歐羅巴著陸器(Europa Lander) 是美國國家航空暨太空總署提出的前往木星的冰衛星 - 木衛二進行天體生物學探索的任務概念。如果作為一項大型戰略科學任務得到撥款和研發，它將在 2027 年發射，以補充歐羅巴快船軌道飛行器任務的研究並在現場進行分析。但美國宇航局 2021 財年預算既沒有得到授權也沒有為該任務分配任何資金，這使得它的未來充滿不確定性。

該任務的目標是尋找地表下約 10 厘米處的生命印跡，描述近地表非冰物質的成分，並檢測著陸器位置附近的液態水和近期噴發物。



歷史

美國宇航局曾在 2005 年評估過登陸木衛二的歐羅巴著陸器概念。此外，在 2012 年還對著陸器進行過評估。歐羅巴任務繼續得到支持，2014 年，美國國會眾議院撥款委員會宣布了一項兩黨法案，其中包括撥款 8000 萬美元以繼續歐羅巴任務概念的研究。

美國國會就歐羅巴著陸器發布了一項國會指示，美國宇航局則於 2016 年啟動研究，對這一概念進行了測算和評估。該任務概念得到了海洋世界探索計劃的支持，2017 年 2 月初，美國宇航局行星科學部發布了它的報告，這是一份科學定義團隊為期六個月研究的報告，它充分評估了歐羅巴著陸器任務潛在的科學價值和工程設計。

在國會綜合開支法案中，對美國宇航局的 2021 財年預算里沒有包括任何條款授權或資助歐羅巴著陸器，因為以前的法案使該任務的前景面臨不確定。



概述

這任務的主要目標是檢測曾經或現在生命的有機指標，稱為生物印跡。上世紀 90 年代，伽利略任務的最大成果之一，就是發現了木衛二地表下存在一個可能宜居的大型地下海洋。而歐羅巴著陸器被認為是伽利略軌道器及探測任務合理的後續行動。地球生命幾乎可以在所有有水的地方找到，由此可見，木衛二是尋找太陽系中其他地方生命的絕佳候選目標。這種地下水可能不僅由於地質活動而變暖，而且可能還富含溶解的礦物質和有機化合物。地球上存在著各種各樣的生態系統，它們無法獲得陽光，而是依賴於熱液噴口或其它適合嗜極細菌產能的化學來源 (參見化學合成)。迄今為止的測量表明，木衛二上的海洋體積大約是地球海洋的兩倍。冰下的液態水層可能與衛星內部有接觸，這使得熱液能量和化學物質可隨時獲得。地表探測可利用木衛二相對年輕、活躍的表面，因為這種活動可能會讓地下深層的物質定期遷移至地表。

狀態

2017 年 7 月 18 日，眾議院太空小組委員會舉行了關於預定為大型戰略科學任務的歐羅巴快船聽證會，並討論了可能作為後續行動的歐羅巴著陸器。總統 2018 年和 2019 年的聯邦預算提案沒有為「歐羅巴」著陸器提供撥款，但它確實分配 1.95 億美元用於概念和所需科學儀器的研製。



目標

該著陸器任務有三個主要的科學目標:


* 尋找生命印跡；

* 通過登陸任務特有的現場技術評估木衛二的宜居性；

* 描述地表和地下特性，以支持未來對木衛二的探索。



太空飛行器

飛行的關鍵階段是：發射、巡航、軌道脫離、下降和著陸。太空飛行器將由幾個模塊組成，這些模塊將在脫離軌道和著陸過程的不同階段被丟棄。整個模塊組合將由運載平台推進，運載平台也安裝有太陽能電池板。進入木星軌道後，飛船將約運行兩年時間來調整軌道和速度，然後嘗試登陸木衛二。

當準備著陸時，巡航級將被丟棄，留下承載探測器組合，被稱為脫軌運載器 (DOV) 的結構，脫軌運載器將減速並開始下降。這一階段的發動機艙，被稱為脫軌級 (DOS)，將在點火後丟棄，留下動力下降運載器 (PDV)，它包括著陸器和空中吊車系統。空中吊車系統用繩索將著陸器軟著陸至地表，精度為 100 米 (330 英尺)。

著陸器將配備一條具有 5 維自由度的機械臂，使它能夠挖出幾份最深 10 厘米 (3.9 英寸) 的淺表地層樣本，並將它們送入機載實驗室。

電源

一旦著陸，著陸器將使用化學電池供電，而不是放射性同位素熱能發電機 (RTG) 或太陽能供電，最多可運行 22 天。2019 年的概念提出了 4 組電池，在大約 22 天的地面作業期間，可提供三倍於安全邊際量所需的電能。完成地面任務的基本天數為 7 天，另外的 15 天用於應急。

無論電源如何，影響任務壽命的一個限制因素可能是輻射存活率；據估計，木衛二表面每天承受 2.3 兆拉德或 540 雷姆輻射，而典型的地球表面劑量約為 0.14 雷姆 / 年。伽利略號軌道飛行器上的電子設備在執行任務時因受到輻射而損壞。



發射與軌道

發射裝置將是建議在 2025 年發射的太空發射系統 (SLS)。太空發射系統是根據 16.6 公噸的太空飛行器質量，包含將太空飛行器送入環木星軌道的固體推進劑和天空吊車著陸系統在內而提出的。2025 年，太空發射系統將探測器送入一條精心安排的軌道，2027 年經地球重力助推，於 2030 年抵達木星 / 木衛二。在接下來的一年，它將圍繞木星機動運行一段時間，以準備降落到木衛二，登陸將在進入環木星軌道二年後實施。



著陸地點

歐羅巴著陸器必須要以合適的速度降落到地面，但由於木衛二上基本沒有大氣層，因此，沒有所謂的「再入」過程，只是單純的下降和著陸。行星學會注意到，美國宇航局稱這一過程為「DLL」- 脫軌 (de-orbit)、下降 (descent) 和著陸 (landing)。1995 年，天文學家利用哈伯太空望遠鏡發現，木衛二有一層由氧氣構成的極纖薄的外大氣層，與地球相比，它的大氣層非常稀薄，其表面壓力預計為 0.1 微帕或地球的 10−12 倍。

登陸器將直接與地球通信，但「歐羅巴快船」如果仍在運行，則可以作為登陸器的額外通信中繼為確保通信，曾有過在著陸任務中增加一顆通信軌道器的建議。

表面結構

2018 年 10 月發表的一項研究表明，木衛二大部分表面可能覆蓋著相距很近，高達 15 米 (50 英尺) 的冰刺 (融凝冰柱)，稱為「懺悔者」(penitents)。雖然伽利略軌道器的提供成像缺乏確認該說法所需的解析度，但雷達和熱量數據與這種解釋相一致。這也支持了在計劃登陸器任務之前，先通過歐羅巴快船和歐空局的木星冰月探測器進行高清偵測的必要性，這兩艘探測器都計劃在 2022 年發射。



探測儀器

該任務的構想需要資金和進一步的研製才能啟動，其中一項關鍵要求是在木衛二表面的輻射環境中工作，木衛二上的輻射環境非常惡劣，因此著陸器可能需要額外的保護，就像朱諾號木星軌道器的輻射防護罩。這種保護罩有助於減少對脆弱系統的輻射，尤其是軌道飛行器上的電子設備。

2017 年 5 月，美國宇航局於向科學界公告歐羅巴著陸器上考慮要使用的儀器，概念研究報告將於 2019 年 6 月發布。

美國航天局根據木衛二探索 2 號 (ICEE-2) 的儀器概念，選擇了 14 台可能成熟的儀器，每台儀器大約獎勵 200 萬美元，為期兩年。木衛二探索 2 號項目將使用新穎成熟的設備來滿足這次任務的探測目的和任務目標。



行星保護

行星保護準則要求，必須避免地球生物無意中污染木衛二的海洋，其概率水平要低於萬分之一。著陸器和著陸系統組件必須在無塵室內進行組裝和測試，所有部件在安裝到太空飛行器上之前必須在無塵室進行清潔或消毒。在完成著陸器運載後，建議使用天空吊車進行降落處理 。在任務結束時著陸器可能會使用燃燒裝置自毀。如果探測器與地球失去聯繫，該系統也會被自動觸發。



歐羅巴快船

「歐羅巴快船」是一艘單獨發射的太空飛行器，它將為歐羅巴著陸器任務奠定基礎。之前，美國宇航局曾評估過一道軌道飛行器和著陸器，但由於國會的大力支持，以致在 2016 年又提出了單獨發射的著陸器任務建議。該「快船號」軌道飛行器將提供偵測數據來揭示木衛二的輻射環境並幫助確定著陸位置。



另請參閱


* 木衛二軌道飛行器

* 伽利略衛星

* 朱諾號 —— 美國宇航局用於研究木星的宇宙飛船

* 拉普拉斯 - P

* 海洋世界探索計劃



參考文獻



外部連結


* 美國宇航局 2016 年歐羅巴著陸器研究報告 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）

* 歐羅巴著陸器研究 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）- 美國宇航局採購主頁

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