我国将在2029年发射天问4号任务重点探测木卫四

在联合国/中国联合空间探索研讨会（UN / China space exploration workshop）上，我国天问火星轨道器揭示了天问4号任务将以木卫四为主探索对象，涵盖木星系探测和天王星飞越的总体目标。

今天我们就详细介绍一下我国天问4号深空探测任务。

一、中国行星探测工程

我国行星探测（Planets Exploratory China/Cooperation, PEC）重大工程主要包括“天问1号”－ “天问4号”系列任务，以及未来的太阳系边际探测任务。

其中天问1号、2号和3号任务聚焦在太阳系的内行星范围，天问4号任务将开始探测太阳系的外行星系统。

我国行星探测重大工程实施路线图

• “天问1号”（2020年7月）：实现火星的“绕、落、巡”。2021年6月11日，我国首次火星探测任务取得圆满成功；

由祝融火星车释放的分离相机拍摄的天问1号着陆器和巡视器合影

• “天问2号”（2025年）：实现对近地小行星 2016HO3 的采样返回。采样返回任务将历时2年多，此后轨道其并继续探测兼具小行星和彗星特性的活动小行星（active asteriod）311P/PanSTARRS。整个任务周期将超过10年；

• “天问3号”（2028年）：实现火星土壤采样返回；

• “天问4号”（2035年）：木星系探测并飞越天王星。包括木卫四/卡利斯托（Callisto）环绕探测。

• 太阳系边际探测（2049年）：探测80－100个天文单位（AU）的太阳系边缘－柯依伯带。

二、天问4号（Tianwen-4）任务

我国太阳系的外行星探测计划天问4号任务，将把木星的巨型冰卫星之一的木卫四/卡利斯托（Callisto）作为主要探测对象，它位于 4 颗伽利略卫星的最外侧。

这张照片摄于2001年5月，是NASA伽利略号探测器获得的唯一完整的全球彩色图像。木卫四的表面是均匀的坑，但颜色或亮度不均匀。科学家认为，明亮的区域主要是冰，而较暗的区域则是高度侵蚀的贫冰物质

1、科学目标

研究木星磁层结构、木卫四大气模型、木卫四表面冰层形貌及厚度、 金星、地球、木星间的太阳风结构，地外生存状态及其演变特性等。途中可能对小行星进行飞掠探测。

2、探测器名称

甘德号。甘德是战国时期赵国人，据称他是第一个用肉眼观测到木星卫星的人。

3、探测器结构

甘德号探测器主要包括木星环绕探测器、木卫四环绕探测器和天王星飞掠探测器。可能会考虑木卫四着陆器（撞击器）、中继卫星、磁层探测仪器等。

4、任务规划

根据任务规划，天问4号任务将采用EVEEJU 飞行序列，并通过 1 次金星和 2 次地球飞掠，利用引力弹弓效应进行探测器加速。

天问4号任务规划

① E（Earth）地球

该飞行序列最优的发射日期为 2029 年 9 月 24 日~10 月 9 日期间，探测器将由长征5号火箭从海南文昌航天发射场发射升空。

② V（Venus）金星

2030 年 4 月 11 日，探测器飞掠金星，飞掠高度 12,716 公里。

③④ E（Earth）地球

将先后于 2031 年 2 月 15 日和 2033 年 5 月 23 日两次飞掠地球，飞掠高度分别为 5,246 公里和 2,151 公里。

⑤ J（Jupiter）木星

于 2035 年 12 月 抵达木星系。木星探测器被木星捕获后，探测器会分为两部分：木星环绕器及木卫四环绕器。

木星环绕器将会在距离木星142,861 公里高度以每秒 0.696 公里的速度进入木星轨道，并以 211 天的周期、144~155° 的轨道倾角、远木点 2 千万公里的轨道环绕木星。

木卫四环绕器将会通过多次木卫四借力和探测器深空机动进入环绕木卫四、轨道高度约 500 公里的轨道。

天问4号任务的早期计划包括一个木卫四着陆器，但是最新的计划将其变更为一个撞击器。木卫四的具体探测细节，我国行星科学界仍在讨论其科学目标的范围和平衡点。

⑥ U（Uranus）天王星

天王星飞掠探测器将在航天器被木星引力捕获前分离，该探测器将于 2045 年 3 月飞掠天王星。

在2022年巴黎国际宇航大会上，我国首次宣布了天问4号增加天王星飞掠计划，这将是继 1986 年旅行者2号（Voyage 2）造访天王星后的人类探测器第2次近距离观测该星球。

三、木卫四探测的独特之处

木卫四虽然没有其它伽利略卫星那么迷人，但由于许多原因，木卫四却是一个有价值的目标。

木卫四古老的表面保存了早期木星系统和更广泛的太阳系的历史，并且在其冰面下可能存在海洋。它还有瓦尔哈拉撞击盆地（Valhalla impact basin），其明亮的中心被同心裂缝包围。

NASA 伽利略探测器拍摄的瓦尔哈拉撞击盆地

与木卫三（Ganymede）、木卫二（Europa）和木卫一（Io）不同，木卫四位于木星强辐射场外，这使得对该卫星的长期研究变得更加容易。

瞄准和部署木卫四撞击器，并实现与主航天器观测的协调将是一项具有挑战性的技术壮举。观察撞击及其后果将打开一个独特的窗口，可以前所未有地深入了解木卫四的成分、结构、撞击力学、有机物的存在、以及更多由碰撞喷出物质的研究。撞击甚至可能对木卫四的脆弱大气产生可见的影响。

目前，天问四号的整体设计和关键技术验证工作仍进行中，包括产生足够的电力来运行距离太阳近 8 亿公里的航天器，以及应对恶劣的辐射环境所需的防护。

四、全球木星系探测任务

1、先锋10号和11号-Pioneer 10 & 11 （1973年和1974年）

NASA 先锋10号效果图

这些开拓者为未来的探索铺平了道路。它们飞越木星，拍摄了第一张特写图像，并提供了有关木星大气层、磁场和卫星的重要数据。

2、旅行者1号和2号-Voyager 1 & 2 （1979年和1981年）

NASA 旅行者1号和2号探测太阳系星球

这些标志性的探测器开始了外太阳系的盛大之旅，在木星上取得了突破性的发现。他们拍摄了木卫一火山活动、木卫二结冰表面和木卫三复杂地形的惊人图像。

3、伽利略号-Galileo（1989-2003）

NASA 伽利略号飞越木卫一效果图

这艘多功能轨道飞行器花了 14 年时间对木星及其卫星进行了前所未有的详细研究。它向该行星的大气层部署了一个探测器，揭示了其化学成分，并提供了对其湍流环境的直接测量。

4、新视野号-New Horizons （2006年-）

2005年在肯尼迪航天中心的 NASA 新视野号探测器

这艘快速的航天器已经飞越冥王星并前往更遥远的空间。它于2007年飞越木星，拍摄了木星最大风暴大红斑的高分辨率图像，并提供了有关其大气气体成分和分布的宝贵数据。

5、朱诺号-Juno（2011年-）

NASA 朱诺探测器模型

目前正在绕木星运行，朱诺号正在执行解开木星奥秘的任务。它深入木星大气层，绘制其内部结构和成分，并研究其复杂的天气系统。

6、木星冰月探测器-JUICE（预计2031年抵达木星系）

欧空局（ESA）木星冰月探测器（Jupiter Icy Moons Explorer，JUICE）于 2023 年 4 月 14 日发射升空，重点将探测木卫三。

JUICE探测器探测木卫三CGI（左下角木卫三、后排从左至右木卫一、木星、木卫二、木卫四）

JUICE 预计将在 2031 年到达木星系，它将飞越木卫二（Europa）、木卫三（Ganymede）和木卫四（Callisto）3颗大卫星，最后进入太阳中最大卫星木卫三的轨道。

7、欧罗巴快船-Europa Clipper（预计2030年抵达木星系）

NASA 欧罗巴快船（Europa Clipper）的目标是探索木卫二/欧罗巴，观测其宜居性，并帮助选择未来木卫二着陆器的着陆点。本次任务的重点是了解孕育生命的3个必要条件：液态水、化学组成和能量。

欧罗巴快船探测器效果图

欧罗巴快船计划 2024 年 10 月由猎鹰重型（Falcon Heavy）火箭发射升空，计划于 2030 年抵达木星。该航天器将数十次飞越木卫二，以研究这颗冰冷的卫星上的生命潜力。

五、30年代木星系探测任务小结

中国、美国和欧空局从本世纪 30 年代开始的新一轮木星系探测是形成了某种默契的，如果按部就班执行，将是下表的安排：

探测器

主目标

入木星系

国别

1

欧罗巴快船

木卫二

2030

美国

2

木星冰月探测器

木卫三

2031

欧空局

3

天问4号

木卫四

2035

中国

毕竟去一次不容易。

>End

本文转载自“全球航天事件”，原标题《我国将在2029年发射天问4号任务重点探测木卫四》。

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