历经11年、耗资17亿美元欧空局木星探测器JUICE发射成功

  今年最重磅的深空探测任务之一，4月14日终于顺利飞出。这就是历经11年、耗资17亿美元的木星冰卫星探索者（JUICE）。

  这项史诗级的太空探索任务有望创下多项航天纪录：2023年全球发射最重要的太阳系探测器之一（另一个是NASA灵神星探测器）；人类史上向外太阳系发射的最强大科学探测器（遥感观测、地球物理领域）；有史以来行星际探测器装配最大的太阳能电池板（85平方米）；史上第一个借助地-月系统来进行引力加速的行星际探测器；2034年将成为第一颗围绕地球以外卫星运行的人造探测器。

  位于热带雨林区的法属圭亚那航天中心3号发射场，矗立着一枚欧洲最强大运载火箭——阿丽亚娜5型ECA火箭。尽管是一次性消耗品，但这枚火箭的克隆兄弟们却战绩累累，曾发射过大名鼎鼎的詹姆斯·韦伯太空望远镜、比皮·科伦坡水星探测器、罗赛塔号彗星探测器、赫歇尔空间天文台、普朗克卫星、伽利略导航卫星、欧空局自动货运飞船ATV、印度最贵最重卫星GSAT-11等等，迄今为止共承担115项太空部署任务。

  这次发射的阿丽亚娜5 ECA：箭高53米，直径5.4米，发射质量780吨，近地轨道运力：16吨，地球同步转移轨道运力GTO：10.865吨。该款属于重型运载火箭，运力可比猎鹰9号、长征五号、德尔塔IV重型、日本H-IIB、质子M型等。该型号火箭从2002年12月11日首飞以来，总计发射过83次，成功81次，成功率97.59%。发射价区间：1.65亿～2.2亿美元。

  这款阿丽亚娜5 ECA火箭，不仅是欧洲阿丽亚娜太空公司目前最强大火箭，也是阿丽亚娜5型唯一现役火箭（其余四个型号都已退役），不过也行将谢幕，这次发射是该款火箭倒数第二飞，谢幕飞计划于今年6月21日发射。之后将被又便宜、又劲儿大的后继者——阿丽亚娜6型火箭取代，有望今年首飞。

  原计划4月13日尝试首飞，但由于当地天气不利发射，发射场高空出现强雷电，因此推迟24小时，移至4月14日今天。起飞前走完7小时准备流程后，终于迎来发射时点：圭亚那时间4月14日9:14:29，即北京时间4月14日20:14:29，这枚阿丽亚娜5 ECA火箭托举价值17亿美元的JUICE探测器，凭借290万镑推力（1315吨力）从热带雨林当中腾空而起，之后向东一飞冲天。

  不到一分钟达到超音速，升空近两分半钟后抛离两枚侧翼火箭。T+3分9秒，火箭飞到约112公里高度，抛弃整流罩。T+8分44秒，一级主火箭关掉发动机，随后二级火箭开始点火，持续推进16分钟后，达到9.88公里/秒（超过第一宇宙速度），挣脱地球引力深井。

  T+27分45秒，即北京时间4月14日20:42，星箭分离，部署重达5.9吨的JUICE进入初始轨道（属于日心轨道）。约5分钟后，位于德国达姆施塔特的欧洲空间局运营中心的地面控制团队，第一次收到来自JUICE的无线电信号。这在某种程度上预示着发射部署环节就此完成。

  这次发射是全球首家商业发射商——阿丽亚娜太空公司今年首次发射、阿丽亚娜太空公司总计第344次发射、自1996年阿丽亚娜5型火箭首飞以来的第116次发射、阿丽亚娜5 ECA火箭第83次发射（第81次成功发射），以及全球今年第57次航天发射。

  进入日心轨道后，JUICE（木星冰卫星探索者）开始为期12年的太阳系漫游之旅，目的地是木星，尤其是木卫三。但飞行轨道不是直接飞往外太阳系（小行星带以外的土星、土星、天王星、海王星等空间），直飞木星系统，而是先飞向内太阳系（四颗类地行星和小行星带）。目的是借力加速（更通俗的说法：借助引力弹弓效应），飞往木星轨道。

  2024年8月飞越地球-月球系统，JUICE将成为史上第一个借助地-月系统来进行引力加速的行星际探测器。而且一连三次飞越地-月系统，三次借力加速。

  2025年8月飞越金星，2026年9月第二次飞越地球，2029年1月最后一次、也是第三次飞越地球。

  2031年7月，这将是整个飞行任务的关键时刻，JUICE启动主发动机点火程序，目的是被木星引力场捕获，进入木星轨道。如果顺利完成这一里程碑式的深空机动，JUICE开始对木星系统——迷你版太阳系进行深度探索，对木卫二、木卫三、木卫四进行多达35次的飞越探测。

  预计到2035年底，当JUICE探测器耗尽推进剂之际，耗资17亿美元的这项探测任务走向终点，计划脱轨并撞击木卫三，以确保不会污染木星系统的其他卫星，避免妨碍未来寻找生命的探测任务。

  ①探测木星的三颗冰卫星（木卫二、木卫三、木卫四；而木卫一拥有活火山，不属于冰卫星）；②探测木星系统的复杂环境（是不是真的存在生命生存条件）；③深度探测研究木星作为气态巨行星的经典样本。

  该探测器英文全称Jupiter Icy Moons Explorer，直译为【木星冰卫星探索者】，缩写为JUICE（既有果蔬汁，又有活力、影响力的意思），这种复合式内涵很符合欧洲人的口味。

  2032年7月起，JUICE将两次飞越木卫二（欧罗巴），最近距离仅有400公里，最大的目的是测量冰层厚度，试图寻找有机分子、生命迹象。木卫二一直被认为是太阳系中拥有宜居环境最有希望的外星世界之一，科学家判断它有几率存在地下咸水海洋，含水量可能是地球海洋的两倍，有存在生命的可能。

  2031～2034年，JUICE还会探测木卫四（卡利斯托），计划飞越21次，最近只有200公里。作为木星的第二大卫星，也是我们太阳系的第三大卫星，木卫四的表面拥有太阳系最古老、撞击最猛烈的陨石坑。

  2034年12月，JUICE将进入木卫三（伽尼墨德斯）的椭圆轨道，成为第一个围绕地球以外的天然卫星运行的探测器。计划飞越12次之多，首次运行轨道高度为5000公里。2035年，JUICE进入距离木卫三表面仅500公里的圆形轨道。

  我们知道，木卫三堪称太阳系最具魅惑力的天然卫星，不只是存在于科幻作品中的那种魅力。更大魅力就在于真实，木卫三不仅是太阳系中最大的卫星，也是已知唯一拥有磁场的卫星，甚至发现了存在深层液态水的证据。而借助JUICE近距离造访木卫三的机会，确认是不是真的存在地下海洋世界，尤其重要。

  为此，JUICE装备了由欧洲、美国、日本开发的10种科学探测仪器。欧空局声称：「这是有史以来飞向外太阳系尤其在遥感成像、地球物理领域功能最强大的太空探测器。」

  重达5.9吨的JUICE搭载了十台精良仪器，其中九台由欧洲主导开发，另一台由美国宇航局提供。；另外携带一个实验包：行星无线电干涉仪和多普勒实验（PRIDE），辐射监测器（RADEM）。

  ○携带四种遥感仪器—— ①光学相机系统（JANUS）：探测冰卫星全球、区域、局部地貌特征，并绘制木星的云图。②可见光和红外成像光谱仪（MAJIS）：探测木星云层和大气成分，以及冰卫星表面的冰层和矿物层。③紫外成像光谱仪（UVS）：由NASA提供，探测冰卫星的大气外层成分和动力学。④亚毫米波光谱仪（SWI）：探测木星大气层的温度、成分和动力学。JUICE凭借这些遥感设备，不仅拍摄木星的云层图案、木星环，以及木卫二、木卫四和木卫三的复杂地貌，还能为三颗冰卫星绘制冰壳地图，为木卫三绘制前所未有的高分辨率地图。

  ○JUICE搭载三台地球物理设备：①雷达测深仪（RIME）：由NASA提供，一种可穿透冰层的雷达探测器，能够扫描深达9公里的冰卫星内部结构。②激光高度计（GALA）：由德国航天局DLR、日本宇航局JAXA联合研制，主要研究冰卫星地下海洋的潮汐变化。③无线GM）：由意大利航天局提供，研究木卫三的引力场、三颗冰卫星地下海洋、木星及其卫星的大气和电离层。这些地球物理设备将帮助科学家探知木卫二、木卫三、木卫四冰壳之下的海洋世界。有望揭晓一连串疑问：这些海洋位于哪里？距离地表以下深度有多少？海洋深度是多少？水体储量有多少？液态水成分是什么？……

  ○JUICE搭载三种原位测试仪器：①磁强计（J-MAG）：利用传感器来探测木星磁场与木卫三的相互作用，研究冰卫星地下海洋。②粒子环境包（PEP）：NASA和JAXA提供，用来探测木星系统的等离子层。③无线电和等离子波仪器（RPWI）：JAXA提供，研究木星和冰卫星的电磁辐射和等离子环境。

  发射升空99分钟，JUICE进入日心轨道后，开始慢慢地展开两侧太阳能阵列，每翼都以独特的十字状结构排列。翼展宽度近89英尺（27.1米），电池板面积达915平方英尺（85平方米），相当于国人居住大两室或小三室的房型面积。这是有史以来为行星际探测器装配建造的最大太阳能电池板。

  之所以为JUICE配备超级大的太阳能阵列，当然是能够产生足够电力提供给探测器。要知道，木星距离太阳大约是地球5倍，收集到的太阳光远比地弱，所以必须大幅度的增加太阳能电池板的面积。事实上，就算配备85平方米的最大太阳能阵列（23,560块最高效的太阳能电池板），等到了木星系统后，也只能产生850瓦功率。这相当于一台微波炉的加热功率。而在地球上这些太阳能电池板却差不多能为整条街供电。

  JUICE装备了由欧洲、美国、日本研究团队开发的10种科学仪器。为此欧空局充满自豪感地声称：「这是有史以来飞向外太阳系尤其在遥感成像、地球物理领域功能最强大的太空探测器。」

  这不难理解，因为比起那些飞得早、装配差的前辈级外太阳系探测器来说（比如1972年发射的先驱者10号、1973年发射的先驱者11号、1977年发射的旅行者2号和1号、1989年发射的伽利略号、1997年发射的卡西尼-惠更斯号、2006年发射的新视野号），最新发射的JUICE自带后发优势，当然敢称：飞往外太阳系最强探测器。至少目前如此。不过，明年很可能就会改变。

  因为NASA计划2024年10月，由SpaceX重鹰担纲发射【木卫二快船/欧罗巴快船】探测器（Europa Clipper），这个同样装配精良的新一代木卫星探测器，将比欧洲JUICE探测器早一年，即2030年4月先期抵达木星轨道，而JUICE需要2031年7月才能飞抵木星轨道。

  不过，欧美两大木星探测器任务属于互补关系，JUICE更专注于木卫三，欧罗巴快船主要研究木卫二。毕竟，这都是太阳系其他宜居星球的最佳候选者之一。两个探测任务也会共享信息、数据，交叉验证科研成果。

  顺便说下，目前正在木星轨道的只有NASA的朱诺探测器，2011年发射，2016年抵达木星轨道，现已完成50圈的轨道运行，主要探测研究木星大气层和内部结构，最近扩大任务范围，对木卫三进行系统性观测，为2030年代抵达的欧美两个木星探测器提供有效信息。

  到时候，欧罗巴快船、JUICE将成为史上第三、第四个围绕木星运行的探测器。第一、第二分别是早在1973年、1974年NASA派出的先驱者10号、11号探测器。

  活在当下、眼望未来的我们，其实更加看重眼前的探测器JUICE，无法忽视这项史诗级的太空探索任务正在创下多项纪录：2023年全球发射最重要的太阳系探测器之一（欧空局JUICE、美国宇航局Psyche灵神星探测器计划10月5日发射）；人类史上向外太阳系发射的最强大科学探测器；有史以来行星际探测器装配最大的太阳能电池板；史上第一个借助地-月系统来进行引力加速的行星际探测器；2034年将成为第一颗围绕地球以外天然卫星运行的人造探测器……