Europa Clipper, NASA:s kommande flaggskeppsuppdrag till det yttre solsystemet, har passerat en betydande milstolpe, slutföra sin Critical Design Review. Under granskningen, experter undersökte den detaljerade designen av rymdfarkosten för att säkerställa att den är redo att slutföra konstruktionen. Uppdraget kan nu slutföra tillverkning och testning av hårdvara, och gå mot montering och testning av rymdfarkosten och dess nyttolast av sofistikerade vetenskapliga instrument.

Med ett internt globalt hav som är dubbelt så stort som jordens hav tillsammans, Jupiters måne Europa har potential för förhållanden som är lämpliga för liv. Men de iskalla temperaturerna och ytans oavbrutna stöt från Jupiters strålning gör det till ett knepigt mål att utforska:Missionsingenjörer och forskare måste designa en rymdfarkost som är tillräckligt tålig för att motstå strålningen men ändå känslig nog för att samla den vetenskap som behövs för att undersöka Europas miljö.

Europa Clipper orbiter kommer att svepa runt Jupiter på en elliptisk bana, dopp nära månen vid varje förbiflygning för att genomföra detaljerad spaning. Vetenskapen inkluderar att samla in mätningar av det inre havet, kartlägga ytsammansättningen och dess geologi, och jagar efter plymer av vattenånga som kan ventileras från den isiga skorpan.

Utvecklingen av rymdfarkosten går bra, baserat på den intensiva undersökning som NASA nyligen genomförde. The Critical Design Review genomförde en djupdykning i detaljerna i planerna för alla vetenskapsinstrument – ​​från kameror till antenner – och flygundersystem, inklusive framdrivning, kraft, flygelektronik, och flygdatorn.

"Vi visade att vår projektsystemdesign är stark, " sa Europa Clipper projektledare Jan Chodas från NASA:s Jet Propulsion Laboratory i södra Kalifornien. "Våra planer för att slutföra utvecklingen och integrationen av de enskilda delarna håller ihop, och systemet som helhet kommer att fungera som utformat för att samla de vetenskapliga mätningarna vi behöver för att utforska Europas potentiella beboelighet."

Hårdvara på gång

Utöver detaljplaner, uppdraget har byggt prototyper och ingenjörsmodeller för att testa hur väl instrumenten och tekniska delsystemen kommer att fungera. Sedan är det själva flyghårdvaran. Mycket av det byggs redan; individuella tekniska delsystem och instrument har godkänt sina egna designrecensioner under det senaste och ett halvt året.

Den mest slående av Europa Clippers funktioner, dess signaturelement, håller på att ta form. Nästan 10 fot (3 meter) i diameter, den skivformade högförstärkningsantennen, som kommer att ta emot kommandon från jorden och sända vetenskapsdata tillbaka, är i sitt slutskede av monteringen. Och den överlägset mest synliga av Europa Clippers hårdvara – de massiva solpanelerna som kommer att vecklas ut i rymden som vingar – är också under uppbyggnad. Rymdfarkosten, med dess arrayer fullt utplacerade, är bredare än en basketplan är lång, spänner över 100 fot (30,5 meter). Arrayerna kommer att täcka över 960 kvadratfot (90 kvadratmeter).

De kommer att kopplas till framdrivningsmodulen som byggs av Johns Hopkins Applied Physics Lab (APL) i Laurel, Maryland. Framdrivningsmodulens kärna består av två staplade cylindrar som tillsammans står nästan 10 fot (3 meter) höga och håller de framdrivningstankar och 16 raketmotorer som kommer att driva Europa Clipper när den lämnar jordens atmosfär.

Tekniker vid NASA:s Goddard Space Flight Center kontrollerar passformen av cylindrarna i framdrivningsmodulens kärna på NASA:s rymdfarkost Europa Clipper den 15 oktober, 2020.

Tekniker vid NASA:s Goddard Space Flight Center kontrollerar passformen av cylindrarna i framdrivningsmodulens kärna på NASA:s rymdfarkost Europa Clipper den 15 oktober, 2020. De staplade cylindrarna rymmer framdrivningstankarna och raketmotorerna som kommer att driva Europa Clipper när den lämnar jordens atmosfär. Kredit:NASA/Barbara Lambert

De gigantiska cylindrarna förkroppsligar det samarbete som krävs för att sätta ihop en sådan här rymdfarkost. De byggdes av APL och skickades till JPL för installation av värmedistributionssystemets slangar, del av ett system som kommer att hålla rymdfarkosten termiskt kontrollerad. Cylindrarna skickades sedan till NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, för installation av framdrivningsdelsystemet. Det finns 400 svetsade anslutningar, var och en av dem röntgades för kvalitetskontroll, som är nyckeln till framgångsrik installation av framdrivningsdelsystemet.

APL bygger också telekommunikationsmodulen för radiokommunikation med jorden och en strålningsmonitor för att mäta storleken på elektronexplosionen som träffar rymdfarkosten under dess 40-plus förbiflygningar av Europa.

På JPL, konstruktion pågår av flera delar av flygsystemet, inklusive det skyddande valvet som skyddar kritisk elektronisk hårdvara från Jupiters intensiva strålning. JPL bygger och testar också flygelektronikundersystemet, som inkluderar flygdatorn, strömbrytar- och distributionshårdvaran, flygprogramvaran som behövs för att utföra vetenskapsuppdraget, och marksystemverktygen som behövs för att flyga uppdraget. Det byggs också markstödsutrustning som kommer att användas för att montera och testa Europa Clippers stora delar av flyghårdvara.

"Det är en mycket spännande tid för laget, se frukterna av deras arbete som kommer att kretsa kring Jupiter om några år, " sa Europa Clipper biträdande projektledare Jordan Evans på JPL. "Även inför covid-19, laget skjuter på alla cylindrar. Använda arbetssäkra protokoll, de utför det nödvändiga arbetet med hårdvaran medan resten av teamet gör sitt jobb hemma."

En sofistikerad svit

När detta arbete går framåt, projektledare fortsätter att planera vetenskapen kring uppdraget. Rymdfarkostens vetenskapliga instrument kommer att mäta djupet på isskorpan, mäta djupet av det inre havet och hur tjockt och salt det är, fånga färgbilder av ytgeologi i detalj, och analysera potentiella plymer.

Forskare är särskilt intresserade av vad som utgör månens yta. Bevis tyder på att material som exponerats där har blandats genom den isiga skorpan och kanske kommer från havet under. Europa Clipper kommer också att undersöka månens gravitationsfält, som kommer att berätta för forskare mer om både hur månen böjer sig när Jupiter drar på den och hur den åtgärden potentiellt kan värma det inre havet.

"Vi gör ett arbete som ett decennium från och med nu kommer att förändra hur vi tänker om mångfalden av världar i det yttre solsystemet - och om var liv skulle kunna existera just nu, inte i det avlägsna förflutna, " sa Europa Clipper Project Scientist Robert Pappalardo från JPL.

Men ju fler instrument en rymdfarkost bär, desto mer interagerar de och påverkar potentiellt varandras verksamhet. För detta ändamål, noterade Pappalardo, "Vi ser för närvarande till att alla instrument kan fungera samtidigt utan elektromagnetiska störningar."

Hela uppsättningen av instrument kommer att genomgå omfattande tester efter att de anländer till JPL 2021. I början av 2022 börjar monteringen, testa, och starta operationer. Nedräkningen är igång.

"Mindre än ett år kvar tills alla hårdvaruenheter måste dyka upp på ett ställe, " sa Chodas. "Vi samlar alla dessa delar för att börja bygga upp hela flygsystemet, testa sedan den helt integrerade rymdfarkosten och gör den redo för uppskjutning."

Teamet är på väg att ha Europa Clipper redo för lansering 2024.

Mer om uppdraget

Uppdrag som Europa Clipper hjälper till att bidra till området astrobiologi, den tvärvetenskapliga forskningen om variabler och villkor i avlägsna världar som skulle kunna hysa livet som vi känner det. Även om Europa Clipper inte är ett livsupptäckt uppdrag, den kommer att genomföra detaljerad spaning av Europa och undersöka om den iskalla månen, med dess underjordiska hav, har förmågan att försörja livet. Att förstå Europas beboelighet kommer att hjälpa forskare att bättre förstå hur livet utvecklades på jorden och potentialen för att hitta liv bortom vår planet.