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可用于探索木卫二的天线

已有 2849 次阅读 2021-8-1 22:10 |个人分类:资讯|系统分类:科普集锦

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2019年11月18日,美国研究人员在英国《自然·天文学》杂志上发表报告称,首次在木星卫星木卫二的大气中检测到水,为木卫二冰面数英里之下可能存在海洋提供了证据。木卫二,又称欧罗巴,体积与月球相仿,表面覆盖着一层厚厚的冰,其冰面下可能有一个巨大的海洋存在。这里被美国航天局称为在太阳系内寻找地球之外生命的“高度优先调查目标”。2016年到2017年间的17个夜晚,美国航天局行星科学家卢卡斯·帕加尼尼团队利用夏威夷凯克天文台的一台光谱仪,发现了木卫二上的水汽信号,这台仪器可检测行星大气中化学组分吸收或辐射红外光的情况。

科学家此前一直推测木卫二冰面下的液态水会以间歇泉的方式喷发,但由于现有探测器的探测能力有限,地面望远镜又会受到地球大气中水分子的干扰,一直以来很难在木卫二的大气中找到水。为了最大程度减少这种干扰,帕加尼尼团队建立了一套复杂的数学和计算机模型,用以模拟地球大气条件,从而将地球上的水分子从木卫二的观测数据中剔除出去。这项研究为木卫二冰面数英里之下可能存在海洋提供了证据。研究人员认为,这些水分子的另一个可能来源是木卫二浅表下的融冰水库。美航天局计划2024年发射“欧罗巴快帆船”探测器,近距离揭开木卫二的奥秘。

传统上,为火星任务设计的着陆器(和环绕器)依靠具有高数据速率的中继轨道器及时将科学数据传回地球。这些轨道飞行器,例如火星侦察轨道飞行器和火星奥德赛,拥有大型抛物面天线,使用大量功率(大约 100 瓦)与地球进行通信。虽然毅力号和好奇号火星车也有直接对地天线,但它们很小,使用较少的功率(约 25 瓦),而且效率不高。这些天线主要用于传输流动站的状态和其他低数据更新。这些现有的直接对地天线根本无法胜任从欧罗巴一路通信的任务。美国JPL实验室针对此任务,设计了一款圆极化天线阵列。阵列规模为32x32。天线工作在X 波段,上行链路为7.145 - 7.19 GHz,下行链路为 8.4 - 8.45 GHz。尺寸大小(82.5 x 82.5 厘米),由于金属更能抵抗电离辐射,天线采用了纯铝材料,虽然纯铝在地面会氧化问题,但在太空中由于没有空气,不会导致氧化影响天线效率,采用纯铝天线效率可以达到80%。

“馈电”是天线与无线电发射器和接收器之间的连接。通常,圆极化天线需要两个垂直馈电来控制信号产生。但是本设计采用遗传算法,开发了单一馈源的天线结构。同时,采用一个相对较大的金属柱作为接地保护每个馈源免受静电放电。 8×8单元组成子阵,整个阵列总共 16 个子阵列。阵列采用空腔的带状线馈电,电磁波可以安全地通过带状线传,同时仍能保护线路免受会在陶瓷或玻璃等电介质上积聚的放电影响。此外,悬浮式空气带状线损耗低,非常适合高效天线设计。

天线通过了震动测试、高低温测试、电离辐射测试。

JPL engineers pose with a mock-up of a Europa lander concept

Photo of unit cells

This exploded view of an 8-by-8 subarray of the antenna

Photo of antenna in an anechoic chamber with the antenna in a white foam box.


参考链接:https://spectrum.ieee.org/no-antenna-could-survive-europas-brutal-radioactive-environment-until-now



https://blog.sciencenet.cn/blog-2148673-1297937.html

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