二、探测器基本情况
朱诺是一艘采用自旋稳定的太阳能飞船,设计采用大椭圆极轨道方案以避开木星强大的辐射带。整个项目的设计思路是全部采用成熟技术,项目全部采用现成的科学设备,不需要新研发新技术。
1)为什么采用自旋稳定设计?
对于朱诺而言,和美国宇航局早期的“先驱者”飞船一样,自旋将增强飞船指向的稳定性并方便地面控制。在发射后一直到太阳能帆板展开之前的这一段时间内,朱诺飞船的自转将由仍然与飞船连接在一起的火箭上面级完成。整个项目期间朱诺的自转速度也是有变化的:在巡航阶段自转速率是每分钟1圈,科学考察阶段是每分钟2圈,主引擎工作调姿阶段会临时性改为每分钟5圈。
为了简化设计并减少质量,朱诺搭载的所有设备都是固定安装的。当围绕木星运行时,随着飞船自转,所有设备在一圈的时间内会将木星在其观测视野中扫过一次。当飞船处于每分钟2圈的工作状态时,在朱诺飞船从木星一个极地上空飞到另一端的极地上空的两个小时时间内,相关科学设备将扫过木星400次。
2)推进系统
为了控制重量并增加冗余设计,朱诺飞船采用双模式推进系统,包括一台使用两种推进剂的主引擎以及多台使用单一推进剂的调姿发动机。
朱诺飞船上安装的一台Leros-1b主发动机是一台645牛顿双推进剂引擎,使用联氨-四氧化二氮推进剂。其发动机喷口被固定在探测器后部,主要作用是较大的轨道调整和减速制动等。
除了主发动机之外,探测器上还安装了12台推力较小的调姿发动机,它们的存在让飞船在三维空间进行姿态调整成为可能,同时它们也会被用于进行较小的轨道调整。
3)命令与数据处理
朱诺探测器的命令与数据处理系统采用一台RAD750型飞行处理器,自带256M闪存及128MDRAM本地存储。
4)电子保护舱
为了保护敏感的电子设备,朱诺飞船首次采用了辐射防护电子舱,这一设计未来对于同样前往高强度辐射环境执行任务的探测项目具有参考价值。这个采用钛金属制成的防辐射电子舱大小和一辆SUV型轿车后部的行李箱相当,其防护层厚度超过1厘米。飞船的指令与数据系统(相当于探测器的大脑)、电力与数据分发系统(相当于心脏)以及大约20套其他电子设备就被安装在其中,整个电子舱的重量超过200公斤。
5)太阳能发电
木星距离太阳比地球远5倍,因此在木星附近接收到的太阳能功率大约仅有地球附近的1/25。朱诺将是首个在如此遥远的距离上使用太阳能为动力的飞船,因此朱诺飞船的太阳能帆板面积必须尽可能的大,以便产生足够多的电力。
朱诺之所以敢于采用这样大胆的方案,得益于在过去20年间太阳能晶片在发电效率上超过50%的提升。另外,根据设计,朱诺飞船的能耗功率本身也是非常低的,这是一艘能源效率很高的飞船。
朱诺飞船的3根太阳能帆板从其六边形的本体伸出,使展开太阳能帆板后的飞船宽度超过20米。这些太阳能帆板在太空展开后,一直到任务结束,除了在飞掠地球期间的数分钟时间内,都将一直保持正对太阳的方向。当然,和其他飞船一样,为了能够放进火箭整流罩内,在发射时,太阳能帆板都是处于折叠状态的。