[科普中国]-朱诺探测器

项目背景

朱诺在古罗马神话中是天神朱庇特（Jupiter) 的妻子，地位相当于希腊神话中的主神宙斯的妻子赫 拉。该探测器名称的含义是，天神朱庇特拉起了帷幕 隐藏他的恶作剧，但他的妻子朱诺能够看穿云雾，看 见朱庇特（木星）的真正本质。2

“朱诺”是NASA“新疆域计划” （New Frontier Program)中的第2个探测器，项目总成本 为11亿美元，包括探测器研发、科学仪器、发射服 务、任务运行、科学研究与中继支持。项目由美国喷 气推进实验室(JPL)管理，项目首席专家为美国西南研究院的斯科特·波顿。该项目所属的“新疆域计划”由马歇尔航天飞行中心（MSFC)管理。探测器由洛马公司（LM)制造。任务发射管理由NASA 肯尼迪航天中心的“发射服务计划” （Launch Services Program)负责。2

探测目标木星是太阳系从太阳向外的第5颗行星，也是目前已知最大的太阳系行星，人类对其已经进行了数百 年的观测和研究，但至今大量有关木星的基本问题尚 未得到答案。1610年，天文学家伽利略首次对木星进行了详细的观测，并发现了木星的4颗大卫星，这几颗木星卫星后来被称为“伽利略”卫星。自1972年起，先驱者-10 (Pioneer-10)、旅行者-1和2 (Voyager-1 和2)、“伽利略”、“新视野’’（New Horizons)等探测器对木星进行了一些探测活动，发现木星的组成情况和科学家们之前猜测的并不一样。 至今，人们对于木星以及关于太阳系起源的大量问题仍未解决，其中关于木星的基本问题如下：2

1) 木星是如何形成的？

2) 木星上有多少水或氧气？

3) 木星的内部结构是怎样的？

4)木星是否有固体核？如果有，固体核有多大？

5)木星巨大的磁场是如何产生的？

6)木星深层内部运动是如何影响木星的大气特 征的？

7)木星极光传播能量的物理过程是怎样的？

8)木星的两极看上去是怎样的？

“朱诺”的主要探测目标是揭示木星的形成和 演变过程。探测器在大椭圆极轨道上工作，将观测木星的引力场和磁场，研究木星大气动力学和组成，探 索木星内部结构、大气和磁气圈的情况，将木星作为 巨行星的原型理解木星的起源和演变，并有助于我们 理解太阳系和其他恒星周围的行星系统的起源。2

主要性能参数探测器质量为1500kg，主平台为直径3.5m、高3.5m的六边形柱体结构，3副太阳翼从柱体侧面伸出。平台舱顶部中央装有0.8m×0.8m×0.6m的钛合金防辐射屏蔽装置，厚度约1cm，质量150kg，该装置将探测器的中央处理系统、数据处理设备以及电子单元屏罩起来，以抵御木星辐射影响。推进系统包括1个双组元发动机和12个单元肼推力器，其中645N双组元发动机用于主推进机动；12个单元推力器用于自旋控制及辅助轨道修正。电源系统采用3个总面积约60m2的太阳翼和2个55A·h的锂离子蓄电池组。在地球轨道附近时，太阳翼功率为18kW；在木星轨道上时，太阳翼功率为400W。探测器采用自旋稳定，在任务的不同阶段，有不同的自旋速率；其中巡航阶段为1r/min，科学观测阶段为2r/min，在主发动机点火机动期间为5r/min。主任务通信采用X频段，装有高增益天线、低增益天线和螺旋天线，地面采用NASA深空网的70m天线；探测器还为引力科学实验提供Ka频段双工链路。探测器运行于高倾角木星椭圆极轨道，远木点为39个木星半径，近木点为1.06个木星半径。1

有效载荷探测器的有效载荷包括微波辐射计、木星红外光谱仪/成像仪、磁通脉冲磁力计、木星高能粒子探测仪、木星极光分布试验装置、紫外光谱仪、高级恒星罗盘、无线电和等离子体波试验装置、“朱诺”相机以及引力实验装置。详见下表。1

|| || “朱诺”有效载荷

飞行历程“朱诺”飞行历程如下表。

|| || “朱诺”飞行历程

特点分析1、采用大量成熟技术，降低成本，提高任务成功率

由于成本的限制，“朱诺”任务采用了大量成熟的、已经过飞行验证的技术，可降低成本，提髙任务成功率。例如探测器携带的“朱诺”相机，其硬件基于“火星科学实验室”（MSL)的下降相机的设计，软件则基于“火星奥德赛” （Mars Odyssey) 和“火星勘测轨道器”（MRO)的设计。2

2、采用高效、节能且能抵御辐射的太阳电池翼为探测器提供电能

“朱诺”是首个在离太阳如此远的距离上采用 太阳能供电的航天器，因此太阳电池翼的表面积必须 足够大，才能提供足够的电能。

“朱诺”的太阳电池阵单元的设计非常先进，比传统的硅质太阳电池阵单元的效率高50%,且可以耐受高强度的辐射。此外，“朱诺”携带的科学仪器也非常节能。“朱诺”的任务设计避免了进入木星阴影区域，在木星极轨道上运行也使得探测器只受到最小程度的辐射。2

3、针对木星任务进行专门设计，首次携带电子元器件辐射防护装置

由于木星的磁场和辐射带比地球强得多，NASA喷气推进实验室为探测器设计了专用的防辐射 屏蔽装置，并通过特殊的结构设计、特定的飞行轨道来降低辐射对仪器的影响。

为防御辐射，“朱诺”的电子器件都安装在一个钛金属盒内，里面安装了探测器的指令与数据处理装置、电源与数据分发单元以及其他20余种电子组件。2

相关新闻美国时间2016年7月4日，美国“朱诺” （Juno)木星探测器历经近5年的飞行，终于成功抵达木星并进入 木星轨道，总飞行距离达到2.83X109km。美国时间2016年7月10日，美国航空航天局（NASA)公布了“朱诺” 传回的首张照片。“朱诺”进入木星轨道后，将在木星大椭圆极轨道上工作约20个月，围绕木星飞行37圈。按 NASA目前的计划，“朱诺”将于2018年2月结束任务，届时将离轨并撞向木星表面。2