空间科学与试验专栏|木星系科学探测研究与展望

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邹昕,彭兢,缪远明.木星系科学探测研究与展望[J].中国空间科学技术,2023,43(6):1-10.

ZOU X, PENG J, MIAO Y M.Research and prospect of scientific exploration for Jovian system[J].Chinese Space Science and Technology,2023,43(6):1-10(inChinese).

一、文章导读

1.研究背景

木星是太阳系中体积最大、质量最大、自转速度最快、磁场最强的行星，是继月球、火星之后，另一个主要的探测方向。根据目前的深空探测成果，木卫二、木卫三、木卫四表面覆盖着一层厚厚的冰，其冰面下可能存在海洋，有可能演化出生命。木星探测已经成为国际上深空探测的重点方向，通过对木星及其卫星展开探测研究，能提升人们对于太阳系早期演化、木星磁场起源和地外生命的认知。

目前国外共实施了9次木星探测任务，实现了木星的飞越、环绕以及大气进入探测。已有7颗探测器对木星开展了飞越探测，已有2颗探测器对木星开展了环绕探测，此外今年刚发射的木星冰卫星探测（JUICE）任务和规划中的欧罗巴快帆（Europa Clipper）任务，计划通过环绕或多次飞越的方式开展木星卫星探测。

针对国外已实施和计划实施的木星系科学探测任务开展研究，为中国首次木星系探测的科学目标提出和有效载荷的配置提供有价值的参考，寻找符合工程约束且实现科学探测价值的最大化。

深空探测是人类探索宇宙奥秘和寻求永续发展的重要途径，是拓展人类生存空间、丰富人类认知的重大新兴领域。作为中国2030年前深空探测的总体科学目标之一，统筹开展木星系科学探测将为完善中国深空探测科学研究体系，拓展人类对太阳系和宇宙的认识，推动中国空间科学的发展和空间技术的进步发挥重要作用。木星系探测漫长的任务周期和较高的经费需求，决定了顶层任务规划的重要性。因此，中国首次开展木星系探测活动，要统筹科学需求与经济发展水平，高起点地开展深空探测活动，充分利用后发优势，争取一次任务完成木星、木卫和行星际穿越多目标科学探测。

2.文章梗概

为了更好地规划中国首次木星系科学探测任务，对国外历次木星系探测任务的发展状况进行了调研分析，包括7 次飞越探测、2 次环绕探测（伽利略号和朱诺号），归纳总结了木星系探测任务的科学目标、载荷配置及其探测成果情况，分析得到了木星系科学探测任务特点和启示。最后，在上述分析和待解决问题的基础上，提出了中国木星系科学探测任务的初步设想与发展展望。

3.总结与展望

木星系探测是继火星探测后深空探测的重要领域，不仅对太阳系演化与地外生命探索等科学理论研究具有重要意义，而且可以极大地带动深空探测技术能力提升。中国首次木星系科学探测任务除对目前国际上已有的木星探测成果做重要的补充外，同时还应提出一些国外探测任务中未重视或还没有开展的探测任务，在科学目标和载荷配置上力争有所突破。结合目前国外木星系探测现状及木星系探测的科学意义和所需的技术基础，针对中国木星系科学探测任务的规划给出几点建议。

（1）加强科学目标研究的自主性和独创性

科学探测将是行星探测任务的主题，开展行星探测应以科学需求为牵引，兼顾技术发展水平，既注重寻求突破与创新，又充分考虑继承与衔接，确保可实现。在科学目标选择上，除了基于目前探测任务成果调查和分析基础外，还须加强中国木星系自主探测的特色，遵循“人无我有，人有我新”的原则，在科学目标选择上寻找热点和空白点，在技术发展上寻求跨越点，保证科学目标和载荷技术的可实现性及独创性。

（2）科学与工程在任务全过程创新结合

科学是工程的目的和依据；工程是科学的手段和保障。对于这种科学上探索性很强、工程上又应用许多新技术的复杂任务，只有将科学与工程在全过程“双螺旋式”创新结合起来，才能完成任务。中国首次木星系探测任务，科学需求多，载荷配置多样，而探测器系统发射质量、体积、功耗等资源受限，为最大限度获得科学成果和工程技术突破，应兼顾两个目标的探测需求，合理规划任务过程，统一论证有效载荷配置，协调载荷工作时序以获取更多的科学探测成果。

（3）加强有效载荷技术的开发

不断发展有效载荷技术，提高观测分辨率、测量精度等载荷性能指标，同时进一步集成设计和轻小型化设计，以实现以最小的载荷资源代价获取更高的科学价值和更多的科学成果。有效载荷选择除了覆盖科学目标进行探测任务外，也要充分考虑中国空间探测能力和载荷技术发展水平，既要有一定的继承性，又要具有一定的发展，才能达到预期的科学目标。

（4）积极探索深空探测国际合作途径

空间探索和空间科学与其他航天活动相比，更具有全球性、开放性和科学性，因此更具有国际合作的必要性和可行性。其次，深空探测任务与地球轨道任务相比，无论是航天器本身，还是深空通信与测控，其规模和复杂性通常都远超出地球轨道航天器。此外，又由于深空探测活动的和平利用空间性质，探测数据的分析研究需要世界范围科学家的广泛参与。综上所述，中国在加强空间技术能力发展的同时，应积极探索深空探测国际合作途径，也能够学习先进技术、交流设计思想、借鉴工作方法，以点参与，带动多项技术的发展，获得并分享更多科学成果。

二、作者简介

邹昕，北京空间飞行器总体设计部高级工程师，研究方向为深空探测航天器总体设计。

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来源：《中国空间科学技术》2023年第6期

编辑：陈飚

监制：祁首冰

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