美国宇航局正在改变欧罗巴快帆号上的一个关键科学仪器，这是它下一个前往太阳系外行星的主要任务，并且已经请来一位科学界名人来领导它，项目负责人今天宣布。快帆号将围绕木星运行，并通过多次飞掠研究冰冷的木星卫星欧罗巴。本月早些时候，美国宇航局总部终止了该任务的 ICEMAG 磁力计仪器，理由是其估计预算超支。此举使得航天器失去了一项研究欧罗巴内部海洋的重要工具，天体生物学家希望在那里找到外星生物。
美国宇航局已选择加州大学洛杉矶分校的荣誉退休教授玛格丽特·基维尔森领导开发简化磁力计的科学工作，以取代 ICEMAG。该仪器将测量欧罗巴的磁场并收集关于海洋深度和盐度的数据。基维尔森此前曾领导20世纪90年代围绕木星运行的伽利略号航天器上的磁力计团队。她被认为发现了欧罗巴冰壳下的海洋。
ICEMAG 的估计成本已增长到 4500 万美元——几乎是其提议价格的三倍——据美国宇航局总部称。复杂的内部传感器困扰着 ICEMAG 科学团队，并导致了大部分额外费用。新的磁力计将不再使用这些传感器，而是使用简化的组件。缺点是，新的传感器可能会随着时间的推移失去校准，并会因温度变化而漂移。该团队现在正在制定策略来补偿这些影响。
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欧罗巴快帆号任务的项目科学家罗伯特·帕帕拉多今天早些时候在华盛顿特区天体生物学和行星科学委员会春季会议上宣布了这一消息。“我向美国宇航局建议，我们应该立即从团队内部选拔一位具有既定磁力测量专业知识的团队负责人，”帕帕拉多说。“我很高兴地宣布，玛格丽特·基维尔森博士已经接受了这一角色。”
将各个部分整合在一起
美国宇航局总部于 2015 年正式签署了快帆号任务。该航天器计划于 2023 年发射，进入木星轨道后，将通过多次与冰冷的卫星近距离接触来收集关于欧罗巴的数据。今天，快帆号正处于其开发过程中可能最关键的部分。到今年年底，数百人数十年的梦想应该最终开始以仪器和航天器组件的形式转化为现实。明年，美国宇航局位于加利福尼亚州帕萨迪纳的喷气推进实验室（JPL）将开始将各个部分整合在一起，该实验室正在领导航天器的设计和建造。
每一个曾经拥有科学教科书的人都熟悉一些著名的太空任务的结果——例如，来自卡西尼轨道飞行器的大型、美丽的土星图像，或者旅行者1号探测器著名的地球淡蓝点肖像。但是，通往发射的漫长道路却鲜为人知。马歇尔太空飞行中心前主任托德·梅在几年前的一次谈话中指出，记者倾向于将“真正的工作”描述为一旦航天器离开地球就开始。但是，他断言，完成开发——将航天器从 PowerPoint 变成发射台——才是真正的挑战。“离开地面的第一英寸是最困难的部分，”他说。多年来，快帆号的科学和工程团队已经磨练和测试了航天器设计、实施和运行的各个方面。他们唯一没有做的事情就是建造它。
欧罗巴带来了独特的挑战和潜在的回报。该卫星位于木星的辐射带中，这是一个类似于核弹爆炸后的惩罚性环境。此外，航天器的能源——其太阳能电池板——需要科学家仔细绘制其轨迹，以便从远离太阳的地方收集每一个可用的光子。当它到达木星的远侧时，航天器必须能够承受无日照的低温。克服这些挑战的回报是一个全球性的咸水海洋，位于其冰壳之下，据推测，该海洋具有维持生命所必需的化学物质和能量。专家说，如果太阳系的任何地方存在非地球生命，那就在那里。
帕帕拉多说：“我们正在为美国宇航局确认任务所需的最后一次审查做准备。” “这就是美国宇航局说你已经准备好并可以开始建造仪器和航天器的地方。” 四月份，该项目将进行其“初步设计审查增量”（PDR）——对航天器的某些元素进行重新评估，这些元素曾使美国宇航局暂停。一个独立的委员会将评估航天器的设计是否符合任务要求，以及成本、风险和时间表是否与现实相符。一旦成功完成，该项目将在美国宇航局总部进行另一次审查，称为“关键决策点C”。该机构将承诺在 PDR 期间确定的时间表和成本，并且可以开始最终确定设计和制造硬件的过程。欧罗巴成像系统调查的首席研究员齐比·特托说：“看到一切如何组合在一起，这真是令人着迷的过程。每个人都建造自己的仪器，当他们将所有仪器都安装在航天器上时，你必须确保没有任何意外的相互作用。”
困扰美国宇航局的问题之一是快帆号的太阳能电池板与其冰穿透雷达（称为 REASON）的结合。最初，用于研究冰壳结构、定位其中的湖泊并找到冰和海洋之间界面的大型雷达天线将像任何仪器一样安装在航天器上。但是，雷达团队和喷气推进实验室的工程师确定，将雷达嵌入太阳能电池阵列将防止两个组件之间的干扰，同时占用更少的物理空间。在“传统”（使用经过验证的技术）通常占主导地位的业务中，这是一种相当激进的设计。一月份，REASON 通过了其“集成机翼审查”——对其与太阳能电池阵列的集成进行的评估，此前对每个太阳能电池阵列进行了单独的初步设计审查。“他们把我从脚手架的台阶上展示了出来，”REASON 首席研究员唐·布兰肯希普开玩笑说，他避免了被处决。
但是，对于该任务而言，也许最大的未知数是其进入太空的旅程。根据为航天器提供资金的法律，欧罗巴快帆号必须在 2023 年由美国宇航局目前正在开发的太空发射系统火箭发射。然而，越来越明显的是，这枚火箭不会及时准备好，这意味着快帆号可能必须乘坐较小的商业火箭。这样的改变需要修改法律——说起来容易做起来难——并且也会增加延误，因为重型 SLS 将能够将航天器直接送往木星，飞行时间为 28 个月。SpaceX 的猎鹰重型火箭是备选的商业选择，它的动力不足以实现这样的轨迹，需要花费六年时间在太阳系中游览才能将快帆号送达目标。
恩人
快帆号的另一个挑战是最近在国会中失去了恩人。作为众议院商务、司法和科学拨款小组委员会的主席，前德克萨斯州共和党代表约翰·库尔伯森证明了自己是欧罗巴的保护者。与美国宇航局投资组合中的其他所有任务不同，他并没有将快帆号放入拨款法案附带的“报告语言”中（但没有法律约束力），而是在过去几年中将其放入了实际法案中。因此，他一直以联邦法律为荣，快帆号和欧罗巴着陆器（一项后续任务，将使用快帆号的数据降落在地表并挖掘寻找生命证据）是唯一两个美国宇航局不飞行就属违法的任务。
当库尔伯森去年竞选连任失败时，情况看起来很糟糕。但是，他仍然有一些绝招。“在我离开之前，”他说，“我赢得了许多众议院同事的支持，以确保他们会保护这些任务。”将快帆号与 SLS 联系起来应该会有所帮助。火箭正在阿拉巴马州建造，这里是参议院拨款委员会的强大主席以及众议院负责美国宇航局的拨款小组委员会的资深成员的所在地。这些代表对保持 SLS 的生命力并让它有所作为拥有既得利益。快帆号将比火箭的任何其他有效载荷（例如登月或火星的主要任务）更早准备好发射。
在国会通过的 2019 财政年度预算中，库尔伯森为快帆号拨款 5.45 亿美元——足以使该项目度过其峰值融资年，使该团队按计划准时发射。此外，由于近年来国会通过了持续决议代替完整预算，因此创纪录的 28 亿美元行星科学拨款很可能在 2019 年之后继续有效。
在 4 月份的设计审查之后，快帆号可能会在 8 月份进入最终设计和制造阶段。如果一切顺利，它将于 2023 年从发射台上升起第一英寸。