木星冰月探測(cè)器（JUICE）是歐洲航天局（歐洲航天局）執(zhí)行木星系探測(cè)任務(wù)所使用的衛(wèi)星探測(cè)器，旨在研究木星的三顆衛(wèi)星：木衛(wèi)二、木衛(wèi)三和木衛(wèi)四。木星冰月探測(cè)器重約6噸，借助太陽(yáng)系天體的引力進(jìn)行助推。
2012年5月2日，歐洲航天局宣布木星冰月探測(cè)器任務(wù)入選其“2015—2025宇宙愿景”首個(gè)大型任務(wù)。木星冰月探測(cè)器于2015年進(jìn)入研發(fā)階段，2017年通過(guò)了初步設(shè)計(jì)審查。后來(lái)因新冠疫情影響，探測(cè)器的發(fā)射被推遲。2023年4月14日20時(shí)14分，木星冰月探測(cè)器（JUICE）搭乘阿麗亞娜5型運(yùn)載火箭從法屬圭亞那庫(kù)魯航天中心發(fā)射升空。該航天器計(jì)劃于2031年7月抵達(dá)木星，并在木星系統(tǒng)中工作至2035年9月。
木星冰月探測(cè)器攜帶了大量?jī)x器，歐洲航天局表示“這是有史以來(lái)飛往外太陽(yáng)系的最強(qiáng)大遙感和地球物理學(xué)有效載荷”，具體包括10臺(tái)專(zhuān)用科學(xué)儀器、一臺(tái)輻射監(jiān)測(cè)儀、一臺(tái)行星射電干涉儀及克里斯蒂安·多普勒實(shí)驗(yàn)儀器。
命名
和很多深空科學(xué)任務(wù)一樣，木星冰月探測(cè)器（JUICE）的全名并不是“單詞”本身的字面意思——JUICE是“木星冰月探測(cè)器”（英文全稱(chēng)JupiterIcy Moons Explorer）的縮寫(xiě)：JU對(duì)應(yīng)“木星”（英文Jupiter）的首字母與拼音“Jùxīng”的第二個(gè)字母，IC來(lái)自“冰”（英文Ice）的前兩個(gè)字母，E則對(duì)應(yīng)“探測(cè)器”（英文Explorer）的首字母。這個(gè)縮寫(xiě)詞的拼寫(xiě)和英文“果汁”（juice）一模一樣，因此歐洲航天局在對(duì)外宣傳的時(shí)候，特意使用了一個(gè)帶吸管的果汁杯形象。
歷史沿革
2012年5月2日，歐洲太空局宣布木星冰月探測(cè)器任務(wù)入選其“2015—2025宇宙愿景”首個(gè)大型任務(wù)。木星冰月探測(cè)器于2015年進(jìn)入研發(fā)階段，2017年通過(guò)了初步設(shè)計(jì)審查。
歐洲空間局原定于當(dāng)?shù)貢r(shí)間2023年4月13日9時(shí)15分，在位于法屬圭亞那的歐洲太空港發(fā)射木星冰月探測(cè)器（JUICE）。由于監(jiān)測(cè)到發(fā)射期間有雷電天氣，歐洲空間局宣布將發(fā)射時(shí)間推遲24小時(shí)，改于當(dāng)?shù)貢r(shí)間14日9時(shí)15分發(fā)射。
2023年4月14日20時(shí)14分，歐洲航天局（ESA）稱(chēng)，木星冰月探測(cè)器（JUICE）搭乘阿麗亞娜-5運(yùn)載火箭（Ariane5）成功發(fā)射。該航天器預(yù)計(jì)于2031年7月抵達(dá)木星，并在木星系統(tǒng)中工作至2035年9月。
目標(biāo)
探測(cè)木星及伽利略衛(wèi)星
按照歐空局的說(shuō)法，木星冰月探測(cè)器是人類(lèi)新一輪大膽的外太陽(yáng)系任務(wù)。利用一套強(qiáng)大的遙感、地球物理學(xué)和原位儀器，探測(cè)木星及木衛(wèi)三、木衛(wèi)四和木衛(wèi)二，以發(fā)現(xiàn)更多相關(guān)信息，特別是考察木星系統(tǒng)過(guò)去有沒(méi)有生命，未來(lái)會(huì)不會(huì)產(chǎn)生生命。木星冰月探測(cè)器將深入監(jiān)測(cè)木星復(fù)雜的磁、輻射和等離子體環(huán)境及其與衛(wèi)星的相互作用，深入研究這個(gè)氣態(tài)巨行星系統(tǒng)。
木星是太陽(yáng)系巨行星的原型，也是目前已知的、圍繞其他恒星運(yùn)行的眾多巨行星的模型。木星一共有92顆衛(wèi)星，但其中有4顆衛(wèi)星是1610年意大利天文學(xué)家伽利略·伽利萊用望遠(yuǎn)鏡首先發(fā)現(xiàn)的，其名字按照次序分別為“艾奧”（Io）、“歐羅巴”（Europa）、“加尼美得”（Ganymede）和“卡里斯托”（Callisto）。有時(shí)候也按照與木星的距離依次命名為木衛(wèi)一、木衛(wèi)二、木衛(wèi)三和木衛(wèi)四。這4顆衛(wèi)星被人們統(tǒng)稱(chēng)為伽利略衛(wèi)星。其中3顆衛(wèi)星，人們推測(cè)它們內(nèi)部存在海洋。了解木星系并揭示其歷史，從其起源到可能出現(xiàn)的宜居環(huán)境，將使我們更好地了解氣態(tài)巨行星及其衛(wèi)星是如何形成和演化的，還能為類(lèi)木星太陽(yáng)系外行星系統(tǒng)中出現(xiàn)生命的可能性提供新的線(xiàn)索。
探究冰衛(wèi)星與生命的謎團(tuán)
木星冰月探測(cè)器將解決歐洲航天局宇宙愿景計(jì)劃的兩個(gè)主題：行星形成和生命出現(xiàn)的條件是什么。太陽(yáng)系是如何運(yùn)作的。
木星冰月探測(cè)器的重點(diǎn)，是探測(cè)可能導(dǎo)致木星結(jié)冰衛(wèi)星中出現(xiàn)宜居環(huán)境的條件，特別強(qiáng)調(diào)木衛(wèi)三、木衛(wèi)二和木衛(wèi)四這3個(gè)海洋世界。木衛(wèi)三之所以被確定為詳細(xì)調(diào)查的對(duì)象，是因?yàn)樗鼮榉治霰澜绲男再|(zhì)、進(jìn)化和潛在宜居性提供了一個(gè)自然實(shí)驗(yàn)室。
對(duì)木衛(wèi)三和木衛(wèi)四，木星冰月探測(cè)器的主要科學(xué)目標(biāo)是：海洋層的特征和假定的地下海洋的探測(cè)；地表地形、地質(zhì)和成分測(cè)繪學(xué)；冰殼物理特性研究；內(nèi)部質(zhì)量分布、動(dòng)力學(xué)和內(nèi)部演變的特征；外逸層調(diào)查；木衛(wèi)三的固有磁場(chǎng)及其與木星磁層相互作用的研究。
對(duì)于木衛(wèi)二的探測(cè)來(lái)說(shuō)，重點(diǎn)是生命所必需的化學(xué)物質(zhì)，包括有機(jī)化合物，以及了解表面特征的形成和非水冰材料的組成。此外，木星冰月探測(cè)器將首次對(duì)木衛(wèi)二進(jìn)行地下探測(cè)，包括首次確定最近活動(dòng)區(qū)域的冰殼最小厚度。
該任務(wù)還將重點(diǎn)研究木星大氣層，側(cè)重于對(duì)其結(jié)構(gòu)、動(dòng)力學(xué)和成分的研究。從云頂?shù)綗釋樱芯磕拘堑沫h(huán)流、氣象、化學(xué)和結(jié)構(gòu)。這些觀測(cè)將在足夠長(zhǎng)的時(shí)間基線(xiàn)上進(jìn)行，具有廣泛的緯度覆蓋范圍，以研究不斷演變的天氣系統(tǒng)以及不同層之間能量、動(dòng)量和物質(zhì)的傳輸機(jī)制。
木星磁層的重點(diǎn)將包括研究它的三維特性，以及深入研究磁層、電離層和熱層內(nèi)的耦合過(guò)程。極光和無(wú)線(xiàn)電發(fā)射及其對(duì)太陽(yáng)風(fēng)的反應(yīng)將被闡明。在木星的衛(wèi)星系統(tǒng)內(nèi)，木星冰月探測(cè)器還將研究衛(wèi)星與磁層的相互作用、引力耦合。
設(shè)計(jì)
作為一種空間探測(cè)器，研制進(jìn)度算是中規(guī)中矩。按照原計(jì)劃，木星冰月探測(cè)器在2022年6月發(fā)射，2029年抵達(dá)木星系統(tǒng)，其間要經(jīng)歷7年的行星際飛行，先后掠飛經(jīng)過(guò)金星、地球和火星，隨后對(duì)木星進(jìn)行3年的探測(cè)，其間要對(duì)木星最大的衛(wèi)星木衛(wèi)三進(jìn)行掠飛探測(cè)，持續(xù)29個(gè)月。不過(guò)可能是因?yàn)樾鹿谝咔榈挠绊懀拘潜绿綔y(cè)器的發(fā)射推遲到了2023年4月。如此，木星冰月探測(cè)器終于能夠?qū)嵤┤祟?lèi)歷史上首次木衛(wèi)三的軌道捕獲。
木星冰月探測(cè)器攜帶了10臺(tái)儀器，通過(guò)SpaceWire網(wǎng)絡(luò)連接到1T比特大容量存儲(chǔ)器，再把數(shù)據(jù)傳回地球。因此，各種儀器和存儲(chǔ)設(shè)備的設(shè)計(jì)，都要滿(mǎn)足電磁兼容性和指向精度要求。同時(shí)，木星冰月探測(cè)器還要攜帶好幾噸推進(jìn)劑，展開(kāi)85平方米的太陽(yáng)能帆板。在前往木星的過(guò)程中，由于通信距離遙遠(yuǎn)、極端溫度變化、惡劣的輻射環(huán)境、木星位置的太陽(yáng)光照微弱，對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求很苛刻。另外，木星軌道捕獲、木衛(wèi)三軌道捕獲和木衛(wèi)三軌道圓化等軌道機(jī)動(dòng)，對(duì)時(shí)間節(jié)點(diǎn)的把握非常關(guān)鍵。這都對(duì)任務(wù)提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。木星冰月探測(cè)器的軌道，是歐洲空間操作中心任務(wù)分析團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的，與歐洲航天局項(xiàng)目組、空中客車(chē)公司團(tuán)隊(duì)一起做了優(yōu)化。設(shè)計(jì)的主要指標(biāo)是：最大限度地提高發(fā)射時(shí)的干質(zhì)量，將總質(zhì)量保持在運(yùn)載火箭的能力范圍內(nèi)，并最小化轉(zhuǎn)移持續(xù)時(shí)間；同時(shí)要兼顧其他任務(wù)限制，如總輻射劑量、最小太陽(yáng)距離和最大日食持續(xù)時(shí)間。
按照原計(jì)劃，2022年6月發(fā)射是最優(yōu)方案。木星冰月探測(cè)器發(fā)射后，將進(jìn)入直接逃逸軌道，脫離地球引力場(chǎng)。大約1年后，它將執(zhí)行第一次重力變軌，從地球上方12700千米的高度飛過(guò)，前往金星。然后將在金星上方9500千米的位置上進(jìn)行第二次重力輔助變軌。隨后木星冰月探測(cè)器將再次飛回地球，進(jìn)行第三次重力輔助變軌，預(yù)計(jì)高度為1900千米；之后前往火星變軌，可能接近到1100千米。再返回地球變軌，距離大概3900千米。經(jīng)過(guò)這么一番調(diào)整之后，木星冰月探測(cè)器就不再回頭，直奔木星而去了。
發(fā)射大約7年零4個(gè)月后，木星冰月探測(cè)器將到達(dá)木星附近。這時(shí)必須執(zhí)行關(guān)鍵任務(wù)軌跡機(jī)動(dòng)，即木星軌道捕獲，以實(shí)現(xiàn)圍繞木星的高度橢圓軌道。在木星軌道捕獲前幾個(gè)小時(shí)，要飛越木衛(wèi)三，距離可能接近400千米。飛越和木星軌道捕獲都旨在降低航天器的速度，以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)軌道。在木星軌道捕獲后6個(gè)月，需要在軌道的遠(yuǎn)木點(diǎn)附近執(zhí)行近木點(diǎn)提升機(jī)動(dòng)。
軌道設(shè)計(jì)在很大程度上決定了木星冰月探測(cè)器的設(shè)計(jì)。比如說(shuō)，它與太陽(yáng)的距離在0.64天文單位（最接近太陽(yáng)時(shí)）到5.5天文單位不等，導(dǎo)致溫度變化范圍很大。它到地球的距離決定了必須實(shí)施周期為1小時(shí)20分鐘的自轉(zhuǎn)；木星遠(yuǎn)離太陽(yáng)，導(dǎo)致電力資源有限；木星被惡劣的輻射環(huán)境包圍，在組件和材料選擇時(shí)需要特別小心。木星軌道捕獲航天器自主性設(shè)計(jì)是關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素之一，這引出了全新的故障操作概念——在任務(wù)的關(guān)鍵階段，即使嚴(yán)重故障影響某些必需的航天器功能，也可以實(shí)施機(jī)動(dòng)。而在其他情況（非任務(wù)關(guān)鍵階段）下，這種嚴(yán)重故障只會(huì)導(dǎo)致進(jìn)入安全模式，中斷任務(wù)并等待地面干預(yù)。
上面提到的最優(yōu)選項(xiàng)，如今已無(wú)法實(shí)現(xiàn)。根據(jù)當(dāng)時(shí)的計(jì)算，若推遲到2023年發(fā)射，前往木星的轉(zhuǎn)移軌道將持續(xù)10年而非7年。但歐洲航天局后續(xù)進(jìn)行了軌道優(yōu)化，按照現(xiàn)在的官方說(shuō)法，探測(cè)器將在2031年7月與木星系統(tǒng)交會(huì)。在木星之旅期間，木星冰月探測(cè)器將訪(fǎng)問(wèn)木星的3顆衛(wèi)星（木衛(wèi)二、木衛(wèi)三、木衛(wèi)四），在低至20千米的高度進(jìn)行400多次飛越。受輻射環(huán)境限制，木星冰月探測(cè)器僅能在木衛(wèi)二上空?qǐng)?zhí)行兩次飛越。在近木點(diǎn)，可以對(duì)木星進(jìn)行詳細(xì)觀測(cè)。通過(guò)一系列對(duì)木衛(wèi)四的飛掠，可對(duì)繞木星飛行的軌道傾角先增后減，更好地觀測(cè)木星兩極。
在對(duì)3顆衛(wèi)星進(jìn)行大約3年的巡視后，木星冰月探測(cè)器將執(zhí)行另一項(xiàng)關(guān)鍵任務(wù)——進(jìn)入環(huán)繞木衛(wèi)三的橢圓軌道。先形成高度為5000千米的圓軌道，再變?yōu)闄E圓軌道（近點(diǎn)可降低到500千米），最后形成極軌道。軌道平面與太陽(yáng)方向的夾角緩慢演變，為木衛(wèi)三觀測(cè)提供了各種照明條件。在任務(wù)結(jié)束時(shí)，木星冰月探測(cè)器將會(huì)撞向木衛(wèi)三表面。
攜帶儀器
木星冰月探測(cè)器攜帶了大量?jī)x器，歐洲航天局自稱(chēng)“這是有史以來(lái)飛往外太陽(yáng)系的最強(qiáng)大遙感和地球物理學(xué)有效載荷”，具體包括10臺(tái)專(zhuān)用科學(xué)儀器，以及一臺(tái)輻射監(jiān)測(cè)儀、一臺(tái)行星射電干涉儀及克里斯蒂安·多普勒實(shí)驗(yàn)儀器。
木星和伽利略衛(wèi)星的重力和地球物理學(xué)套件（3GM）
這是一個(gè)無(wú)線(xiàn)電套件，包括Ka頻段轉(zhuǎn)發(fā)器、超穩(wěn)定振蕩器和高精度加速度計(jì)。它們將研究木衛(wèi)三的重力場(chǎng)、冰衛(wèi)星上內(nèi)部海洋的范圍，以及木星及其衛(wèi)星的中性大氣和電離層的結(jié)構(gòu)。無(wú)線(xiàn)電科學(xué)軟件包包括Ka轉(zhuǎn)發(fā)器和超穩(wěn)定振蕩器。
木衛(wèi)三激光高度計(jì)（GALA）
木衛(wèi)三激光高度計(jì)（GALA），將研究木衛(wèi)三的潮汐變形和冰衛(wèi)星表面的地形。
光學(xué)相機(jī)系統(tǒng)（JANUS）
光學(xué)相機(jī)系統(tǒng)（JANUS），研究木星衛(wèi)星的全球、區(qū)域和本地特征和過(guò)程，并繪制木星云層的地圖。JANUS有13個(gè)濾鏡，視場(chǎng)角為1.3度。它在木衛(wèi)三上的分辨率可達(dá)2.4米，在木星上的分辨率約為10千米。需要注意的是，它的名字不是什么縮寫(xiě)，而是羅馬人的門(mén)神。
磁力計(jì)（J-MAG）
磁力計(jì)（J-MAG），它配備了傳感器來(lái)表征木星磁場(chǎng)及其與木衛(wèi)三磁場(chǎng)的相互作用，并研究冰衛(wèi)星的地下海洋。它的傳感器分別布置在航天器內(nèi)外。
衛(wèi)星和木星成像光譜儀（MAJIS）
衛(wèi)星和木星成像光譜儀（MAJIS），它是一種超光譜成像光譜儀，用于觀測(cè)木星上的對(duì)流層云特征和次要物體，并用于表征結(jié)冰衛(wèi)星表面的冰和礦物。它將覆蓋0.4微米～5.7微米的可見(jiàn)光和紅外波長(zhǎng)，光譜分辨率為3納米～7納米。木衛(wèi)三的空間分辨率將高達(dá)25米，木星的空間分辨率約為100千米。
粒子環(huán)境實(shí)驗(yàn)套件（PEP）
粒子環(huán)境實(shí)驗(yàn)套件（PEP），它包括一組傳感器，用于表征木星系統(tǒng)和冰衛(wèi)星的等離子體環(huán)境。將測(cè)量能量范圍從小于0.001eV到大于1MeV的正陰離子、電子、外層中性氣體、熱等離子體和高能中性原子的密度和通量，并具有全角度覆蓋。衛(wèi)星外逸層的組成將以超過(guò)1000的分辨率進(jìn)行測(cè)量。
冰衛(wèi)星探測(cè)雷達(dá)（RIME）
冰衛(wèi)星探測(cè)雷達(dá)（RIME），它的電磁波可以穿透冰層，用于研究冰下結(jié)構(gòu)，探測(cè)深度可以達(dá)到9千米。前段時(shí)間發(fā)生險(xiǎn)情的就是它。
無(wú)線(xiàn)電和等離子體波調(diào)查儀（RPWI）
無(wú)線(xiàn)電和等離子體波調(diào)查儀（RPWI），將使用一套傳感器和探測(cè)器來(lái)表征木星及其冰衛(wèi)星的無(wú)線(xiàn)電發(fā)射和等離子體環(huán)境。它將開(kāi)展四類(lèi)實(shí)驗(yàn)，采用兩個(gè)歐文·朗繆爾探針，用于測(cè)量頻率高達(dá)1.6兆赫的直流電場(chǎng)向量，并表征熱等離子體和中高頻接收器，以及用于測(cè)量頻率范圍為80千赫～45兆赫電磁波中電場(chǎng)和磁場(chǎng)的天線(xiàn)。
亞毫米探測(cè)儀（SWI）
亞毫米探測(cè)儀（SWI），將研究木星大氣層的溫度結(jié)構(gòu)、成分和動(dòng)力學(xué)，以及冰衛(wèi)星的外逸層和表面。它是一種使用30厘米天線(xiàn)的外差光譜儀，工作在1080吉赫～1275吉赫和530吉赫～601吉赫兩個(gè)光譜范圍內(nèi)。
紫外成像光譜儀（UVS）
紫外成像光譜儀（UVS），用于表征冰衛(wèi)星外逸層的組成和動(dòng)力學(xué)，研究木星極光，并研究行星高層大氣的組成和結(jié)構(gòu)。該儀器將進(jìn)行近點(diǎn)觀測(cè)，以及太陽(yáng)和恒星掩星探測(cè)。紫外成像光譜儀將覆蓋55納米～210納米的波長(zhǎng)范圍，光譜分辨率<0.6納米。木衛(wèi)三的空間分辨率將達(dá)到0.5千米，木星的空間分辨率最高可達(dá)250千米。
輻射監(jiān)測(cè)器（RADEM）
輻射監(jiān)測(cè)器（RADEM），可以跟蹤木星冰月探測(cè)器經(jīng)受的輻射劑量，同時(shí)也用于科學(xué)目的。
行星射電干涉儀和多普勒實(shí)驗(yàn)（PRIDE）
行星射電干涉儀和多普勒實(shí)驗(yàn)（PRIDE），將使用木星冰月探測(cè)器的標(biāo)準(zhǔn)遙測(cè)系統(tǒng)和甚長(zhǎng)基線(xiàn)干涉測(cè)量法對(duì)航天器位置和速度進(jìn)行精確測(cè)量，以研究木星和冰衛(wèi)星的重力場(chǎng)。
引力助推
由于木星冰月探測(cè)器的主要目標(biāo)是近距離探查3顆冰衛(wèi)星，在任務(wù)前期環(huán)繞木星階段，探測(cè)器需要通過(guò)不斷進(jìn)行變軌來(lái)多次飛掠衛(wèi)星，這就導(dǎo)致必須用大量燃料對(duì)探測(cè)器進(jìn)行推進(jìn)和制動(dòng)。
木星冰月探測(cè)器重達(dá)約6噸，其中約3噸都是燃料，而搭載的10臺(tái)最先進(jìn)的科學(xué)儀器總重量只有約100千克。也正是因?yàn)榇罅咳剂媳仨氂糜诠┙o進(jìn)入木星軌道之后的復(fù)雜變軌，探測(cè)器需要以犧牲地球至木星的時(shí)效性為代價(jià)——飛船無(wú)法攜帶足夠多的燃料進(jìn)行快速的行星際航行。結(jié)果采取的妥協(xié)方案是：長(zhǎng)途跋涉沒(méi)有干糧，那就一路靠天吃飯——借助太陽(yáng)系天體的引力進(jìn)行助推。因此，在長(zhǎng)達(dá)8年的行星際航行中，探測(cè)器將于2024年8月重返地球附近，并進(jìn)行地—月系統(tǒng)引力助推，然后于2025年8月進(jìn)行金星引力助推，最后將于2026年9月和2029年1月兩次重返地球，分別進(jìn)行兩次地球引力助推。也就是說(shuō)，探測(cè)器將花費(fèi)近6年的時(shí)間與地球和金星一起繞著太陽(yáng)原地轉(zhuǎn)圈圈，耐心地借助地球和金星的引力逐步加速。在2029年的最后一次地球引力助推中，探測(cè)器將最終獲得足夠高的速度，然后用兩年時(shí)間快速飛抵木星。
參考資料 >
長(zhǎng)途跋涉到木星只為找到水.長(zhǎng)途跋涉到木星只為找到水.2025-09-11
發(fā)射成功！歐洲探測(cè)器飛向木星.光明網(wǎng).2025-09-12
為避免雷擊，歐空局將木星衛(wèi)星探測(cè)器發(fā)射時(shí)間推遲24小時(shí).今日頭條.2023-04-14
將探索木星衛(wèi)星上存在生命的可能性.央視網(wǎng).2025-09-11
2031 年 7 月抵達(dá)木星，歐空局 JUICE 搭乘 Ariane 5 火箭成功發(fā)射.IT之家.2025-09-11