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木星冰卫星探测器

探测任务
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木星冰卫星探测器 （Jupiter Icy Moons Explorer，缩写JUICE）是欧洲空间局进行中的一个木星系探测任务，旨在研究木星的三颗冰质卫星：木卫三、木卫四和木卫二[3]。人们认为它们的冰面下有大量液态水，这将使它们成为潜在的宜居环境.[4][3]。但该任务并不关注火山活跃的木卫一，这是一颗非冰质卫星。

木星冰卫星探测器
运营方ESA
国际卫星标识符2023-053A
卫星目录序号56176在维基数据编辑
任务时长巡航阶段：8年
科学阶段：3.5年（预计）
经过时间: 1年6个月又29天
航天器属性
制造方空中客车国防航天公司
发射质量6,070千克（13,380磅）[1]
干质量2,420千克（5,340磅）[1]
尺寸16.8 x 27.1 x 13.7 meters[1]
功率一个太阳能电池板 850 W ~85 m2（910 sq ft）[1]
任务开始
发射日期2023年4月14日 12:14:36 UTC[2]
运载火箭阿丽亚娜5号运载火箭
发射场圭亚那航天中心
飞掠地球-月球（重力助推）
最接近2024年8月
飞掠金星（重力助推）
最接近2025年8月31日
飞掠地球
最接近2026年9月29日
飞掠地球
最接近2029年1月18日
飞掠小行星223
最接近2029年10月15日（拟议）
木星轨道器
入轨2031年7月（计划）
脱轨2034年12月（计划）
木卫三轨道器
入轨2034年12月（计划）
轨道参数
近拱点500 km（310 mi）
远拱点500 km（310 mi）
JUICE mission logo
JUICE 任务徽章
宇宙愿景(Cosmic Vision)

2012年5月2日由空中客车承造，这宣布了为欧洲空间局的宇宙愿景（Cosmic Vision）科学计划的大型（L级）项目选择此任务[5][6]。探测器已于世界标准时间2023年4月14日12:14:36 UTC发射[2]，将经过4次重力助推和8年的旅行，将于2031年7月到达木星[7][8]。2034年12月，该航天器将进入木卫三附近轨道执行近距离科学任务[7]，成为第一个绕地球月球以外的卫星运行的航天器。

它的运行时间正好将与2024年10月所发射的竞争对手，美国宇航局欧罗巴快船（但此欧罗巴非指欧洲，是木卫二的传统名称）任务重叠比试。

背景

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该任务的开始重启了作为欧洲空间局前拉普拉斯任务的组成部分木卫二－木星系统任务(EJSM-Laplace)[9]。 它有望成为欧洲航天局宇宙愿景计划的第一个大型（L级）任务。

2012年4月，木星冰卫星探测器在推荐的优先级上超过了雅典娜X射线望远镜和新引力波天文台[10][11]。

2015年7月，空中客车国防航天公司被选为设计和建造探测器的主要承包商，探测器将在法国图卢兹组装[12]。

探测器

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探测器设计的主要驱动因素与距太阳的遥远距离、太阳能的使用、以及木星恶劣的辐射环境有关。 木星和木卫三的轨道插入以及大量的飞越机动（超过25次重力助推和2次木卫二飞越）需要航天器携带约3,000千克（6,600磅）的化学推进剂[13]。

探测器有一个固定的2.5米直径高增益天线和一个可操纵的中增益天线，将使用无线电频谱Ka波段和X波段。 地面深空天线可实现 2 Gb/日 的下行链路速率。 机载数据存储容量为 1.25 Tb[1]。

探测器主发动机是一个自燃双推进剂（单甲基肼和氮的混合氧化物）425 N 助推器。 100 公斤的多层绝缘材料提供热量控制。 该航天器使用动量轮进行三轴稳定。 辐射屏蔽用于保护机载电子设备免受木星环境的影响[1]。

时间线

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发射和轨迹

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欧空局木星冰卫星探测器的阿丽亚娜5号发射

该探测器已经于世界标准时间2023年4月14日 12:14:36 UTC透过阿丽亚娜5号运载火箭从圭亚那航天中心发射升空； 在几分钟后，它的太阳能电池板就部署好了，这促使欧空局认为发射成功[14]。发射后，将有多个计划的重力助推将探测器 置于通往木星的轨道上：2024年8月飞越地月系统，2025年8月飞越金星，2026年9月第2次飞越地球， 2029年1月第3次也是最后一次飞越地球[7]。

该探测器将两次穿过小行星带。 一次飞越小行星223已经被提议，并可能将会在2029年10月发生[15][16]。

重力助推包括[17]：

到达木星系统

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发射后，将在2031年抵达木星轨道。经过数次绕木星及其他卫星的机动飞行之后，探测器将于2034年进入环木卫三轨道[3]。

木卫三上的轨道插入

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2034年12月，JUICE 将进入围绕木卫三的椭圆轨道。 第一个轨道将在 5,000 km（3,100 mi） 的距离。 2035年，JUICE 将进入木卫三表面上方的圆形轨道 500 km（310 mi）[7]。 JUICE 将研究木卫三的组成和磁层等等。

计划在木卫三上脱轨

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当探测器消耗完剩余的推进剂后，JUICE计划在2035年底脱离轨道并撞击木卫三[7]。

探测器轨迹示意图
 
围绕太阳的轨迹
 
围绕木星的轨迹
 
围绕木卫三的轨迹
  太阳 ·   地球 ·   木星冰卫星探测器 ·   金星 ·   小行星223 ·   木星 ·   木卫三 ·   木卫四 ·   木卫二

科学目标

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伽利略号探测器拍摄的木卫三.
 
木卫二冰面的一部分。

木星冰卫星探测器将会对木卫三进行详细的研究以评估其支持生命存在的可能性。并与木卫二和木卫四这两颗伽利略卫星进行对比[18]。这三颗卫星据信存在适合生命存在的液态水海洋，并已经成为研究水冰世界生命宜居性的焦点。

针对木卫三及少许木卫四的科学目标如下[18]：

  • 海洋层的特征及可能地下海洋的探测
  • 星球表面的地理、地质及组成
  • 研究冰壳的物理学特性
  • 内部质量分布特征、内核的运动和演化
  • 调查木卫三的外大气层
  • 研究木卫三的磁场及与木星磁场的相互作用

针对木卫二，探测器将着重于生命必备的化学条件，包括有机分子、表面特征的形成、非水冰材料的构成。另外，木星冰卫星探测器会首次进行卫星地下探测，如第一次确定最近活跃地区的最小冰壳厚度。

还将对几颗较小的不规则卫星，和火山活跃的卫星木卫一进行更远距离的空间分辨观测。

科学仪表

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JUICE instruments

2013年2月21日，经过一场竞赛，ESA 选出了11台科学仪表，这些仪表由来自欧洲各地的科学和工程团队开发，美国也参与其中[19][20][21][22]。 日本还为 SWI、RPWI、GALA、PEP、JANUS 和 J-MAG 仪表贡献了几个组件，并将促进测试[23][24][25]。PRIDE实验没有自己的硬件，而是使用航天器的通信系统和天线与地面站相结合。 RIME 和 RPWI 的 UVS 和组件由NASA提供，而SWI、PEP、GALA、RPWI 的组件由JAXA提供。

缩写 名称 描述
3GM 木星的重力与地球物理学
和伽利略卫星		 3GM 是一项无线电科学实验，使用Ka转发器和高度稳定的振荡器。 该仪表旨在研究木卫三的引力场和冰卫星的内部海洋。 3GM 还将研究木星 (0.1-800 mbar) 和冰卫星的大气层和电离层。 由罗马大学和意大利国家航空航天局(ASI) 运营。
GALA 木卫三激光测高仪 木卫三激光高度计。 用于观察潮汐力引起的地形和地表的变形、隆起和沈降。 激光形成直径为 20 m 的束斑。 在 200 公里高度处的分辨率为 0.1 米。 由德国航空航天中心(DLR)运营。 组件来自 HENSOLDT Optronics GmbH、Fraunhofer IOF 和JAXA。
J-MAG JUICE 磁力计 该仪表使用展开时长 10.5 m 的 3 节臂[26] 到达并在最外段携带两个磁通门磁强计（英语：Fluxgate compass），在臂的末端携带一个光泵量子干涉磁力计[27][28]，并将用它来研究木星的磁场及其与木卫三磁场的相互作用。 它旨在用于研究冰卫星上隐藏的海洋。 由伦敦帝国理工学院和英国宇航署(UKSA)运营.
JANUS JANUS相机系统 用于绘制冰卫星地图的光学相机。 JANUS有13个滤镜，视野为 1.3 度，木卫三上的空间分辨率为 2.4 m，木星上的空间分辨率为 10 km。 由那不勒斯腓特烈二世大学和意大利国家航空航天局(ASI) 开发。
MAJIS 卫星和木星成像光谱仪系统 高光谱成像光谱仪。 它旨在探索木星对流层的特性，并更好地定义冰冷卫星表面的冰和矿物。 波长范围包括 0.4 至 5.7 微米范围内的可见光和红外线，光谱分辨率在 3 至 7 纳米之间。空间分辨率在木卫三上高达25米，在木星上约为100公里。 由巴黎天体物理研究所和法国国家太空研究中心制造。

目标

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木卫三
 
木卫四
 
木卫二

参见

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参考资料

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  1. ^ 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 NASA - NSSDCA - Spacecraft - Details. nssdc.gsfc.nasa.gov. [2023-04-16]. （原始内容存档于2021-11-10）.    本文含有此来源中属于公有领域的内容。
  2. ^ 2.0 2.1 European Space Agency: Blast off for Jupiter icy moons mission. BBC News. 2023-04-14 [2023-04-14]. （原始内容存档于2023-04-14） （英国英语）. 
  3. ^ 3.0 3.1 3.2 ESA - Selection of the L1 mission - April 17, 2012 (PDF). [2012-05-26]. （原始内容存档 (PDF)于2015-10-16）. 
  4. ^ Clark, Stuart. 'It's like finding needles in a haystack': the mission to discover if Jupiter's moons support life. The Guardian. 2023-03-05 [2023-03-07]. （原始内容存档于2023-03-07）. 
  5. ^ Amos, Jonathan. ESA selects 1bn-euro Juice probe to Jupiter. BBC News. 2012-05-02 [2018-06-20]. （原始内容存档于2020-05-11）. 
  6. ^ Howell, Elizabeth. JUICE: Exploring Jupiter's Moons. Space.com. 2017-02-13 [2020-05-18]. （原始内容存档于2020-05-26）. 
  7. ^ 7.0 7.1 7.2 7.3 7.4 Juice's journey and Jupiter system tour. ESA. 2022-03-29 [2022-04-03]. （原始内容存档于2022-09-24）. 
  8. ^ JUpiter ICy moons Explorer (JUICE). NASA Space Science Data Coordinated Archive. NASA. 2021-10-28 [2021-11-10]. （原始内容存档于2021-11-10）. 
  9. ^ JUICE (JUpiter ICy moon Explorer): a European-led mission to the Jupiter system (PDF). [2012-05-26]. （原始内容存档 (PDF)于2011-11-21）. 
  10. ^ JUICE: Europe's next mission to Jupiter?. The Planetary Society. [2021-12-06]. （原始内容存档于2021-12-06） （英语）. 
  11. ^ Disappointed astronomers battle on. BBC News. 2012-04-19 [2021-12-06]. （原始内容存档于2021-12-06） （英国英语）. 
  12. ^ Preparing to build ESA's Jupiter mission. ESA Science & Technology (European Space Agency). 2015-07-17 [2015-10-28]. （原始内容存档于2015-10-02）. 
  13. ^ JUICE—Spacecraft. ESA Science & Technology. European Space Agency. 2012-03-16 [2012-04-20]. （原始内容存档于2013-05-10）. 
  14. ^ ESA's Juice lifts off on quest to discover secrets of Jupiter's icy moons. ESA. 2023-04-14 [2023-04-14]. （原始内容存档于2023-04-14）. 
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  16. ^ Warren, Haygen. As launch approaches, JUICE project manager discusses trajectories and science. NASASpaceFlight.com. 2023-03-20 [2023-04-12]. （原始内容存档于2023-04-12）. 
  17. ^ JUICE (JUpiter ICy moons Explorer) (PDF). Universities Space Research Association. European Space Agency. March 2012 [2013-07-18]. （原始内容存档 (PDF)于2014-01-09）. 
  18. ^ 18.0 18.1 JUICE - Science objectives. European Space Agency. 2012-03-16 [2012-04-20]. （原始内容存档于2013-06-08）. 
  19. ^ ESA chooses instruments for its Jupiter Icy Moon Explorer. ESA Science & Technology (ESA). 2013-02-21 [2013-06-17]. （原始内容存档于2013-11-01）. 
  20. ^ JUICE science payload. ESA Science & Technology. European Space Agency. 2013-03-07 [2014-03-24]. （原始内容存档于2014-04-22）. 
  21. ^ The JUICE Instruments. National Centre for Space Studies. 2013-11-11 [2014-03-24]. （原始内容存档于2014-03-24）. 
  22. ^ Jupiter Icy Moons Explorer (JUICE): Science objectives, mission and instruments (PDF). Universities Space Research Association. 45th Lunar and Planetary Science Conference (2014). [2014-03-24]. （原始内容存档 (PDF)于2014-03-24）. 
  23. ^ JUICE-JAPAN. JAXA. [2020-07-14]. （原始内容存档于2020-07-14）. 
  24. ^ Saito, Y.; Sasaki, S.; Kimura, J.; Tohara, K.; Fujimoto, M.; Sekine, Y. Current Status of Japanese Participation to Jupiter Icy Moons Explorer "JUICE". AGU Fall Meeting Abstracts. 2015-12-01, 2015: P11B–2074 [2019-11-10]. Bibcode:2015AGUFM.P11B2074S. （原始内容存档于2023-04-14）. 
  25. ^ 木星氷衛星探査衛星 JUICE - 日本が JUICE で目指すサイエンス [Jupiter Ice Moon Exploration Satellite JUICE - Science that Japan is aiming for with JUICE] (PDF). JAXA. [2023-04-14]. （原始内容 (PDF)存档于2019-11-12）. 
  26. ^ Anm. Ausklapparme für Magnetometer dienen dazu, die Messungen möglichst unbeeinflusst von störenden Magnetfeldern, die die Sonde trotz Abschirmung selbst erzeugt, machen zu können. Etwa 10 m Armlänge wurden schon bei mehreren Missionen, etwa Cassini-Huygens verwendet, der einteilig Arm (engl. boom) bei Venus Express, mit Start 2005, war nur etwa 1 m lang. Quelle: Werner Magnes, IWF Graz, Telefonat, 14. April 2023.
  27. ^ Bild des MAGSCA Flugmodells auf Wikimedia Commons 请检查|url=值 (帮助). w.wiki. 
  28. ^ MAGSCA. Österreichische Akademie der Wissenschaften, Institut für Weltraumforschung.  |periodical=和|work=只需其一 (帮助) （页面存档备份，存于互联网档案馆） 存档副本. [2023-04-17]. 原始内容存档于2023-04-12. 

外部链接

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