“重型猎鹰”运载火箭/“欧罗巴快船”木星探测器

北京时间2024 年10月15日00:06（美东夏令时14日12:06），在美国航天局肯尼迪航天中心LC-39A工位，“欧罗巴快船”木星探测器由“重型猎鹰”运载火箭发射升空，开启前往木星系统的漫长深空探测之旅。

“重型猎鹰”点火升空后，3分12秒2枚芯级助推器分离，4分11秒芯一级与芯二级分离，4分39秒整流罩，芯二级通过两次点火为探测器分段加速，约1小时后器箭分离，探测器进入行星际转移轨道。此后，地面控制人员很快收到探测器信号，并于01:13通过位于澳大利亚堪培拉的美国航天局深空网络设施与航天器建立了双向通信。初始遥测报告显示“欧罗巴快船”健康状况良好，按预期运行，发射任务取得成功。

“欧罗巴”是木星的第四大卫星，由伽利略于1610年与另外三颗木星卫星一同发射，当时被命名为木卫二（其它3颗被命名为木卫一、木卫三和木卫四）。“欧罗巴”的赤道直径大约是月球的90%，但它的内部构造不同。20世纪90年代，“伽利略号”探测器找到证据表明，在木卫二的冰层下存在着一个巨大的咸水海洋，其水量超过地球上所有海洋的总和。同时还发现了其它证据，表明在“欧罗巴”表面下可能含有有机化合物和能源。

美国航空航天局（NASA）“欧罗巴快船”（Europa Clipper）任务是“伽利略”任务的后续任务，将前往木星系统对 “欧罗巴”（Europa）卫星进行深入探测任务。该任务有3大科学目标：探测 “欧罗巴”冰壳的厚度及其与下方海洋的相互作用；研究其成分；描述其地质特征。该探测器将试图确定“欧罗巴”冰壳下的海洋是否存在支持生命的条件。“欧罗巴快船”任务于2015年获得批准，到2034年任务结束时，整个任务周期耗资约52亿美元。从任务获批开始，共有4000多人为该任务做出了贡献。

“欧罗巴快船”为大型木星探测器，由位于南加州的加州理工学院为美国航天局代管的喷气推进实验室（JPL）与位于马里兰州劳雷尔的约翰斯·霍普金斯大学应用物理实验室（APL)合作为美国航天局科学任务局（SMD）牵头研制。探测器主体由应用物理实验室（APL)、喷气推进实验室（JPL）以及位于马里兰州格林贝尔特的美国航天局戈达德太空飞行中心（GSFC）、位于亚拉巴马州亨茨维尔的美国航天局马歇尔太空飞行中心和位于弗吉尼亚州汉普顿的兰利研究中心合作设计。美国航天局马歇尔行星任务计划办公室（PMPO）负责执行“欧罗巴快船”任务的计划管理。探测器的发射工作由位于肯尼迪航天中心的美国航天局发射服务计划处（LSP）负责管理。

“欧罗巴快船”木星探测器

“欧罗巴快船”主体包含3大模块：航天电子设备保护罩模块（avionics vault）、射频模块、推进模块。探测器动力分系统配备24台发动机，通信分系统配备直径3米高增益天线（HGA），电力分系统配备一对分别由5个太阳能电池板组成的太阳翼。该探测器高度5米，太阳翼展开翼展超过30.5米（一个标准篮球场长28米），干质量为3241千克，发动机推进剂质量2752.2千克，整器发射质量约5900千克。“欧罗巴快船”是美国有史以来最大的行星探测器。

“欧罗巴快船”木星探测器（未安装太阳翼）

该探测器搭载了9台科学仪器：欧罗巴成像系统（Europa Imaging System，EIS)、欧罗巴热发射成像系统（Europa Thermal Emission Imaging System，E-THEMIS)、欧罗巴紫外光谱仪（Europa Ultraviolet Spectrograph，Europa-UVS)、欧罗巴地图成像光谱仪（Mapping Imaging Spectrometer for Europa，MISE)、欧罗巴快船磁强计（Europa Clipper Magnetometer，ECM)、磁测深等离子体仪器（Plasma Instrument for Magnetic Sounding，PIMS)、欧罗巴评估和探测雷达：海洋到近表面（Radar for Europa Assessment and Sounding: Ocean to Near-surface，REASON)、行星探测质谱仪（MAss Spectrometer for Planetary Exploration，MASPEX)、表面粉尘分析仪（SUrface Dust Analyzer，SUDA)。同时，还搭载了用于重力实验的射频硬件（Radio-frequency hardware）。

2025年2月，“欧罗巴快船”将在500至1000千米的高度上飞越火星，2026年12月探测器将在3200千米的高度上飞越地球，先后利用2颗行星的引力进行“引力助推”（gravity assists）加速，以获得足够的速度。2030年4月探测器将到达木星，整个转移飞行过程耗时将长达5.5年，飞行里程将达到29亿千米。

“欧罗巴快船”计划在周期21天的环绕木星的大椭圆轨道上运行。2031年，该探测器将对“欧罗巴”星进行专门的科学探测，在距离“欧罗巴”表面低至25千米的最低高度上飞越49次，每次都会飞越不同的位置，以扫描近乎整个卫星表面。“欧罗巴快船”探测阶段将持续4年时间，计划在2034年9月离轨撞击木卫三表面，最终结束任务。

“重型猎鹰”为大型低温液体运载火箭，采用两级半串并联构型，起飞级采用三芯并联结构。该箭高70米，芯级及芯级助推器直径均为3.66米，起飞质量约1421吨，起飞推力约2268吨，其标准（不回收状态）地球同步转移轨道（GTO）运力为26.7吨。本发“重型猎鹰”使用全新芯一级B1090.1和2枚复用助推器B1064.6、B1065.6，三枚芯一级模块全部耗尽以为探测器提供尽可能大的动能。

“重型猎鹰”运载火箭/“欧罗巴快船”木星探测器

在世界现役运载火箭当中，“重型猎鹰”的深空运力仅次于太空发射系统（SLS）。地球到木星的平均距离达到约7.7亿千米，即便是“重型猎鹰”运力也无法将重达6吨的探测器直接送入地木转移轨道，只能将探测器送入绕行火星的行星际转移轨道。

本次发射任务是2024年“重型猎鹰”运载火箭第2次发射、肯尼迪航天中心第18次发射、美国第113次发射和世界第185次发射。

作者：木兰星舟