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欧洲宇航局硬核的卫星任务

JUICE是欧洲宇航局深空探测计划中的第一个大型探测任务。欧洲宇航局计划于2022年发射JUICE探测器，探测器会在2029年抵达木星，它将花费至少三年的时间对巨大的气态行星木星和木星的三颗卫星进行详细观测，三颗卫星分别为Ganymede木卫三、Callisto木卫四和Europa木卫二。

从一开始JUICE就被科学家们寄予厚望，JUICE的首要研究目标就是观察木星的三颗卫星，探测卫星是否有适宜居住的环境和条件。科学家准备用JUICE航天器对木星卫星进行探测，主要是因为木星的卫星可能会有新的生命。

在正式开始介绍任务之前我们先来看看木星的三颗卫星吧。首先我们来说Ganymede木卫三，木卫三是太阳系最大的卫星，直径甚至比水星都大。科学家希望通过JUICE任务来探索这颗比行星还大的卫星有什么特别之处。

接下来我们来到了Callisto木卫四，木卫四上可能拥有冰冻的海洋，而冰盖下可能蕴藏着一些特别的生命，所以这可能是一颗有生机的星球。最后我们来到了JUICE任务需要探测的最后一颗卫星欧罗巴木卫二，经过旅行者二号的初步观测欧罗巴可能存在地下海洋，海洋中还可能存在着类似地球鱼类的生命，这是科学家想要探究木卫四的一个原因。

看到这里大家好像觉得JUICE的任务好像大多与水和地球外生命有关。确实，JUICE有独特的等离子体探测科学载荷，JUICE航天器还可以利用这些科学载荷探测卫星冰盖下液态海洋的特征。这可以使科学家可以更深入了解卫星的化学和热能循环及来源，也可以对表面和地下海洋的演变和化学成分进行调查，还能够对影响木星卫星及其周围环境的等离子体，磁场等进行评估。

欧洲宇航局的这次任务还将观察木星系统结构的多样性，探究木星本身是因为天文学家想要了解气态行星的奥秘，也可以了解木星与卫星之间的引力耦合及其对整个系统的引力影响。最后JUICE还将对木星的物质层、磁层及其与卫星的相互作用进行研究，以进一步加强我们对木星系统的演化和动力学的了解。

深入探测木星的卫星是一项全新的研究任务，JUICE的科学载荷尤为重要，其实我们可以先用一句话概括总结一下JUICE的科学载荷，这是非常强大的遥感、地球物理和原位有效载荷，接下来我们就一起具体的看一看吧。

JUICE探测器的内部结构包括屏蔽和热控制子系统，中心承载气缸、两个设备保护层、热控制系统，热导管系统，还有13个附加支架等元件。JUICE卫星有6吨的重量，其中约3000公斤是化学推进剂。另外，探测器还配备了总面积为85平方米的太阳能阵列，这个太阳能阵列也是欧洲探测器有史以来最大的。太阳能阵列将由德国的Azur航天公司制造，该公司此前为罗塞塔、金星快车、火星快车探测器和哈勃太空望远镜开发过太阳能阵列。

探测器的心脏——科学载荷

欧洲宇航局JUICE有效载荷由10种先进的仪器组成，包括照相机、一个透冰雷达探测仪、一个高度计、无线电科学实验和监测磁场的传感器。这些有效载荷能够实现所有科学任务目标，包括从木星大气和等离子体环境的原位测量到对三个卫星的表面及内部的远程观测。

JUICE主体结构在热辐射模拟室中测试

木星和卫星的重力物理学观测仪3GM

该仪器是由Ka-应答器、USO极稳振荡器和HAA高精度加速度计组成的无线电组件。实验将研究木卫三的重力场、卫星的内部海洋范围以及木星及其卫星的中性大气和电离层结构，由意大利罗马大学建造。

木卫三激光高度计Gala

Gala将研究木卫三卫星及其他卫星表面的地形，包括其他星球上的表层结构，比如冰山，冰盖，还有表面的一些尘土结构等等。Gala 200公里的垂直分辨率为0.1米，由德国航天中心，德国行星研究所机构研制。

JUICE探测器的外部吊臂结构，这张图片拍摄的时候一些科学载荷还没有集成

光学摄像系统Janus

Janus将研究木星全球、区域和局部特征，Janus还将研究木星的风暴过程，了解风暴的原理，并绘制木星的地图。它将有13个过滤器，视场为1.3，由意大利帕特诺普大学设计建造。

磁强计J-MAG

J-MAG配备了传感器，用于发现并绘制木星表征磁场及其与木星磁场的相互作用，J-MAG还将研究卫星的表层海洋，仪器将安装在JUICE吊臂上方。该仪器由伦敦帝国学院建造。

在去年8月，欧洲宇航局测试了3.6米长的MAG吊臂，还测试了其外部结构

MAJIS木星成像光谱仪

MAJIS将深入观测木星上的云层特征和大气成分，MAJIS还可以探测三颗卫星表面的冰和矿物。MAJIS观测的可见波长和红外波长范围较广，光谱分辨率为3-7nm。仪器由法国天体物理研究所，法国国家空间研究中心研制。

粒子环境探测仪PEP

CERN测试设施正在测试欧洲宇航局的JUICE探测器，CERN测试设施可以模拟木星周围的高放射性环境

PEP由6个传感器组成，能够提供环绕木星等离子系统的三维地图。这六个传感器中的一个叫做PEP-Hi，由位于约翰·霍普金斯大学应用物理实验室提供。还有两个组件分别称为JoEE和Jeni。JoEE is主要专注于研究木卫三的磁层，Jeni将揭示围绕欧罗巴等离子体云的结构和动力学。

行星无线电干涉仪和多普勒实验仪器Pride

Pride将使用航天器的标准电信系统，连同地球上的射电望远镜、VLBI（长基线干涉测量系统） 对航天器的位置和速度进行精确测量，以研究木星和卫星的重力场。由荷兰欧洲VLBI联合研究所，荷兰研究理事会NWO和荷兰航天局共同提供。

卫星探测雷达RIME

欧洲宇航局JUICE冰探测雷达

RIME是一种可以穿透冰盖进行探测的雷达，用于研究冰冻卫星的地下结构，深度约9公里，垂直分辨率可达30米，RIME工作的中央频率为9 MHz。

无线电和等离子体波研究RPWI

该仪器将使用一组传感器和探针来探测木星及其卫星的等离子体环境。RPWI的一套传感器包括两个Langmuir探针，可以测量木星频率为1.6 MHz的直流电场矢量。还可以通过JUICE热等离子体和高频接收机的特性，测量无线电发射频率范围在80 kHz-45 MHz的磁场，由瑞典空间物理研究所提供。

空中客车公司空间设施无尘室内部的工程模型，可以看到JUICE的集线结构

SWI亚毫米波仪器

SWI的目的是研究木星大气的温度结构、组成和动力学。SWI其实是一种外差光谱仪，使用30 cm天线，有两个工作光谱范围，分别是1080-1275 GHz和530~601 GHz，光谱分辨率为10。由德国航天中心提供。

紫外成像光谱仪UVS

UVS的目的是探测卫星外圈的大气组成和动力学，研究木星极光，并研究木星高层大气的组成和结构，该仪器可以进行低空观测以及太阳恒星的掩星级探测，由美国宇航局提供。

空间模拟设施之内的JUICE探测器

漫长的旅程

对于探测器来说，除了需要硬核的科学载荷，还需要绝对的安全。所以科学家为了确保探测器在飞往木星的旅程中幸存下来，现在正在对JUICE航天器进行一系列非常有挑战性的测试，比如热模型试验。

热模型试验于今年5月5日至10日在荷兰欧空局进行，目的是核实航天器的热控制系统在其任务期间能够保护航天器免受极端温度的影响，除了热模型实验之外，其他的比如结构，温度，耐久度等等测试也在进行中……

欧洲宇航局JUICE的发射过程与地球系统

发射后，JUICE号将开始为期88个月的巡航，它将利用金星、地球和火星引力进行若干次加速飞行，然后才会前往木星。

在飞行途中，探测器需要承受太阳加热的影响，特别是在飞越金星的时候。到达木星之后，它还需要在一个极端寒冷的环境中运行。在那里，探测器的一些外部表面在到达木星后将经历零下200摄氏度以下的温度，而当宇宙飞船处于木星的阴影中时，温度会更低。

欧洲宇航局与空中客车等公司签订发射与研究合同

JUICE热控制系统的设计是为了尽量减少外部环境对航天器的影响，通过使用高效率的MLI多层绝缘处理，覆盖了探测器外部的材料。

热控制系统将在航天器最接近太阳的时候调节外部温度。它还必须限制在木星周围极冷环境中的热泄漏情况，以便尽量减少探测器加热器对电力的需求，特别是当仪器在科学和通信阶段运行时。

考虑到航天器的太阳能阵列在木星与太阳的距离上产生的功率有限，在运行过程中，电力需求将是一个关键的因素。在木星与太阳的不同阶段，JUICE接近太阳的能量比接近木星低20倍。

艺术家的渲染图，可以看到JUICE的大体结构

这项25亿欧元的任务是欧洲首次尝试探索太阳系最大的行星及其近距离卫星。欧空局JUICE项目经理朱塞佩·萨里说：“这个由22个机构60多家公司组成的科学家团队，我们从未尝试过如此困难和复杂的任务。”这项任务的10项科学仪器，将由欧洲宇航局成员国的国家空间机构支付费用。

欧洲宇航局JUICE探测渲染图

这颗卫星确实是科学载荷满满，针对的天体非常多样，首先JUICE需要对木星的三颗卫星进行测试，之后JUICE还需要对木星本身进行探测。这么多年来，天文学家一直好奇气态行星内部的结构是什么，虽然有很多理论和计算机模拟，可是还是没有确切的数据来说明。

JUICE任务的全称是Jupiter Icy Moons Explorer，具体意思就是木星和冰冻卫星探索者，相信这次JUICE可以带领我们洞察木星和这几颗冰冻卫星的奥秘，这将是我们深入探测太阳系其他气态星球的第一步。

探索者的未来，可期，我们一起期待吧。

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