為航天器組裝線束

Europa Clipper 的主體已經(jīng)完成，并于 6 月交付給 JPL。在接下來(lái)的兩年里，工程師和技術(shù)人員將在測(cè)試之前完成航天器的組裝，以確保它能夠承受前往歐羅巴的旅程。

主要結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)堆疊的鋁制圓柱體，上面點(diǎn)綴著螺紋孔，用于固定在航天器的貨物上：射頻模塊、輻射監(jiān)測(cè)器、推進(jìn)電子設(shè)備、電源轉(zhuǎn)換器和接線。射頻子系統(tǒng)將為八根天線供電，其中包括一個(gè) 10 英尺寬的巨大高增益天線。

為承受木星系統(tǒng)的強(qiáng)烈輻射而建造的重型電子保險(xiǎn)庫(kù)將與科學(xué)儀器一起與主要的航天器結(jié)構(gòu)集成在一起。

航天器的主體內(nèi)部有兩個(gè)罐——一個(gè)用于燃料，一個(gè)用于氧化劑——以及將其內(nèi)容物輸送到 24 個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)陣列的管道。

連接所有儀器、太陽(yáng)能電池板、通信設(shè)備和推進(jìn)系統(tǒng)需要大量布線。事實(shí)上，航天器的線束由大約 2,600 根導(dǎo)體組成，重 150 磅。APL 太空探索部門的安全帶開發(fā)部門主管杰克林·佩里說(shuō)，如果將其展開，它將運(yùn)行近 2,100 英尺——是足球場(chǎng)周長(zhǎng)的兩倍多。

為星際飛船設(shè)計(jì)線束比為汽車甚至飛機(jī)設(shè)計(jì)線束更具挑戰(zhàn)性。

首先，存在輻射問(wèn)題。曾擔(dān)任快船推進(jìn)模塊線束首席工程師的佩里說(shuō)，木衛(wèi)二位于木星輻射帶的深處。隨著每個(gè)軌道，航天器將受到越來(lái)越多的輻射。從曝光角度來(lái)看，脊柱 X 射線產(chǎn)生的輻射劑量小于 0.2 拉德。Clipper 的線束將受到 2000 萬(wàn)拉德的輻射。

帶電粒子是另一個(gè)問(wèn)題。“帶電粒子在絕緣體中積聚，線束具有 85% 的絕緣性，”佩里解釋說(shuō)，他還幫助設(shè)計(jì)了目前正在繞太陽(yáng)運(yùn)行的美國(guó)宇航局帕克太陽(yáng)探測(cè)器和即將到來(lái)的蜻蜓任務(wù)的線束，該任務(wù)計(jì)劃2034 年在土星的衛(wèi)星泰坦上降落一架旋翼飛行器。在最好的情況下，粒子將排放到地面。在最壞的情況下，它們會(huì)排放到您的接線中并炸毀您的電子設(shè)備。

“需要大量的屏蔽來(lái)防止這種情況發(fā)生。然而，[抗輻射]的材料在帶電環(huán)境中很糟糕，而不會(huì)產(chǎn)生電荷的材料只會(huì)在[高劑量輻射]中崩潰。我們處于困境和艱難的境地之間?！?/span>

最終，工程師選擇用銅帶包裹布線，有時(shí)甚至用鉛包裹?！斑@對(duì)我們的總質(zhì)量沒(méi)有幫助，但你能做什么？” 佩里說(shuō)。

然而，從好的方面來(lái)說(shuō)，銅包裹還可以防止航天器的電源線和遙測(cè)線之間的潛在電磁干擾。

還必須計(jì)劃極端溫度。Clipper 將暴露在 -235℃到 100 ℃的溫度范圍內(nèi)?！斑@是一個(gè)很大的設(shè)計(jì)范圍，”她說(shuō)。“很多材料沒(méi)有針對(duì)這些極端情況進(jìn)行評(píng)級(jí)，因此我們進(jìn)行了很多低溫測(cè)試?！?/span>

像所有航天器一樣，快船在發(fā)射過(guò)程中需要承受相當(dāng)大的振動(dòng)。“值得慶幸的是，許多材料已經(jīng)從以前的任務(wù)中獲得了資格，”佩里說(shuō)?！暗?，如果我們沒(méi)有這些數(shù)據(jù)，我們就必須進(jìn)行大量測(cè)試，以確保它能夠在發(fā)射后存活下來(lái)。”

雖然完成的航天器將在發(fā)射前進(jìn)行聲學(xué)和振動(dòng)測(cè)試，但 APL 工程師選擇僅在安全帶上進(jìn)行自己的振動(dòng)測(cè)試。

同樣，沖擊是工程師需要考慮的另一個(gè)因素。要將航天器與火箭分開需要炸藥?！?/span>在分離時(shí)，線束將在 10,000 赫茲下承受 6,300 克的沖擊載荷。這是一次大滿貫，”佩里指出。“我們測(cè)試了所有的連接器接口，以確保它們不會(huì)分崩離析。我們還測(cè)試了我們的綁定?！?/span>

另一個(gè)挑戰(zhàn)是污染控制。由于航天器將配備各種成像設(shè)備，工程師必須防止粘合劑、塑料和潤(rùn)滑劑產(chǎn)生氣體?！?/span>我們?cè)诮M裝前烘烤了所有的接線，因?yàn)橐坏┠惆阉械陌挤旁诮泳€上，分子就會(huì)永遠(yuǎn)泄漏出去，”佩里解釋道?！敖M裝完成后，我們還烘烤了成品線束，因?yàn)槲覀兲砑恿苏澈蟿┖推渌牧?/span>?！?/span>

工程師還需要防止生物污染。一項(xiàng)可追溯到太空探索早期的國(guó)際條約禁止各國(guó)將地球上的微生物引入其他可能孕育生命的世界。在組裝過(guò)程中，工程師定期測(cè)試線束是否存在生物污染。此外，完成的安全帶在 116℃ 下烘烤 25 小時(shí)。一旦安全帶無(wú)菌，從那時(shí)起技術(shù)人員就必須穿上潔凈室的服裝進(jìn)行工作。

“我們?cè)谔鞖鉀鏊熬痛魃狭嗣婢?！?nbsp;佩里打趣道。

Europa Clipper 的高性能天線將近 10 英尺寬，將向地球發(fā)送科學(xué)數(shù)據(jù)，并允許地面控制器向航天器發(fā)送命令。

設(shè)計(jì)和組裝 Clipper 線束的一項(xiàng)挑戰(zhàn)與極端輻射、寒冷或磁場(chǎng)無(wú)關(guān)。這是地理上的。在東海岸的 APL、西海岸的 JPL 以及由空客在荷蘭設(shè)計(jì)和建造的太陽(yáng)能電池板的情況下，與同事協(xié)商并不總是那么容易。東海岸早上 8 點(diǎn)，西海岸早上 5 點(diǎn)，荷蘭下午 2 點(diǎn)。

“在這個(gè)項(xiàng)目之前，我不明白我們使用的詞匯中有多少是 APL 特有的行話，”Perry 承認(rèn)?！叭绻矣靡粋€(gè)詞來(lái)描述一個(gè)特定的部分或過(guò)程，它不一定是我們的合作伙伴使用的同一個(gè)詞，所以我們花了幾個(gè)月的時(shí)間來(lái)糾結(jié)于我們的意思和他們的意思。”

一種相對(duì)較新的技術(shù)——增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)——有助于解決設(shè)計(jì)問(wèn)題?！袄纾覀?cè)噲D用我們的一種儀器解決一個(gè)利用問(wèn)題。我們需要弄清楚一些棘手的彎曲半徑限制和處理限制。借助增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)，我們可以就它進(jìn)行對(duì)話，而無(wú)需讓任何人飛到任何地方，”佩里說(shuō)。

為了組裝線束，APL 制造了一個(gè)與航天器機(jī)身曲面相匹配的全尺寸固定裝置。“我們無(wú)法在模板上構(gòu)建線束，因?yàn)樗鼤?huì)被包裹起來(lái)，”佩里解釋道?！叭绻覀儼阉?，然后試圖以這種彎曲的配置安裝在航天器上，它就行不通了。我們需要將安全帶包裹在航天器上的形狀?！?/span>

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)也有助于組裝。技術(shù)人員可以在裝配過(guò)程中使用智能手機(jī)或平板電腦將 CAD 模型的圖像與現(xiàn)場(chǎng)裝配疊加。每當(dāng)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，他們可以打開或關(guān)閉不同的安全帶或捆綁包。