的大型雷達天線將像任何儀器一樣安裝在航天器上。但是，雷達團隊和噴氣推進實驗室的工程師確定，將雷達嵌入太陽能電池陣列將防止兩個元件之間的干擾，同時佔用更少的物理空間。在“傳統”（使用經過驗證的技術）通常占主導地位的業務中，這是一種相當激進的設計。一月份，REASON 通過了其“整合機翼審查”——對其與太陽能電池陣列的整合進行的評估，此前對每個太陽能電池陣列進行了單獨的初步設計審查。“他們把我從腳手架的臺階上展示了出來，”REASON 首席研究員唐·布蘭肯希普開玩笑說，他避免了被處決。
但是，對於該任務而言，也許最大的未知數是其進入太空的旅程。根據為航天器提供資金的法律，歐羅巴快帆號必須在 2023 年由美國宇航局目前正在開發的太空發射系統火箭發射。然而，越來越明顯的是，這枚火箭不會及時準備好，這意味著快帆號可能必須乘坐較小的商業火箭。這樣的改變需要修改法律——說起來容易做起來難——並且也會增加延誤，因為重型 SLS 將能夠將航天器直接送往木星，飛行時間為 28 個月。SpaceX 的獵鷹重型火箭是備選的商業選擇，它的動力不足以實現這樣的軌跡，需要花費六年時間在太陽系中游覽才能將快帆號送達目標。
恩人
快帆號的另一個挑戰是最近在國會中失去了恩人。作為眾議院商務、司法和科學撥款小組委員會的主席，前德克薩斯州共和黨代表約翰·庫爾伯森證明了自己是歐羅巴的保護者。與美國宇航局投資組合中的其他所有任務不同，他並沒有將快帆號放入撥款法案附帶的“報告語言”中（但沒有法律約束力），而是在過去幾年中將其放入了實際法案中。因此，他一直以聯邦法律為榮，快帆號和歐羅巴著陸器（一項後續任務，將使用快帆號的資料降落在地表並挖掘尋找生命證據）是唯一兩個美國宇航局不飛行就屬違法的任務。
當庫爾伯森去年競選連任失敗時，情況看起來很糟糕。但是，他仍然有一些絕招。“在我離開之前，”他說，“我贏得了許多眾議院同事的支援，以確保他們會保護這些任務。”將快帆號與 SLS 聯絡起來應該會有所幫助。火箭正在阿拉巴馬州建造，這裡是參議院撥款委員會的強大主席以及眾議院負責美國宇航局的撥款小組委員會的資深成員的所在地。這些代表對保持 SLS 的生命力並讓它有所作為擁有既得利益。快帆號將比火箭的任何其他有效載荷（例如登月或火星的主要任務）更早準備好發射。
在國會透過的 2019 財政年度預算中，庫爾伯森為快帆號撥款 5.45 億美元——足以使該專案度過其峰值融資年，使該團隊按計劃準時發射。此外，由於近年來國會通過了持續決議代替完整預算，因此創紀錄的 28 億美元行星科學撥款很可能在 2019 年之後繼續有效。
在 4 月份的設計審查之後，快帆號可能會在 8 月份進入最終設計和製造階段。如果一切順利，它將於 2023 年從發射臺上升起第一英寸。