为太空飞船组装线束

为航天器组装线束

Europa Clipper 的主体已经完成，并于 6 月交付给 JPL。在接下来的两年里，工程师和技术人员将在测试之前完成航天器的组装，以确保它能够承受前往欧罗巴的旅程。

主要结构包括两个堆叠的铝制圆柱体，上面点缀着螺纹孔，用于固定在航天器的货物上：射频模块、辐射监测器、推进电子设备、电源转换器和接线。射频子系统将为八根天线供电，其中包括一个 10 英尺宽的巨大高增益天线。

为承受木星系统的强烈辐射而建造的重型电子保险库将与科学仪器一起与主要的航天器结构集成在一起。

航天器的主体内部有两个罐——一个用于燃料，一个用于氧化剂——以及将其内容物输送到 24 个发动机阵列的管道。

连接所有仪器、太阳能电池板、通信设备和推进系统需要大量布线。事实上，航天器的线束由大约 2,600 根导体组成，重 150 磅。APL 太空探索部门的安全带开发部门主管杰克林·佩里说，如果将其展开，它将运行近 2,100 英尺——是足球场周长的两倍多。

为星际飞船设计线束比为汽车甚至飞机设计线束更具挑战性。

首先，存在辐射问题。曾担任快船推进模块线束首席工程师的佩里说，木卫二位于木星辐射带的深处。随着每个轨道，航天器将受到越来越多的辐射。从曝光角度来看，脊柱 X 射线产生的辐射剂量小于 0.2 拉德。Clipper 的线束将受到 2000 万拉德的辐射。

带电粒子是另一个问题。“带电粒子在绝缘体中积聚，线束具有 85% 的绝缘性，”佩里解释说，他还帮助设计了目前正在绕太阳运行的美国宇航局帕克太阳探测器和即将到来的蜻蜓任务的线束，该任务计划2034 年在土星的卫星泰坦上降落一架旋翼飞行器。在最好的情况下，粒子将排放到地面。在最坏的情况下，它们会排放到您的接线中并炸毁您的电子设备。

“需要大量的屏蔽来防止这种情况发生。然而，[抗辐射]的材料在带电环境中很糟糕，而不会产生电荷的材料只会在[高剂量辐射]中崩溃。我们处于困境和艰难的境地之间。”

最终，工程师选择用铜带包裹布线，有时甚至用铅包裹。“这对我们的总质量没有帮助，但你能做什么？” 佩里说。

然而，从好的方面来说，铜包裹还可以防止航天器的电源线和遥测线之间的潜在电磁干扰。

还必须计划极端温度。Clipper 将暴露在 -235℃到 100 ℃的温度范围内。“这是一个很大的设计范围，”她说。“很多材料没有针对这些极端情况进行评级，因此我们进行了很多低温测试。”

像所有航天器一样，快船在发射过程中需要承受相当大的振动。“值得庆幸的是，许多材料已经从以前的任务中获得了资格，”佩里说。“但是，如果我们没有这些数据，我们就必须进行大量测试，以确保它能够在发射后存活下来。”

虽然完成的航天器将在发射前进行声学和振动测试，但 APL 工程师选择仅在安全带上进行自己的振动测试。

同样，冲击是工程师需要考虑的另一个因素。要将航天器与火箭分开需要炸药。“在分离时，线束将在 10,000 赫兹下承受 6,300 克的冲击载荷。这是一次大满贯，”佩里指出。“我们测试了所有的连接器接口，以确保它们不会分崩离析。我们还测试了我们的绑定。”

另一个挑战是污染控制。由于航天器将配备各种成像设备，工程师必须防止粘合剂、塑料和润滑剂产生气体。“我们在组装前烘烤了所有的接线，因为一旦你把所有的包裹都放在接线上，分子就会永远泄漏出去，”佩里解释道。“组装完成后，我们还烘烤了成品线束，因为我们添加了粘合剂和其他材料。”

工程师还需要防止生物污染。一项可追溯到太空探索早期的国际条约禁止各国将地球上的微生物引入其他可能孕育生命的世界。在组装过程中，工程师定期测试线束是否存在生物污染。此外，完成的安全带在 116℃ 下烘烤 25 小时。一旦安全带无菌，从那时起技术人员就必须穿上洁净室的服装进行工作。

“我们在天气凉爽之前就戴上了面具！” 佩里打趣道。

Europa Clipper 的高性能天线将近 10 英尺宽，将向地球发送科学数据，并允许地面控制器向航天器发送命令。

设计和组装 Clipper 线束的一项挑战与极端辐射、寒冷或磁场无关。这是地理上的。在东海岸的 APL、西海岸的 JPL 以及由空客在荷兰设计和建造的太阳能电池板的情况下，与同事协商并不总是那么容易。东海岸早上 8 点，西海岸早上 5 点，荷兰下午 2 点。

“在这个项目之前，我不明白我们使用的词汇中有多少是 APL 特有的行话，”Perry 承认。“如果我用一个词来描述一个特定的部分或过程，它不一定是我们的合作伙伴使用的同一个词，所以我们花了几个月的时间来纠结于我们的意思和他们的意思。”

一种相对较新的技术——增强现实——有助于解决设计问题。“例如，我们试图用我们的一种仪器解决一个利用问题。我们需要弄清楚一些棘手的弯曲半径限制和处理限制。借助增强现实，我们可以就它进行对话，而无需让任何人飞到任何地方，”佩里说。

为了组装线束，APL 制造了一个与航天器机身曲面相匹配的全尺寸固定装置。“我们无法在模板上构建线束，因为它会被包裹起来，”佩里解释道。“如果我们把它包平，然后试图以这种弯曲的配置安装在航天器上，它就行不通了。我们需要将安全带包裹在航天器上的形状。”

增强现实也有助于组装。技术人员可以在装配过程中使用智能手机或平板电脑将 CAD 模型的图像与现场装配叠加。每当出现问题时，他们可以打开或关闭不同的安全带或捆绑包。