美国宇航局的木卫二任务因航天器上芯片而受到威胁

定于十月发射的木卫二快船太空飞船上的晶体管可能无法承受木星周围强烈的辐射。

美国宇航局周四表示，正在研究一艘价值 50 亿美元的航天器上晶体管的耐久性，该航天器是木星的海洋卫星木卫二，这引发了人们对该航天器在太阳系最大行星周围的强烈辐射下能否按原计划运行的担忧。

航天器上的设备问题可能会导致木卫二快船任务长期推迟，NASA 将其列为“旗舰”，这是其最具科学意义的使命。专家表示，如果该航天器按计划于 10 月发射，它可能无法实现其科学目标，即评估木卫二上是否有生命。

问题在于晶体管（作为计算机芯片和其他电子设备的组成部分的电子开关）是否有能力抵抗木星系统强大的辐射。

宇宙射线和太阳喷发等力量导致太空中充斥着辐射，每艘航天器都需要一定程度的辐射防护。但木卫二位于一个特别危险的太空区域内，被称为木星辐射带，那里的放射性比地球周围高出 50 多倍。

美国宇航局“朱诺”号航天器首席研究员斯科特·博尔顿表示，航天器工程师担心两种辐射剂量。“朱诺”号是一艘目前绕木星运行的小型航天器。

总电离剂量会随时间推移而增加，而辐射剂量又会随时间推移而增加。辐射会破坏航天器计算机中的数据、造成短路、扰乱电压水平并烧毁电子设备。为了缓解这种情况，航天器制造商可以在敏感的暴露部件周围设置屏蔽；建造“辐射保险库”来容纳关键技术；或者使用抗辐射部件，例如现在引起关注的芯片。

5 月 3 日，NASA 喷气推进实验室（位于加利福尼亚州帕萨迪纳，是该航天器的主要制造商）的工程师从一位“非 NASA 客户”处获悉，重要的抗辐射芯片在“明显低于”预期的辐射水平下进行测试时失效。该实验室的欧罗巴快船项目经理乔丹·埃文斯 (Jordan Evans)上个月在空间研究委员会会议上提出了这个问题，该委员会是美国国家科学院的一个委员会，为 NASA 提供咨询。

他说，描述航天器新发现的辐射脆弱性是“一项持续的活动”。“我们有时间在准备发射的同时继续这项工作。”

Europa Clipper 中存在缺陷的芯片被称为金属氧化物半导体场效应晶体管，简称 MOSFET。

美国宇航局行星科学部飞行项目负责人香农·菲茨帕特里克 (Shannon Fitzpatrick) 在行星科学顾问委员会 (由为美国宇航局提供咨询的外部研究人员组成) 本周的会议上表示：“我们发现其中一些 MOSFET 在辐射水平较低的情况下会失效”，而辐射水平低于木卫二周围的普遍环境。她还在会上表示，工程师们尚未解决这个问题。

目前，Europa Clipper 使用的芯片由德国半导体公司英飞凌科技制造。这些芯片还用于军用航天器。英飞凌发言人拒绝对“实际或潜在客户”发表评论，但表示该公司“制定了严格的流程，以确保我们的产品符合所有相关的质量和性能标准”。

所有造访过木星的航天器都必须应对该星球的辐射。但木卫二快船任务只有通过近距离接触并一头扎进卫星的放射性沼泽中，才能研究木卫二海洋、冰和内部的关键奥秘。

喷气推进实验室和约翰霍普金斯大学应用物理实验室的工程师们花了 20 多年时间设计木卫二飞船和飞行路线，以抵御放射性环境。例如，为了最大限度地减少暴露，飞船将绕木星而不是木卫二轨道飞行，每隔几周以不同的角度绕木卫二飞行，距离木卫二最近处 15 英里。

根据这一计划，在预计的四年任务期间，木卫二快船将捕捉到木卫二 90% 表面的极其精细的图像。

该航天器及其专用科学仪器套件旨在确定木卫二是否适合外星生命形式居住。木卫二的大小与地球的月球相当，被冰壳包裹。冰层下面是一片海洋，其中的液态盐水比地球上多两倍。四十亿年来，这片海洋与其温暖的岩石海底以及彗星和小行星带来的有机物质发生了化学反应。辐射可以通过氧化木卫二的海洋来维持生命形式。

但唯一能知道答案的方法就是让木卫二快船反复接受严酷的辐射。

本月，喷气推进实验室专门研究芯片的“老虎队”将与任务的科学家和工程师分享初步结果。他们正在模拟如果按原样发射，航天器可以在木卫二周围存活多长时间。

菲茨帕特里克女士说：“老虎队正在进行一项广泛的测试计划”，并与美国宇航局位于马里兰州的戈达德太空飞行中心和约翰霍普金斯大学应用物理实验室的专家合作。

她说：“我们还有时间来应对这一风险。”

然后，团队和实验室管理层必须就如何处理航天器提出正式建议。

博尔顿博士说，如果工程师无法确认航天器能够按照设计完成任务，NASA领导层可能不得不重新考虑任务计划或更改发射时间表。

由于预计木卫二快船在 10 月发射后需要五年多时间才能到达木星，喷气推进实验室的工程师们将有时间找到挽救部分任务科学成果的方法，可能通过不同的轨迹避开该地区最严重的辐射，以及其他策略。但在这种情况下，他们返回的数据可能达不到科学家们所期望的水平。

或者，NASA 可以推迟航天器的发射并将其返回喷气推进实验室。NASA 局长比尔·尼尔森拥有推迟该任务的最终权力。

如果芯片的复制品数量足够多，工程师们就可以更换它们，这个过程很简单，但很辛苦。航天器需要拆开，工程师们需要拉出电路板，用镊子和放大镜打开焊点，取出旧芯片并安装新芯片。这可能需要几个月到一年的时间。

如果此类芯片数量有限，工程师可能不得不使用其他供应商的替代品，这就需要对航天器进行彻底的重新评估。这可能需要数年时间。

无论多么令人沮丧，任何延迟至少可能会产生一艘完全能够解答有关木卫二的问题的航天器，这些问题激发了一代行星科学家。