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朱诺号

美國宇航局用於研究木星的宇宙飛船

朱诺号（英语：Juno）是NASA环绕木星的太空探测器。它由洛克希德·马丁公司建造，和由NASA喷气推进实验室营运。作为新疆界计划的一部分，太空探测器于2011年8月5日被从卡纳维尔角空军基地发射升空[5]，并于2016年7月5日进入木星的极轨道[2][6]。探测的持续时间为20个月[7]。完成任务后，“朱诺号”将脱离轨道进入木星的大气层[7]。

朱诺号
Juno
到达木星的朱诺号
朱诺号的想像图
所属组织美国太空总署
主制造商洛克希德·马丁
任务类型探测卫星
掠过对象地球
环绕对象木星
入轨时间2016年8月[1]
绕轨圈数37 (规划中)[2][3]
发射时间2011年8月5日 (2011-08-05)[1]
发射手段Atlas V 551 (AV-029)
发射地点 美国佛罗里达州卡纳维拉尔角SLC-41基地
任务时长6地球年（巡航5年、探测1年）
COSPAR IDJUNO
SATCAT no.37773在维基数据编辑
官方网站SWRI, NASA
质量3,625 kg[1]
动力两个55 amp/hr 锂离子电池[4]
轨道参数
轨道类型极轨道
近拱点4,300 km
携带仪器
主要仪器微波辐射计、木星极光红外成像仪、高级星光罗盘、木星极光分布实验、木星高能粒子探测仪器、无线电及等离子波探测器、紫外成像光谱摄制仪、朱诺相机
图像分辨率(JunoCam) 15 km/px

朱诺号已于东八区时间2016年7月5日到达木星。探测器将放置在绕极轨道，研究木星的组成、重力场、磁场、磁层和磁极。朱诺号也要搜索和寻找这颗行星是如何形成的线索，包括是否有固态核心、存在木星大气层深处的水量、质量的分布、风速可以达到618千米每小时（384英里每小时）的深度[8]。

朱诺号是进入木星轨道的第二个飞行器，而第一个为核动力的伽利略号探测器（1995-2003年）[7]。与所有早期的飞行器与外部行星不同[7]，朱诺号仅由太阳能阵列提供动力，太阳能阵列通常被用于环绕地球运行的卫星和在内太阳系进行工作的卫星，而放射性同位素热电机通常用于外太阳系和太阳系的任务。然而，对于朱诺号来说，已部署在行星探测器上的三个最大的太阳能阵列翼在稳定飞行器以及发电方面起著不可或缺的作用[9]。

命名

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朱诺号的名称来自古希腊罗马神话。天神朱庇特造出一层云雾，以遮掩他的淘气之举，而他的妻子，朱诺，能够看穿层层云雾，以见识朱庇特的真面目。

——NASA[10]

朱诺号任务 (JUNO) 为“木星近极轨道器”(JUpiter Near-polar Orbiter) 的逆向缩写。[11]于2005年被选为继新视野号之后，新疆界计划中的第二个任务，因此有时也被称为“新疆界二号”，但不可与新视野二号（一个未实施的构想）所混淆。

任务摘要

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朱诺号花费5年的时间巡航到木星，预计并成功于2016年7月4日（UTC+0）抵达。这艘探测器旅行的总距离大约28亿公里（17亿4,000万英里，18.7AU）[12]，并以20个地球月的时间环绕木星37圈。朱诺号的航程在2011年8月5日发射后约两年（2013年10月12日），再度接近地球轨道，借由地球的重力助推提升速度[13]。在飞掠过地球之后不久，朱诺号就进入安全模式，向与木星会合的路径上前进[14]。在2016年7月4日，探测器点火减速，以进入一周期14日的木星极轨道。

一旦朱诺号进入周期为14日的该轨道，红外线和微波的仪器将开始测量来自木星大气层内深处发射出的热辐射。通过这些观测将可以评估水的丰度和分布，还有氧成分。通过填补木星成分缺失的这一块拼图，可以深入了解木星起源。朱诺号也将研究驱动木星大气环流的对流和模式。朱诺号的其它仪器也将收集有关木星重力场、极性和磁层的资料。

2018年6月7日，NASA公布朱诺号的主要科学任务将延长至2021年7月[15]。届时朱诺号将脱离轨道，以受控形式冲入木星的外层大气层焚毁[16][17]，以消除任何影响和污染木星卫星的可能[18]。 朱诺号将从最近距离观察太阳系最大卫星木卫三， 预计美东时间 6 月 7 日下午 1 时 35 分从距木卫三地表仅 1,038 公里的高度飞越，新拍摄的照片将可与 20 年前伽利略号和40 年前航海家号的旧照片进行比较，

飞行轨迹

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发射

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'朱诺号'的航行路径，刻度线的间隔为30天。

擎天神五号（AV-029）使用俄罗斯设计的RD-180为主引擎，动力由煤油和液态氧提供，并在点火前3.8秒时使用5个固体火箭助推器（solid rocket booster，SRBs）。大约在飞行1分33秒后，两个燃尽的助推器先被抛弃，再1.5秒后，剩余的三个助推器也被抛弃。大约飞行3分24秒时，已经穿越最浓厚的大气层，温度也低于预定限额时，保护朱诺号的酬载整流罩分离。擎天神五号主发动机在升空后4分26秒切断。16秒后，第二节的半人马座火箭点燃，燃烧了大约6分钟，将卫星放入初始暂驻轨道[19]。

探测器在滑行30分钟后，半人马座火箭再度点燃9分钟，将探测器放入地球逃逸轨道。

半人马座火箭分离前，启动反应引擎使朱诺号以1.4RPM旋转。大约发射后54分钟，探测器与半人马座火箭分离，开始伸展他的太阳能电池板。在太阳能电池板完成布署之后，朱诺号的电池开始充电。成功布署的太阳能电池板使朱诺号的自转速度降为原来的三分之二。探测器的自转确保在航行中的稳定，让探测器上所有的仪器都能够观察到木星[18][20]。

到木星的航程需要耗费五年的时间，包括在2013年10月9日过境地球进行重力助推[21][22]。在2013年8月12日，朱诺号已经完成前往木星的一半航程。当它抵达木星系统，朱诺号将旅行大约19天文单位的距离[23]。

  •  
    发射
  •  
    起飞
  • 发射的录影

轨道和环境

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朱诺号的细长轨道。

朱诺号计划的轨道在极地的高度是4,300千米（2,672英里），在赤道则远远超出卡利斯多的高离心椭圆绕极轨道[24]。

这种类型的轨道可以避免探测器长期与木星的辐射带接触，避免伤害到探测器的电子仪器和太阳能电池板[24]。"朱诺抗辐射拱顶"使用1厘米厚的钛金属做墙壁，也有助于保护和遮罩朱诺的电子仪器[25]，探测器计划至少要运行木星的绕极轨道33圈。每圈的时间从11天至14天不等。

离轨和解体

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朱诺号被计划在第37次环绕轨道期间达到任务的结束，并且执行受控的离轨坠入木星的大气层而解体。

费用

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朱诺号最初被提议在2009年6月发射的开销约为7亿美元（2003财政年度）。NASA的预算限制造成推迟到2011年8月，并在宇宙神5号运载火箭船上以551配置发射。截至2011年6月，探险任务被预计在其一生的花费为11亿美元[26][需要更新]。

科学目标

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哈伯太空望远镜紫外线下的木星极光影像。明亮的磁通管条纹和斑点连接到木星最大的卫星（埃欧：在明亮的磁通管最左边，佳利美德在中间，欧罗巴是右边的点）。

朱诺号携带的科学仪器套件将：

  • 确定氢氧比例，有效的测量木星上水的丰度，这将有助于厘清现行理论中有关气体巨星的木星是在太阳系的何处形成。
  • 获得更好的木星核心质量评估，也将有助于厘清气体巨星于太阳系何处形成的现行理论。
  • 精确的绘制木星引力场图，以确定木星内部的质量分布，包括其结构和动态等属性。
  • 精确测绘木星的磁场，评估其起源和结构场，以及在木星的多深处创造出磁场。这个实验也将有助于科学家了解基本物理学的发电机原理。
  • 测绘大气成分、温度、结构、云的不透明度和动力学变化，在所有的纬度上达到压力超过100帕（10MPa；1,450磅/平方英寸）。
  • 探索木星极地的磁层和极光的三维结构和特征[27]。
  • 测量由木星的角动量造成的参考系拖曳，也称为冷泽-提尔苓进动[28][29]，和可能的广义相对论效应与木星自转连接的一个新测试[30]。

科学仪器

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朱诺号的任务要靠负载在探测器的九项仪器来完成：[31][32][33][34][35]

插图 仪器名称 缩写 说明
 
微波辐射计
MWR
 辐射计主要探讨木星大气层深处波长从13厘米至50厘米的无线电波，使用6个独立的辐射计测量木星的热排放。
 
木星极光红外成像仪（Jovian Infrared Auroral Mapper）
JIRAM
 JIRAM主要目的是研究压力在5-7帕（72-102磅/平方英寸）的木星上层大气层，以2-5μm的中红外线波段波长，间隔的使用光谱仪和成像仪。
 
磁强计
MAG
 研究磁场的目的有三个：磁场的图像、确定木星内部的动力学、和测定磁气圈的三维结构。磁强计的实验包括通量闸磁强计（Flux Gate Magnetometer，FGM），它测量磁场的强度和方向，同时高级恒星罗盘（Advanced Stellar Compass，ASC）将监督磁强计的感应器组成和指向。
 
重力科学
GS
 重力科学将利用通讯系统执行多普勒跟踪，以研究木星的质量属性。重力科学的仪器是分散的，它包括在探测器上的X波段和Ka波段的传输器和在加州金石深太空网络的34米天线。
 
木星极光分布实验（Jovian Auroral Distribution Experiment）
JADE
 JADE将解析木星极光的等离子结构：通过测量在极区的木星磁层分布的微粒和成分的角度、能量和成分。
 
木星高能粒子探测仪（Jovian Energetic Particle Detector Instrument）
JEDI
 JEDI将测量氢、氦、氧气、硫和其它离子在木星极区磁层的能量和角分布。
 
无线电及等离子波探测器（Radio and Plasma Wave Sensor）
Waves
 这件仪器将确认木星极光电流区域和确认木星无线电波辐射，还有测量的极光粒子加速时通过极光区域的无线电和等离子光谱。
 
紫外线成像光谱仪（Ultraviolet Imaging Spectrograph）
UVS
 在探测仪绕行木星的每一圈，当光谱仪的狭缝看到木星时，UVS 将记录检测到的紫外线光子波长、位置、和抵达时间。使用1024 × 256的微通道板（micro channel plate，MCP）探测器，它将提供在极区磁层的极光发射影像紫外线光谱图像。
 
朱诺相机（JunoCam）
JCM
 可见光相机/望远镜，包括方便教育和公众宣传的有效负载。原本认为因为木星破坏性的辐射和磁场影响，探测器进入轨道第8圈时相机将会损坏。但直到2018年2月7日(探测器进入轨道第11圈)，相机依旧可以正常运作[36]。

操作部件

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太阳电池板

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朱诺号太阳能电池板照明试验

朱诺号是第一艘使用太阳电池板取代放射性同位素热电机（RTGs）为探测木星的太空船提供电力。之前的先锋10号、先锋11号、航海家计划、尤里西斯号、卡西尼－惠更斯号、新视野号和伽利略号都是使用RTGs。一旦进入绕行木星的轨道，朱诺号最多只能获得在地球上可以得到的4%的阳光[4]，但在全球都缺乏钚-238的环境下[37][38][39][40]，而过去几十年来太阳电池板的技术和效率取得的进展，使它能在距离太阳5天文单位，以经济的尺寸从太阳电池板提供足够的动力。

朱诺号使用对称排列在探测器周围空间的三组太阳电池板阵列，在探测器脱离地球大气层后不久就会布署该阵列。两个阵列各有四个绞接的部分，第三个阵列有三段，而以磁强计取代第四段。每个小组或阵列是2.7米（8.9英尺）宽，8.9米（29英尺）长[41]，是NASA有史以来最大的深空探测器[42]。为了便于发射时的配载，其中一个电池板略窄于其它的。较小的电池板是2.091米（6.86英尺）宽，这些阵列的总面积是60平方米（650平方英尺）。如果这些阵列在地球以最大效益进行操作，它们可以产生12-14千瓦的电力。三个阵列加起来的总重量将近750磅（340公斤）[43]。朱诺号抵达木星，将只能产生486瓦，而辐射会使电池降为420瓦[44]。除了短时间的引擎操作之外，太阳电池板将留在阳光下持续地提供动力给探测器。

中央能源分配和驱动单元器将监控太阳电池板以及充电时多余的可用电力，将动力分配给仪器、加热器和实验感应器。两个55 安培-小时的锂离子电池将提供太空船经过日食区域时的动力，这些电池都能够承受木星的高辐射环境[4]。

远距离通讯

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朱诺号的远距离通讯系统与新视野号有比卡西尼号更多的共同点。朱诺号支援音效故障信号的巡航模式，但预计它很少会使用。通讯是透过深空网络的70米天线利用X波段直接连结[4]。朱诺号的命令和资料处理器包括一个能提供〜50Mbit/s输送量的飞行电脑。重力科学系统使用的X波段和Ka波段多普勒追踪具有自动切换的功能。

推进系统

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朱诺号的主引擎使用在英国韦斯科特（Westcott）AMPAC-ISP产制造的双推进剂 LEROS 1b[45]。它使用联氨和四氧化二氮推进，提供645牛顿的推力。它固定在探测器的本体，提供主要的燃烧。引擎球被封闭在碎片遮罩。朱诺号使用装上12个喷嘴的四个单元推进剂组成的反应控制系统（reaction control system，RCS）。这些推进器用于太空船的姿态控制和执行弹道轨道的机动修正[4]。

 
朱诺号的3D模型

伽利略的铭牌和乐高小雕像

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伽利略的徽章

朱诺号带有一个向伽利略致敬的铭牌前往木星。这个铭牌由意大利太空总署提供，它的尺寸是2.8乘2英寸（7.1乘5.1厘米），由航空等级的铝制作，重量为6克（0.21盎司）[46]。这个铭牌描绘的是伽利略在1610年1月观测木星的手稿，稍后成为伽利略卫星的文字，和伽利略的肖像[46]。文字的翻译如下：

在11日它是这样的形态，最靠近木星的这颗小星只有其它几颗的一半大小，并且也非常靠近其它的，而在前一天晚上这三颗星看起来是一样的，彼此间的距离也相等。所以，很明显的在木星周围有三颗运动着的星星，是在这之前未曾见到的。

这艘探测器还载了三个乐高人偶像，分别代表伽利略、朱庇特（罗马神话的木星之神）以及他的妻子朱诺。在罗马神话中，朱庇特在自身的四周拉起了云彩做帷幕，以隐藏它的恶作剧。从奥林匹斯山，朱诺可以看穿云雾，揭露她丈夫的本性。朱诺执著放大镜作为追求真理的标志，朱庇特则手握闪电的标记。第三个乐高机组成员是伽利略，在旅程中带着他的望远镜和天球[47]。

大多数的乐高玩具都是塑胶做的，然而为了捱过太空旅行的极端条件，这三个人偶是特别以铝制成的[48]。

时间表

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2013年10月，朱诺相机于掠过地球时拍摄的地球。
  • 2011年8月5日：发射
  • 2013年10月9日：掠过地球
  • 2016年7月4日：抵达木星，预计以绕极轨道绕行木星33圈。
  • 2018年6月7日：NASA确认朱诺号主要科学任务将延长至2021年7月。
  • 2021年6月7日：掠过木卫三，距地表仅 1,038 公里。

图片

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  •  
    工作人员正在安装太阳能电池板
  •  
    “朱诺”的三个太阳能电池板面积巨大，每块有8.8米长、2.7米宽。这些折叠的太阳能电池面板完全打开后，就像风车的叶片一样。
  •  
    构造图
  •  
    准备进行测试
  •  
    太空中对木星探索的效果图

时间轴

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日期（UTC） 事件
2011年8月 探测器发射升空
2012年8月 轨迹修正[49]
2012年9月
2013年10月 飞掠地球加速（从 78,000英里每小时（126,000千米每小时） 到 93,000英里每小时（150,000千米每小时））[50]
2016年7月5日 抵达木星和极轨插入（第1次环绕轨道）[16]
2016年8月27日 13:44 第一近木点[51]
2016年10月19日 第二近木点：计划减少机动，但主发动机没有按预期运行[52]
2016年12月11日 17:04 第三近木点[53][54]
2017年2月2日 12:57 第四近木点[54][55]
2017年3月27日 08:52 第五近木点
2017年5月19日 06:00 第六近木点
2017年7月11日 第七近木点 : 近距离观测木星大红斑[56][57]
2017年9月1日 第八近木点 : 预计JunoCam最快故障的时间
2017年10月24日 第九近木点
2017年12月16日 第十近木点
2018年2月7日 第十一近木点
2018年4月1日 第十二近木点
2018年5月24日 第十三近木点
2018年7月16日 第十四近木点
2018年9月7日 第十五近木点
2018年10月29日 第十六近木点
2018年12月21日 第十七近木点
2019年2月12日 第十八近木点
2019年4月6日 第十九近木点
2019年5月29日 第二十近木点
2019年7月21日 第二十一近木点
2018年9月12日 第二十二近木点
2019年11月3日 第二十三近木点
2019年12月26日 第二十四近木点
2020年2月17日 第二十五近木点
2020年4月10日 第二十六近木点
2020年6月2日 第二十七近木点
2020年7月25日 第二十八近木点
2020年9月16日 第二十九近木点
2020年11月8日 第三十近木点
2020年12月30日 第三十一近木点
2021年2月21日 第三十二近木点
2021年4月15日 第三十三近木点
2021年6月7日 第三十四近木点，飞越木卫三[58]
2021年7月20日 第三十五近木点
2021年9月2日 第三十六近木点
2021年10月16日 第三十七近木点
2021年11月29日 第三十八近木点
2022年1月12日 第三十九近木点
2022年2月25日 第四十近木点
2022年4月9日 第四十一近木点
2022年5月23日 第四十二近木点
2022年7月5日 第四十三近木点
2022年8月17日 第四十四近木点
2022年9月29日 第四十五近木点，飞越木卫二[59]
2022年11月6日 第四十六近木点
2022年12月15日 第四十七近木点，远距离飞越木卫一
2023年1月22日 第四十八近木点
2023年3月1日 第四十九近木点
2023年4月8日 第五十近木点
2023年5月16日 第五十一近木点
2023年6月23日 第五十二近木点
2023年7月31日 第五十三近木点，远距离飞越木卫一
2023年9月7日 第五十四近木点
2023年10月15日 第五十五近木点
2023年11月22日 第五十六近木点
2023年12月30日 第五十七近木点，飞越木卫一
2024年2月3日 第五十八近木点，飞越木卫一
2024年3月7日 第五十九近木点
2024年4月9日 第六十近木点
2024年5月12日 第六十一近木点
2024年6月14日 第六十二近木点
2024年7月17日 第六十三近木点
2024年8月18日 第六十四近木点
2024年9月20日 第六十五近木点
预计2024年至2025年 结束观测任务，以受控方式坠入木星

木星图像库

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  •  
    木星南极的阳光照射部分及其旋转大气层（2016年8月27日）。
  •  
    从 24,600 km（15,300 mi）由JunoCam看木星（2016年12月11日）。
  •  
    JunoCam显示木星在飞船最接近的方式（2016年8月27日）之前和之后的表观尺寸增长和缩小。
  •  
    木星南极光的红外视图（2016年8月27日）。
  •  
    木星 - 南方风暴 - JunoCam.
  •  
    这个图像突出显示木星上有多个大气条件出现碰撞的特征。

相关条目

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任务建议（提案）

参考资料

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