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。在接下來的兩年里，工程師和技術(shù)人員將在測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 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)部有兩個罐——一個用于燃料，一個用于氧化劑——以及將其內(nèi)容物輸送到 24 個發(fā)動機(jī)陣列的管道。

連接所有儀器、太陽能電池板、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，如果將其展開，它將運(yùn)行近 2,100 英尺——是足球場周長的兩倍多。

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，存在輻射問題。曾擔(dān)任快船推進(jìn)模塊線束首席工程師的佩里說，木衛(wèi)二位于木星輻射帶的深處。隨著每個軌道，航天器將受到越來越多的輻射。從曝光角度來看，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 萬拉德的輻射。

帶電粒子是另一個問題。“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，他還幫助設(shè)計(jì)了目前正在繞太陽運(yùn)行的美國宇航局帕克太陽探測器和即將到來的蜻蜓任務(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，而不會產(chǎn)生電荷的材料只會在[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，有時甚至用鉛包裹?！斑@對我們的總質(zhì)量沒有幫助，但你能做什么？” 佩里說。

然而，從好的方面來說，銅包裹還可以防止航天器的電源線和遙測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)。“這是一個很大的設(shè)計(jì)范圍，”她說。“很多材料沒有針對這些極端情況進(jìn)行評級，因此我們進(jìn)行了很多低溫測試。”

像所有航天器一樣，快船在發(fā)射過程中需要承受相當(dāng)大的振動?！爸档脩c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?！暗牵绻覀儧]有這些數(shù)據(jù)，我們就必須進(jìn)行大量測試，以確保它能夠在發(fā)射后存活下來?！?/span>

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

同樣，沖擊是工程師需要考慮的另一個因素。要將航天器與火箭分開需要炸藥?！?/span>在分離時，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?！拔覀儨y試了所有的連接器接口，以確保它們不會分崩離析。我們還測試了我們的綁定?！?/span>

另一個挑戰(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、塑料和潤滑劑產(chǎn)生氣體?！?/span>我們在組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>。”

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際條約禁止各國將地球上的微生物引入其他可能孕育生命的世界。在組裝過程中，工程師定期測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。一旦安全帶無菌，從那時起技術(shù)人員就必須穿上潔凈室的服裝進(jìn)行工作。

“我們在天氣涼爽之前就戴上了面具！” 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、寒冷或磁場無關(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)。“如果我用一個詞來描述一個特定的部分或過程，它不一定是我們的合作伙伴使用的同一個詞，所以我們花了幾個月的時間來糾結(jié)于我們的意思和他們的意思。”

一種相對較新的技術(shù)——增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)——有助于解決設(shè)計(jì)問題?！袄?，我們試圖用我們的一種儀器解決一個利用問題。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)行對話，而無需讓任何人飛到任何地方，”佩里說。

為了組裝線束，APL 制造了一個與航天器機(jī)身曲面相匹配的全尺寸固定裝置。“我們無法在模板上構(gòu)建線束，因?yàn)樗鼤话饋?，”佩里解釋道?！叭绻覀儼阉剑缓笤噲D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。”

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