2024 年 8 月 14 日

 

• 2024 年 8 月 19 日，歐空局太空探測器 JUICE（JUpiter IC y Moons E xplorer）將首先在月球加速，然後在第二天在地球減速並重定向，以理想的路線飛往金星。
• 全球首演：首次對月球和地球進行有針對性的近距離飛越，以改變太空探測器的軌道。
• 近距離飛越用於測試儀器，包括 DLR 參與的 JANUS 相機和 GALA 雷射高度計。
• 在 2031 年抵達木星之前，還將進行進一步的飛越以進行最終加速：一次飛越金星（2025 年），兩次飛越地球（2026 年和 2029 年）。
• 焦點：太空旅行、歐空局的 JUICE 任務、太陽系探索

 

LEGA——這是人們熱切期待的太空機動的名稱：“月球-地球重力輔助”，在德語中的意思類似於月球-地球重力重定向。探測器的軌道首次因月球引力而改變，不久後又因地球引力而改變。 2024年8月19日至20日夜間（中歐夏令時），歐洲太空總署的JUICE任務將先從高度750公里的夜側掠過地球衛星。然後，太空探測器將在短短 24 小時內以略有不同的軌道以每小時 15,000 公里的速度飛向地球，並到達距離地球 6,800 公里的範圍內。探測器的軌道第二次改變並偏向內太陽系。

在兩次近距離飛越月球和地球期間，科學實驗也將進行測試、校準，甚至可能產生有趣的結果。其中包括 JANUS 相機和 GALA 雷射高度計。德國航空航天中心（DLR）大力參與了這兩項實驗。

進行這種不尋常的機動是為了為剩餘的任務節省燃料。未來幾年，JUICE 將在更近距離的飛越過程中加速——一次金星，兩次地球——以便該任務能夠在2031 年到達目的地，即木星及其冰冷的衛星木衛二、木衛三和木衛四，並對其進行檢查到2035年。

運氣好的話，甚至可以在 LEGA 機動期間從地球上觀測到 JUICE，因為太空船首先在西半球夜間飛行，然後在白天飛越東南亞和太平洋。 2024年8月20日至21日夜間，業餘天文學家有機會使用強大的雙筒望遠鏡或望遠鏡看到探測器作為來自歐洲的快速移動的光點。

 

以每小時 15,000 公里的速度穿過“針眼”

事實證明，這種穿過太陽系內部的複雜軌跡對於引導太空探測器（發射時重達六噸多）盡快進入木星系統是最有效的。從時間上來說，繞行金星是一條捷徑。 JUICE 於 2023 年 4 月 14 日使用阿麗亞娜 5 號運載火箭從歐洲庫魯太空港發射升空。從那時起，太空探測器已經行駛了超過十億公里。

LEGA機動由歐洲太空總署位於達姆施塔特的歐洲太空控制中心ESOC控制和控制。目的是引導 JUICE 飛向月球，然後以準確的速度、準確的時間、準確的方向飛向地球。這個動作就像穿過針眼射擊一樣。此前還沒有任何航太機構進行過這種雙重機動。 2024年8月17日至8月22日期間，JUICE的價格將每秒受到監控。與太空探測器的無線電通訊透過 ESTRACK 位於西班牙、澳洲和阿根廷的三個大型天線站進行。歐洲太空總署表示，這種操作並非沒有風險。週二晚上 11 點 16 分，距離月球最近的 38 分鐘，JUICE 將穿過月球的陰影，與地球失去聯繫半小時。

 

獎勵：月球和地球的高解析度影像...

這次雙重近距離飛越的科學好處在於使用 JUICE 上的十台儀器進行測量，這些儀器實際上是為飛越木星的三顆大型冰衛星而開發的。它們將全部開啟並記錄月球表面上方的數據，其中大部分將在 24 小時後經過地球時再次記錄。這些物理測量和成像實驗記錄主要用於檢查發射後的功能以及此後暴露在太空中的 16 個月，以及校準感測器。

在飛越月球期間，JUICE 接近月球表面 750 公里範圍內。 JANUS相機不會完全垂直於月球表面，但最佳解析度約為每像素13公尺。月球離開的最終影像是在 2,800 公里處拍攝的，解析度仍然為每像素 42 公尺。拍攝到的區域位於月球背面和正面沿著赤道的一條狹窄地帶，由於滿月而完全照亮。由於飛越高度較高，來自地球的影像解析度將在每像素 125 公尺（儘管是在海洋上空）和 250 公尺之間。馬達加斯加、泰國、柬埔寨、菲律賓和夏威夷的部分地區將包括在內。

德國航太中心 (DLR) 參與了此次任務的儀器工作，並貢獻了「一個半」的硬體貢獻。 DLR 行星研究所控制了多個相機系統JANUS（Jovis，Amorum ac Natorum Undique Scrutator；拉丁語，意為「木星，他的愛人和後代，從各個方面探索」），該系統由Leonardo 公司在義大利開發和建造SpA 硬體組件。 JANUS 科學團隊由羅馬國家天文研究所 (INAF) 的 Pasquale Palumbo 和德國航太中心行星研究所的 Ganna Portyankina 領導。記錄規劃、攝影機操作、數據處理和科學評估分別在兩個設施之間進行，以優化結果。

 

……以及月球的地形剖面

德國也派出雷射高度計 GALA（Ganymede 雷射高度計）參與此任務。該計畫是在 DLR 行星研究所首席研究員 (PI) Hauke Hußmann 的領導下，與德國工業界以及日本、西班牙和瑞士的貢獻共同創建的。 GALA 每秒向固體表面發送 30 個雷射脈衝，並測量反射的雷射脈衝返回儀器望遠鏡的時間。高度和深度，即行星體的地形和形狀，可以用數百萬個測量點來記錄。 GALA 最初將記錄木星系統中木衛四和木衛二衛星的高度剖面，但最重要的是，在任務的後期過程中，將記錄木衛三周圍軌道的全球地形圖以及潮汐力造成的月球變形。

GALA 將在月地機動的第一部分進行測量，並將在接近地球衛星時開啟。月球表面850至1,200公里的測量距離可實現距離測定，並用於測試和校準儀器。當 JUICE 飛過地球時，距離太遠，無法進行良好的測量。飛越月球的 GALA 命令序列已於 8 月初傳送給 ESA。在距離月球最近的幾分鐘內，GALA 將以每秒 30 個脈衝的發射速率進行距離測量，以獲得月球表面最低高度約 850 公里的地面軌跡

此次木衛三測量的「彩排」將用於校準儀器的各種設定並檢查性能和信噪比。飛越月球是2031年進入木星軌道之前進行這些測量的唯一機會。的地形測量記錄。

還計劃與 JANUS 團隊一起對 GALA 的精確幾何對準進行校準。 JUICE相機將嘗試記錄GALA在月球半球上空飛行期間長時間曝光向月球「發射」的雷射脈衝，月球半球沒有被太陽照射。由於 GALA 和 JANUS 這兩種儀器在其「光學平台」上的觀察方向完全相同，因此 JANUS 影像感測器特定像素上的 GALA 雷射脈衝記錄中的輕微偏差將改善木星衛星上使用的幾何校準伽尼米德。然而，由於月球晝夜邊界處存在預期的散射光，無法保證實驗能夠提供預期的數據。

 

德國擁有 JUICE 第五股股份

德國大力參與 JUICE 使命。德國太空中心 (DLR) 的德國太空總署為 JUICE 任務提供了歐洲太空總署 (ESA) 成員國最大的單一捐款（約 21%），為該任務提供支援。這些資金是太空船開發、阿麗亞娜 5 號運載火箭發射和任務營運融資的一部分。此外，約 1 億歐元將流入德國對總共 10 台科學儀器中的 7 台和一項太空探測器實驗的捐款：

• GALA 雷射高度計是由柏林 DLR 行星研究所負責開發的，
• 對於 JANUS 相機，DLR 行星研究所是義大利領導的財團的一部分，
• SWI（亞毫米波儀器）儀器是在哥廷根馬克斯普朗克太陽系研究所（MPS）的領導下創建的。
• PEP（粒子環境包）是一種用於測量木星系統（MPS，哥廷根）中的中性和帶電粒子的光譜儀，
• J-MAG（JUICE 磁力計）是一種磁力計，用於表徵木星和木衛三的磁場以及研究冰冷衛星的海洋（布倫瑞克工業大學），
• 雷達儀器 RIME（冰衛星探索雷達）旨在研究深度達 9 公里的冰衛星的結構（德勒斯登工業大學），
• 3GM（木星和伽利略衛星的重力和地球物理學）是一項無線電波實驗，使用 Ka 轉發器和超穩定振盪器來確定木星及其衛星的重力場和大氣（RIU，科隆大學）。

 

還有實驗PRIDE（行星無線電干涉儀和多普勒實驗），它本身不是儀器，而是利用主天線與地球的無線電連接來測量。還有其他科學合作，例如透過 MPS 的 MAJIS（衛星和木星成像光譜儀）儀器。

 

搖擺或重力輔助操作

由於近距離飛越行星（在本例中為月球），太空探測器的路徑和速度會發生變化，這是因為太空探測器的質量比這些天體小得多。這本質上導致了“重力重定向”。

當探測器接近大天體並穿過其重力場時，它會因重力而偏轉。如果它在重力場中移動得太快，幾乎什麼也不會發生；如果它移動得太慢，它就會被強烈的吸引而落到天體上。因此，在計算通道的速度和計劃高度時需要最高精度——太空旅行中總是如此。

在近距離飛越過程中，探測器最初會加速，但在離開時會因重力而再次減速。從天體的角度來看，它的速度和以前一樣。相對於天體的軌道能量保持恆定。然而，速度向量的方向改變了。

然而，由於太空探測器和天體一起繞著太陽運行（“日心軌道”），行星和探測器繞太陽運行的速度向量和的大小發生了變化。因此，當太空探測器經過天體後面時，它相對於太陽會變得更快，或者像 JUICE 的 LEGA 機動一樣，當它飛到天體前面時，它會變得更慢。大天體（月球、地球）和小天體（探測器）相互交換動能。當然，大型天體的動能也會發生變化，但變化幅度很小，無法測量。有時，這些機動也會與探測器引擎的額外推力相結合。

 

[照片]

(A) 2024 年 8 月 19 日至 20 日 – 在月球和地球上進行 JUICE 煞車操作

JUICE（木星冰衛星探測器）太空探測器將於 2024 年 8 月 19 日飛越月球，並在第二天前往木星和地球。兩次近距離飛越的目的是引導探測器進入內太陽系的路徑，同時使其減速。這種在月球和地球上的「重力輔助機動」以前從未進行過。自 2023 年 4 月推出以來，JUICE 已行駛超過 10 億公里。飛越之後，JUICE 將在2025 年8 月以類似的金星機動加速，隨後於2026 年9 月和2029 年1 月兩次近距離飛越地球。月抵達目的地木星達到。

(B) 2024 年 8 月 19 日：JUICE 相機 JANUS 拍攝月球表面

在JUICE太空船連續近距離飛越月球和地球的過程中，科學實驗也將開啟。其中包括德國航空航天中心 (DLR) 大力參與的 JANUS 相機。在飛越月球期間，JUICE 從夜間一側接近月球表面 750 公里範圍內。影像（綠框）的最高解析度約為每像素 13 公尺。晚上 10 點 15 分到晚上 11 點 45 分期間拍攝的區域位於月球背面和背面的一條狹窄地帶，位於 1969 年阿波羅 11 號著陸點的南面。

(C) 2024 年 8 月 20 日：JUICE 抵達距離地球 6,807 公里以內

由於飛越高度高達 6,800 公里（最近點），JUICE 上的 JANUS 相機在飛越地球期間拍攝的影像解析度將在 125 公尺（儘管是在海洋上空）和每像素 250 公尺之間。馬達加斯加、泰國、柬埔寨、菲律賓和夏威夷的部分地區將包括在內。

(D) ESA 太空船 JUICE 上的 JANUS 攝影系統

JANUS 是 ESA JUICE 任務的相機系統。從2031年到2035年，它將以高解析度拍攝木星衛星木衛三、木衛四和木衛二的表面，從而為這些冰冷衛星的製圖提供基礎。 JANUS是在義大利、德國、西班牙和英國開發的，部分硬體是在DLR行星研究所製造的，該研究所也積極參與相機的科學操作。

(E) JUICE上的GALA雷射測高儀

木衛三雷射高度計（GALA）將測量木星系統中木衛三冰殼的潮汐變形，為全球內海洋的存在提供證據。此外，還將創建月球地形圖。 GALA 也將對木衛二和木衛四進行測量。 GALA 擁有強大的雷射器，當2024 年8 月19 日經過月球時，每秒將向月球表面發送30 個短近紅外線雷射脈衝，還有一個接收望遠鏡，將收集反射的雷射脈衝並將其轉發到月球表面。

(F) JUICE開始前的GALA雷射高度計和JANUS相機

2023 年 3 月初，德國太空中心行星研究所的工程師在庫魯發射場（法屬圭亞那）最後一次檢查了 ESA 木星任務 JUICE 的整合儀器 GALA 和 JANUS。它們與其他光學儀器 MAJIS、SWI、UVS 和粒子探測器 PEP 一起安裝在太空船的「總線」中。 GALA 的望遠鏡開口配有閃亮的金色鏡子，位於兩名 DLR 員工之間。 JANUS攝影系統安裝在右側人的右上方。在圖片的邊緣可以看到來自 JUICE 的折疊太陽能板。

(G) 2023 年 4 月 14 日：歐空局 JUICE 任務發射進入木星系統

歐空局的JUICE（木星冰衛星探索者）任務於2023 年4 月14 日由阿麗亞娜5 號火箭從歐洲庫魯航天港發射升空，開始為期八年的木星之旅，在那裡它將研究這顆氣態巨行星的三顆大衛星：木衛三、木衛四和木衛二。 VA260 航班是阿麗亞娜 5 號航班倒數第二個航班。

(H) JUICE – 探索木星的大型冰衛星

ESA 太空船JUICE（木星冰衛星探索者）將於2031 年抵達木星系統，距離2023 年4 月發射已過去八年。四（右上）、木衛二（木星雲前面）和木衛三（前景）。由於靠近木星的高輻射強度，火山衛星木衛一（左）只能從遠處觀測。在第二個任務階段，JUICE 將於 2034 年和 2035 年從行星軌道進入太陽系最大衛星木衛三的軌道。在那裡，探測器將首先從 5,000 公里的高度觀察衛星，然後從 500 公里的高度觀察衛星，然後根據燃料儲備，可能從 200 公里的高度觀察。