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木星冰衛星探測器

探测任务
提示：此條目頁的主題不是木星冰月軌道器。

木星冰衛星探測器 （Jupiter Icy Moons Explorer，縮寫JUICE）是歐洲太空總署進行中的一個木星系探測任務，旨在研究木星的三顆冰質衛星：木衛三、木衛四和木衛二[3]。人們認為它們的冰面下有大量液態水，這將使它們成為潛在的宜居環境.[4][3]。但該任務並不關注火山活躍的木衛一，這是一顆非冰質衛星。

木星冰衛星探測器
營運方ESA
國際衛星標識符2023-053A
衛星目錄序號56176在維基數據編輯
任務時長巡航階段：8年
科學階段：3.5年（預計）
經過時間: 1年6個月又29天
太空船屬性
製造方空中巴士國防航天公司
發射質量6,070公斤（13,380磅）[1]
乾質量2,420公斤（5,340磅）[1]
尺寸16.8 x 27.1 x 13.7 meters[1]
功率一個太陽能電池板 850 W ~85 m2（910 sq ft）[1]
任務開始
發射日期2023年4月14日 12:14:36 UTC[2]
運載火箭亞里安5號運載火箭
發射場圭亞那太空中心
飛掠地球-月球（重力助推）
最接近2024年8月
飛掠金星（重力助推）
最接近2025年8月31日
飛掠地球
最接近2026年9月29日
飛掠地球
最接近2029年1月18日
飛掠小行星223
最接近2029年10月15日（擬議）
木星軌道器
入軌2031年7月（計劃）
脫軌2034年12月（計劃）
木衛三軌道器
入軌2034年12月（計劃）
軌道參數
近拱點500 km（310 mi）
遠拱點500 km（310 mi）
JUICE mission logo
JUICE 任務徽章
宇宙願景(Cosmic Vision)

2012年5月2日由空中客車承造，這宣佈了為歐洲太空總署的宇宙願景（Cosmic Vision）科學計劃的大型（L級）項目選擇此任務[5][6]。探測器已於世界標準時間2023年4月14日12:14:36 UTC發射[2]，將經過4次重力助推和8年的旅行，將於2031年7月到達木星[7][8]。2034年12月，該太空船將進入木衛三附近軌道執行近距離科學任務[7]，成為第一個繞地球月球以外的衛星運行的太空船。

它的運行時間正好將與2024年10月所發射的競爭對手，美國宇航局歐羅巴快船（但此歐羅巴非指歐洲，是木衛二的傳統名稱）任務重疊比試。

背景

該任務的開始重啟了作為歐洲太空總署前拉普拉斯任務的組成部分木衛二－木星系統任務(EJSM-Laplace)[9]。 它有望成為歐洲太空局宇宙願景計劃的第一個大型（L級）任務。

2012年4月，木星冰衛星探測器在推薦的優先級上超過了雅典娜X射線望遠鏡和新引力波天文台[10][11]。

2015年7月，空中巴士國防航天公司被選為設計和建造探測器的主要承包商，探測器將在法國圖盧茲組裝[12]。

探測器

探測器設計的主要驅動因素與距太陽的遙遠距離、太陽能的使用、以及木星惡劣的輻射環境有關。 木星和木衛三的軌道插入以及大量的飛越機動（超過25次重力助推和2次木衛二飛越）需要太空船攜帶約3,000公斤（6,600磅）的化學推進劑[13]。

探測器有一個固定的2.5米直徑高增益天線和一個可操縱的中增益天線，將使用無線電頻譜Ka波段和X波段。 地面深空天線可實現 2 Gb/日 的下行鏈路速率。 機載數據存儲容量為 1.25 Tb[1]。

探測器主發動機是一個自燃雙推進劑（單甲基肼和氮的混合氧化物）425 N 推進器。 100 公斤的多層絕緣材料提供熱量控制。 該太空船使用動量輪進行三軸穩定。 輻射屏蔽用於保護機載電子設備免受木星環境的影響[1]。

時間線

發射和軌跡

 
歐空局木星冰衛星探測器的阿麗亞娜5號發射

該探測器已經於世界標準時間2023年4月14日 12:14:36 UTC透過亞里安5號運載火箭從圭亞那太空中心發射升空； 在幾分鐘後，它的太陽能電池板就部署好了，這促使歐空局認為發射成功[14]。發射後，將有多個計劃的重力助推將探測器 置於通往木星的軌道上：2024年8月飛越地月系統，2025年8月飛越金星，2026年9月第2次飛越地球， 2029年1月第3次也是最後一次飛越地球[7]。

該探測器將兩次穿過小行星帶。 一次飛越小行星223已經被提議，並可能將會在2029年10月發生[15][16]。

重力助推包括[17]：

到達木星系統

發射後，將在2031年抵達木星軌道。經過數次繞木星及其他衛星的機動飛行之後，探測器將於2034年進入環木衛三軌道[3]。

木衛三上的軌道插入

2034年12月，JUICE 將進入圍繞木衛三的橢圓軌道。 第一個軌道將在 5,000 km（3,100 mi） 的距離。 2035年，JUICE 將進入木衛三表面上方的圓形軌道 500 km（310 mi）[7]。 JUICE 將研究木衛三的組成和磁層等等。

計劃在木衛三上脫軌

當探測器消耗完剩餘的推進劑後，JUICE計劃在2035年底脫離軌道並撞擊木衛三[7]。

探測器軌跡示意圖
 
圍繞太陽的軌跡
 
圍繞木星的軌跡
 
圍繞木衛三的軌跡
  太陽 ·   地球 ·   木星冰衛星探測器 ·   金星 ·   小行星223 ·   木星 ·   木衛三 ·   木衛四 ·   木衛二

科學目標

 
伽利略號探測器拍攝的木衛三.
 
木衛二冰面的一部分。

木星冰衛星探測器將會對木衛三進行詳細的研究以評估其支持生命存在的可能性。並與木衛二和木衛四這兩顆伽利略衛星進行對比[18]。這三顆衛星據信存在適合生命存在的液態水海洋，並已經成為研究水冰世界生命宜居性的焦點。

針對木衛三及少許木衛四的科學目標如下[18]：

  • 海洋層的特徵及可能地下海洋的探測
  • 星球表面的地理、地質及組成
  • 研究冰殼的物理學特性
  • 內部質量分佈特徵、內核的運動和演化
  • 調查木衛三的外大氣層
  • 研究木衛三的磁場及與木星磁場的相互作用

針對木衛二，探測器將着重於生命必備的化學條件，包括有機分子、表面特徵的形成、非水冰材料的構成。另外，木星冰衛星探測器會首次進行衛星地下探測，如第一次確定最近活躍地區的最小冰殼厚度。

還將對幾顆較小的不規則衛星，和火山活躍的衛星木衛一進行更遠距離的空間分辨觀測。

科學儀器

 
JUICE instruments

2013年2月21日，經過一場競賽，ESA 選出了11台科學儀器，這些儀器由來自歐洲各地的科學和工程團隊開發，美國也參與其中[19][20][21][22]。 日本還為 SWI、RPWI、GALA、PEP、JANUS 和 J-MAG 儀器貢獻了幾個組件，並將促進測試[23][24][25]。PRIDE實驗沒有自己的硬件，而是使用太空船的通信系統和天線與地面站相結合。 RIME 和 RPWI 的 UVS 和組件由NASA提供，而SWI、PEP、GALA、RPWI 的組件由JAXA提供。

縮寫 名稱 描述
3GM 木星的重力與地球物理學
和伽利略衛星		 3GM 是一項無線電科學實驗，使用Ka轉發器和高度穩定的振盪器。 該儀器旨在研究木衛三的引力場和冰衛星的內部海洋。 3GM 還將研究木星 (0.1-800 mbar) 和冰衛星的大氣層和電離層。 由羅馬大學和意大利太空總署(ASI) 運營。
GALA 木衛三激光測高儀 木衛三激光高度計。 用於觀察潮汐力引起的地形和地表的變形、隆起和沈降。 激光形成直徑為 20 m 的束斑。 在 200 公里高度處的解像度為 0.1 米。 由德國航空太空中心(DLR)運營。 組件來自 HENSOLDT Optronics GmbH、Fraunhofer IOF 和JAXA。
J-MAG JUICE 磁力計 該儀器使用展開時長 10.5 m 的 3 節臂[26] 到達並在最外段攜帶兩個磁通門磁強計（英語：Fluxgate compass），在臂的末端攜帶一個光泵量子乾涉磁力計[27][28]，並將用它來研究木星的磁場及其與木衛三磁場的相互作用。 它旨在用於研究冰衛星上隱藏的海洋。 由倫敦帝國理工學院和英國宇航署(UKSA)運營.
JANUS JANUS相機系統 用於繪製冰衛星地圖的光學相機。 JANUS有13個濾鏡，視野為 1.3 度，木衛三上的空間解像度為 2.4 m，木星上的空間解像度為 10 km。 由那不勒斯腓特烈二世大學和意大利太空總署(ASI) 開發。
MAJIS 衛星和木星成像光譜儀系統 高光譜成像光譜儀。 它旨在探索木星對流層的特性，並更好地定義冰冷衛星表面的冰和礦物。 波長范圍包括 0.4 至 5.7 微米範圍內的可見光和紅外線，光譜解像度在 3 至 7 納米之間。空間解像度在木衛三上高達25米，在木星上約為100公里。 由巴黎天體物理研究所和法國國家太空研究中心製造。

目標

 
木衛三
 
木衛四
 
木衛二

參見

參考資料

  1. ^ 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 NASA - NSSDCA - Spacecraft - Details. nssdc.gsfc.nasa.gov. [2023-04-16]. （原始內容存檔於2021-11-10）.    本文含有此來源中屬於公有領域的內容。
  2. ^ 2.0 2.1 European Space Agency: Blast off for Jupiter icy moons mission. BBC News. 2023-04-14 [2023-04-14]. （原始內容存檔於2023-04-14） （英國英語）. 
  3. ^ 3.0 3.1 3.2 ESA - Selection of the L1 mission - April 17, 2012 (PDF). [2012-05-26]. （原始內容存檔 (PDF)於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]. （原始內容存檔於2023-03-07）. 
  5. ^ Amos, Jonathan. ESA selects 1bn-euro Juice probe to Jupiter. BBC News. 2012-05-02 [2018-06-20]. （原始內容存檔於2020-05-11）. 
  6. ^ Howell, Elizabeth. JUICE: Exploring Jupiter's Moons. Space.com. 2017-02-13 [2020-05-18]. （原始內容存檔於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]. （原始內容存檔於2022-09-24）. 
  8. ^ JUpiter ICy moons Explorer (JUICE). NASA Space Science Data Coordinated Archive. NASA. 2021-10-28 [2021-11-10]. （原始內容存檔於2021-11-10）. 
  9. ^ JUICE (JUpiter ICy moon Explorer): a European-led mission to the Jupiter system (PDF). [2012-05-26]. （原始內容存檔 (PDF)於2011-11-21）. 
  10. ^ JUICE: Europe's next mission to Jupiter?. The Planetary Society. [2021-12-06]. （原始內容存檔於2021-12-06） （英語）. 
  11. ^ Disappointed astronomers battle on. BBC News. 2012-04-19 [2021-12-06]. （原始內容存檔於2021-12-06） （英國英語）. 
  12. ^ Preparing to build ESA's Jupiter mission. ESA Science & Technology (European Space Agency). 2015-07-17 [2015-10-28]. （原始內容存檔於2015-10-02）. 
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  14. ^ ESA's Juice lifts off on quest to discover secrets of Jupiter's icy moons. ESA. 2023-04-14 [2023-04-14]. （原始內容存檔於2023-04-14）. 
  15. ^ Avdellidou, C.; Pajola, M.; Lucchetti, A.; Agostini, L.; Delbo, M.; Mazzotta Epifani, E.; Bourdelle De Micas, J.; Devogèle, M.; Fornasier, S.; Van Belle, G.; Bruot, N.; Dotto, E.; Ieva, S.; Cremonese, G.; Palumbo, P. Characterisation of the main belt asteroid (223) Rosa. Astronomy & Astrophysics. 2021, 656: L18. Bibcode:2021A&A...656L..18A. S2CID 244753425. doi:10.1051/0004-6361/202142600  . 
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  18. ^ 18.0 18.1 JUICE - Science objectives. European Space Agency. 2012-03-16 [2012-04-20]. （原始內容存檔於2013-06-08）. 
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  23. ^ JUICE-JAPAN. JAXA. [2020-07-14]. （原始內容存檔於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. （原始內容存檔於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]. （原始內容 (PDF)存檔於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 請檢查|url=值 (幫助). w.wiki. 
  28. ^ MAGSCA. Österreichische Akademie der Wissenschaften, Institut für Weltraumforschung.  |periodical=和|work=只需其一 (幫助) （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） 存档副本. [2023-04-17]. 原始內容存檔於2023-04-12. 

外部連結

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