向卫星射击:欧洲航天局JUICE任务内部

在木星的许多有趣的方面中，吸引着渴望发现更多关于我们太阳系最大行星的科学家的是它的大型冰卫星。已知有超过75颗卫星围绕木星运行，但其中最大的三颗卫星——木卫二、木卫四和木卫三——是欧洲航天局(ESA)名为“JUICE”的木星冰卫星探测任务的重点。

“气体巨星”木星的环境很复杂，没有类似地球的表面，大气层主要由氢和氦组成。虽然这使得这颗行星本身不适合生命存在，但这三颗主要卫星被认为在它们冰冷的地壳下有海洋，可能有能力支持生命的存在。

JUICE将特别关注其中最大的卫星Ganymede，它是太阳系中最大的卫星，也是唯一一个拥有自己磁场的卫星。

欧空局JUICE项目科学家奥利维尔·维塔斯(Olivier Witasse)在4月份的发射前简报会上说:“为了理解这个可居住性的问题，我们需要探索木星系统……我们研究木星、它的大气、天气、磁场、火山卫星木卫一(Io)和其他卫星……以及所有这些天体是如何相互联系的。”

“木星确实是一个小型化的太阳系，更好地了解它是了解我们自己的太阳系及其形成方式的关键。”

由空中客车公司制造的JUICE宇宙飞船于14日在法属圭亚那库鲁的欧洲航天发射场搭载阿丽亚娜5号火箭发射升空^th4月，欧空局在阿丽亚娜5号运载火箭上完成了最后一次发射任务，随后阿丽亚娜6号运载火箭接任。这是一个重要的时刻。

经过8年的旅程，JUICE将于2031年7月抵达木星，为其计划中的为期四年的木星系统探索做好准备。

JUICE航天器的设计必须考虑到复杂的工程挑战。这些措施主要是为了确保航天器及其上的10个科学仪器能够经受住穿越太阳系的史诗般的旅程中所面临的恶劣条件。

空中客车防务与航天公司科学项目负责人贾斯汀·伯恩在媒体活动中表示:“这些仪器非常复杂，非常敏感，会产生大量我们需要传回地球的数据，而且航天器需要在很长一段时间内保持自主。”

他解释说，除了应对极端温度和低光照水平外，木星的极端辐射环境和强磁场意味着在设计航天器时必须考虑特殊因素，其中之一是将电子设备屏蔽在专门设计的拱顶中，以保护最敏感的部件免受辐射损害。

伯恩说:“这个拱顶是很新的，由于对辐射的要求很高，除了木星之外，还没有在其他任务中尝试过。”“辐射是电子设备的杀手，除非你保护(它们)，否则它们将以微小的腐败开始失灵，最终导致电脑出现灾难性故障。”

虽然木星的温度条件非常低，但JUICE的任务旅程将包括飞越金星，那里的温度将完全相反——超过250°C，而木星的温度为-230°C。平衡这些相互冲突的要求对航天器来说也是一个工程挑战，该航天器设计了一层新型多层隔热层(MLI)，以保持内部温度稳定。

此外，还有总表面积达85米的巨大太阳能电池阵列₂这是迄今为止在行星探测任务中最大的一次飞行，在Juice前往木星的旅途中需要收集尽可能多的光和能量，木星的环境距离太阳超过7.4亿公里，光线非常弱。

为了在如此远的距离上将数据发回地球，还包括一个2.5米的高增益天线，以及功能强大的机载计算机，这些计算机具有复杂的自主软件，旨在解决航天器沿途遇到的任何挑战。

伯恩解释说:“宇宙飞船是完全冗余的，有两台电脑，所有东西都有两台。”“因为木星离我们很远，我们不能直接控制它，时间周期很长，所以航天器必须自我监控。

“如果它检测到任何系统故障，它将自动重新配置航天器，引入备用计算机……Juice的大量工作是为了证明，在任何情况下，任何故障，航天器都可以重新配置自己，而不会使自己处于任何危险之中。”

卫星上有强大的遥感、原位和地球物理仪器，其中9个由欧洲合作伙伴领导，1个由美国宇航局领导。其中包括光学摄像系统，可见光和红外成像光谱仪和紫外成像光谱仪等。一个实验，PRIDE(行星无线电干涉仪和多普勒实验)也将利用地球上的地面射电望远镜通过超长基线干涉测量法对航天器的位置和速度进行精确测量。

除了新技术和有史以来飞往外太阳系的最强大的有效载荷外，这次旅行还将有几项世界第一-其中一项将是执行月球-地球重力辅助(LEGA)机动，JUICE将利用月球重力辅助飞行，然后在1.5天后由地球之一飞行。这样做的目的是为了获得额外的能量，并尽可能多地节省推进剂，在到达木星之前，金星和地球还会进行一系列进一步的重力辅助。

当它从环绕木星的轨道转到环绕木卫三的轨道时，它也将是第一个从另一颗行星转到它的卫星上的航天器——事实上，它将是第一个绕着地球以外的卫星运行的航天器。宇宙飞船将在距离木卫三500公里的轨道上运行，但如果在任务的最后阶段，宇宙飞船的燃料比预期的要多，那么在延长的任务阶段，它有可能更接近木卫三200公里的低空轨道。

以前研究木星的任务，如美国宇航局的伽利略号(1989 - 2003)，为JUICE进一步探索木星系统奠定了基础。

与JUICE同时，美国宇航局的木卫二快船航天器将专门关注木卫二卫星，明年初发射，2030年到达，比JUICE到达早一年。欧空局的奥利维尔·维塔斯(Olivier Witasse)解释说，这是由于多种因素的综合作用，其中包括木星与发射日期的一致，以及木卫二快船在发射时的动力略大——因此，它的轨道不那么复杂，重力辅助操作也更少，这意味着与JUICE的8年相比，它将飞行5年半。

美国宇航局的朱诺号探测器于2016年抵达木星，目前仍处于延长阶段，它的发现也被用来为JUICE和木卫二快船的计划提供信息。在其扩展任务中，朱诺号已经获得了有史以来分辨率最高的木卫二冰表面图像。

JUICE将解决欧空局2015-2025年宇宙愿景的两个主题，更深入地研究行星形成和生命出现的条件。从对木星“大红斑”风暴系统内发生的化学过程的进一步调查，到发现木星磁场如何影响其冰冷卫星上的条件，JUICE有望为科学界提供有关这个迷人的迷你太阳系的丰富进一步信息。