NASA的欧罗巴探测器迎来先进的高增益天线技术 跨越遥远距离与地球通信

美国国家航空航天局的"欧罗巴号"旨在寻找木星冰封卫星上适合生命存在的条件。8 月 14 日，该航天器收到了一个对这一探索至关重要的硬件：巨大的碟形高增益天线。高增益天线横跨整个航天器机身，长达 10 英尺（3 米），是欧罗巴号上最大、最显眼的一组天线。

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"欧罗巴"（木卫二）是一颗冰封状态下的卫星，距离地球约4.44亿英里（7.15亿公里）。这次任务的一个主要目标是更多地了解这颗卫星的地表下海洋，那里可能蕴藏着适宜居住的环境。

工程师和技术人员在 JPL 的主洁净室安装欧罗巴号的高增益天线。资料来源：NASA/JPL-Caltech

探测器到达木星后，天线的无线电波束就会狭长地射向地球。高增益天线的作用就是产生窄而集中的波束。这个名称指的是天线能够集中功率，使航天器能够将高功率信号传回地球上的美国宇航局深空网络。这意味着科学数据将以极高的传输速率激流勇进。

在位于南加州的美国宇航局喷气推进实验室的航天器组装设施舱内，经过几个小时的精心编排，精密设计的天线被安装到航天器上。

马修-布雷（Matthew Bray）在天线安装前几天说："天线已成功完成所有独立测试。随着航天器完成最后的测试，无线电信号将通过一个特殊的盖子回环天线，验证电信信号路径是否正常。"

布雷位于马里兰州劳雷尔的约翰-霍普金斯大学应用物理实验室，是高增益天线的设计者和首席工程师，他从2014年开始从事该项目。对于布雷和天线来说，这都是一段相当漫长的旅程。

"欧罗巴快帆"号团队成员在美国宇航局喷气推进实验室的主洁净室中抬起并安装航天器的大型碟形高增益天线。图片来源：NASA/JPL-Caltech

就在过去的一年里，他亲眼目睹了天线在安装前的全国各地纵横驰骋。2022 年，该天线在弗吉尼亚州汉普顿的美国宇航局兰利研究中心进行了两次精确数据传输能力测试。在这两次测试之间，天线还在位于马里兰州格林贝尔特的美国宇航局戈达德太空飞行中心进行了振动和热真空测试，以确定它是否能承受发射时的震动和外太空的极端温度。

然后，"欧罗巴"将于 2022 年 10 月被送往 JPL，安装在航天器上，准备明年运往美国宇航局位于佛罗里达州的肯尼迪航天中心。2024年10月从肯尼迪发射升空后，前往木星的漫长旅程就开始了。

工程师和技术人员用起重机吊起一根 10 英尺（3 米）长的高增益天线，准备将其安装到 NASA 的"欧罗巴号快船"飞船上。该轨道飞行器正在 JPL 1 号高湾的洁净室中进行组装，为 2024 年 10 月的发射做准备。图片来源：NASA/JPL-Caltech

JPL的"快船号"项目经理乔丹-埃文斯（Jordan Evans）强调了高增益天线的重要性，他说："高增益天线是构建"欧罗巴快船号"的关键部件。它是一个非常显眼的硬件，提供了航天器从欧罗巴星发回科学数据所需的能力。现在有了这个大天线，它不仅看起来像一个航天器，而且在我们向发射迈进的过程中，它已经为即将进行的关键测试做好了准备。"

探测器将在木卫二上训练九台科学仪器，所有仪器都将产生大量丰富的数据：高分辨率彩色和立体图像用于研究木卫二的地质和表面；红外热图像用于寻找表面附近可能有水的温暖区域；反射红外光用于绘制冰、盐和有机物的地图；紫外光读数仪用于帮助确定大气气体和表面物质的构成。

克利伯号将用冰穿透雷达探测地下海洋，以确定海洋的深度及其上方冰壳的厚度。磁力计将测量月球的磁场，以确认深海的存在和冰的厚度。

今天的主角：高增益天线将在 33 到 52 分钟内把大部分数据流传回地球。其信号强度和一次性发送的数据量将远远超过美国宇航局的伽利略探测器，后者于 2003 年结束了为期八年的木星探测任务。

在 JPL 现场负责天线安装的是 APL 无线电频率模块经理西米-伯曼（Simmie Berman）。和布雷一样，她也是从2014年开始从事天线工作的。射频模块包括航天器的整个电信子系统和总共七根天线，高增益天线就是其中之一。她在安装过程中的工作是确保天线正确地安装在航天器上，并确保各组件方向正确、集成良好。

虽然 APL 和 JPL 的工程师们已经通过虚拟和实际模拟的方式进行过多次安装练习，但 8 月 14 日还是第一次将高增益天线安装到航天器上。

她说："就物理尺寸和普遍兴趣而言，我从未参与过如此大规模的工作。小孩子都知道木星在哪里。他们知道木卫二是什么样子。能研究出这样一个有可能对人类知识产生巨大影响的东西，实在是太酷了。"

欧罗巴快船号完成了这具有纪念意义的一步，接下来还需要为即将开始的外太阳系航行做一些准备工作。

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