探索最终的边疆需要一种在相互竞争的工程需求之间取得微妙平衡的艺术。为了探究从海沟到太阳灼热大气层等不适宜居住之地的奥秘，科学仪器必须坚固而又极其灵敏——它们必须能够承受其所处的环境，但又要有足够的暴露度来完成工作。在保护和有意暴露之间取得平衡可能是一项重大挑战。NASA 今天上午发射的一艘航天器标志着在实现这种平衡方面迈出了新的一步。
看看这艘探测器是如何建造的。
朱诺号（Juno），将研究木星严峻的辐射带，可以说是建造过的最坚固的航天器之一，它装备了一个天体外壳，可以保护其核心和数据中心免受致命辐射的肆虐。它也是最精密的航天器之一，其仪器能够以前所未有的细节测量木星云层下的大气。
除了太阳附近，朱诺号的主要探测任务必须在太阳系中最恶劣的环境之一中进行。它将成为未来探索宇宙中最危险之地的任务的宝贵试验台——它还将回答关于木星以及其他行星如何形成的重要问题。
工程师设计了一个钛合金辐射屏蔽舱来保护航天器的控制系统，但他们只能为大部分传感器提供有限的保护，传感器必须由能够承受高辐射水平并消散电荷的特殊材料制成。朱诺号的微波辐射计是其最重要的仪器之一，也是决定航天器整体尺寸的天线，它被与其接收器分离开，需要长长的射频线路来传输数据。西南研究所朱诺号首席研究员兼空间科学部门主任斯科特·博尔顿（Scott Bolton）表示，这种分离偏离了典型的航天器设计。
“传感器暴露在外，处于脆弱状态。它们有局部屏蔽，因此可以承受辐射，但仪器背后的‘大脑’都通过脐带线连接到这个屏蔽舱，”他说。“我们需要非常特别的屏蔽电缆，所有这些都必须提前铺设好，才能将传感器一直连接到‘大脑’。”
外部电缆暴露在-220华氏度（约-140摄氏度）的环境下；而在屏蔽舱内，温度将保持在32华氏度到104华氏度（0摄氏度到40摄氏度）之间。
该屏蔽舱将确保朱诺号的接收器和电子设备的总电离剂量低于 6 kRad，这甚至低于一些绕地球运行的仪器。
这一切都将通过超低功耗的电源实现。朱诺号是第一个太阳能驱动的外行星任务，这意味着它必须依靠其巨大的、长29英尺、宽9英尺的太阳能电池阵列（每个都相当于一辆半挂车的尺寸）产生的微薄能量来维持运转。当朱诺号在轨道运行时，这个Y字形系统将始终朝向太阳，提供约450瓦的电力。
博尔顿说，尽管距离太阳4亿英里，阳光会更弱，但工程师们认为，设计新的、最先进的太阳能电池阵列比建造新的核动力源更有效。
为什么选择木星？
所有这些精心的设计都将帮助朱诺号以前所未有的方式窥探木星的云层之下——因此得名，取自罗马神话中那位能够窥探木星自己制造的云层帷幕的女神朱诺，她是罗马神祇的妻子（也是姐妹）。
当朱诺号于2016年抵达这颗气态巨行星时，它将围绕木星的两极进行33次轨道运行，从北极接近，穿过辐射带下方，然后从南极离开。这种轨道将使朱诺号能够安全地研究这颗行星的深层大气、引力场、磁场和极磁层。
其主要目标之一是寻找氧气，氧气应该在这颗行星上含量丰富，尽管科学家们一直难以找到它。博尔顿说，它很可能隐藏在这颗行星条纹状的云层之下，在那里它与水结合。朱诺号的微波辐射计将研究这颗行星的水含量，这将为关于行星如何从形成太阳和太阳系其他部分的尘埃云中凝聚而成的理论提供信息。
正如朱诺号的科学团队所说，我们星球的历史就住在木星里。太阳系中的一切都可以容纳在这第五颗行星里，甚至还有剩余——其他气态巨行星、所有小行星、彗星、小卫星和星子。与地球和其他岩石行星不同，木星自从诞生以来就未曾改变，因此它为太阳系的其他部分充当了一个时间胶囊，博尔顿说。
博尔顿说：“我们知道木星一定非常重要，因为它除了太阳之外是最大的组成部分。它一定形成得很早，如果不是第一的话，并且它一定决定了条件并塑造了其他一切。”
自1610年伽利略首次发现木星的卫星以来，木星就一直吸引着天文学家。如今，科学家们已经对它有了很多了解——部分是通过先驱者号（Pioneer）、旅行者号（Voyager）和卡西尼号（Cassini）探测器的飞掠，以及由以伽利略先生命名的探测器进行的长期停留——但仍有许多问题悬而未决。伽利略号探测器（Galileo probe）于1995年至2003年间访问了木星系统，它曾冲入木星大气层探测其成分，结果发现的水含量远低于科学家们的预期。许多研究人员现在认为，它观测的是一个特别干燥、浅层的区域；而朱诺号的设计是为了通过深入约375英里（约600公里）的木星大气层来寻找这些水。
博尔顿说，其他测量将确定木星中心是否有重元素核心，还是完全由气体组成。如果它有岩石核心，那意味着它形成得较晚，是在太阳周围的岩石固化之后；如果全是气体，那可能意味着这颗行星是在太阳形成后不久形成的。科学家们还将通过研究深处翻滚的金属氢，了解木星强大磁场的成因，它是所有行星中最强的。
当朱诺号抵达木星时，它将以每小时134,000英里（约215,000公里）的速度在太空中飞驰，是速度最快的航天器之一。博尔顿说，朱诺号的旋转运动使其在这种速度下更容易控制。经过33次轨道运行后，朱诺号将冲入木星大气层，在稠密而翻滚的云层中像流星一样燃烧殆尽，同时继续进行测量。
博尔顿说：“我们无法通过审视自身来了解我们最早的历史。我们试图做的是发现行星的‘食谱’。方法是先获取‘配料清单’，而这正是木星对我们的意义。”
