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8月21日歐空局宣布，木星冰月探測器（Jupiter Icy Moons Explorer）完成了世界上首次雙重引力輔助，從而走“捷徑”經由金星飛向木星，預計 2031 年 7 月到達木星。什么是雙重引力輔助？ 世界第一次“雙重引力輔助”，木星冰月探測器（JUICE）將實現怎樣的突破？為何是歐洲搶先實現了世界第一次“雙重引力輔助”？大家好，我是中國科學院國家空間科學中心研究員李明濤，今天我們一起來了解下木星冰月探測器及其“雙重引力輔助”。

木星冰月探測器是歐空局的旗艦級木星探測任務，其科學目標是探測木星系統及其冰衛星，尋找地球之外的潛在生命信號。木星系統距離太陽非常遙遠，陽光傳輸到木星系統需要足足43分鐘，因此木星系統非常寒冷，木衛二、木衛三、木衛四表面都覆蓋著厚厚的冰層。然而另一方面，木星作為太陽系的行星之王，引力非常強大，在引力潮汐作用下，木星冰衛星內部被加熱，因此木星冰衛星冷漠的外表下隱藏著巨大的液態海洋。這是理解冰冷世界宜居性的核心，科學家甚至推斷可能有微生物生存在這些冰衛星的海洋之中。這也是為何木星冰月探測器對這些冰衛星如此感興趣的原因。

木星系統的遙遠距離也決定了飛往木星非常困難，科學家需要錙銖必較地預算飛往木星系統的每公斤燃料。“引力彈弓”技術是深空探測中常用的節省燃料的辦法，其本質是利用自然天體的引力改變探測器的軌道，從而節省探測器推進系統的燃料，在航天動力學中“引力彈弓”也被稱為引力輔助。美國宇航局上一個旗艦級木星探測任務“伽利略”號就利用了金星和地球的引力彈弓效應，通過金星-地球-地球的飛行序列，利用金星和地球的引力對探測器軌道進行持續加速，從而低能量地飛向木星系統。木星冰月探測器則更進一步，在實施地球“引力彈弓”飛越之前，還飛越了月球，相當于先后利用了月球和地球的“引力彈弓”效應，這就是“雙重引力輔助”。

“雙重引力輔助”具有重要的意義。首先，“雙重引力輔助”可以節省更多的燃料，節省出來的燃料，可以讓木星冰月探測器以更近的距離、更長的時間去探測木星的冰衛星，提升科學產出；其次，月球是地球的天然衛星，“雙重引力輔助”可以利用飛掠月球的機會對科學探測載荷進行測試，確保科學載荷工作正常、對木星冰衛星的探測取得成功；最后，“雙重引力輔助”的成功為未來深空探測器節省燃料提供了新范式。

為何歐空局能夠率先掌握“雙重引力輔助”技術呢？實際上，歐空局在深空探測領域一直屬于先驅者，創造了多個深空探測史上的第一次：第一次著陸探測彗星表面、第一次利用離子推進探測月球……。木星冰月探測器不僅實施了首次“雙重引力輔助”，未來還將首次實現木星冰衛星木衛三的環繞探測。這些第一次不僅彰顯了歐空局創新探索的勇氣，也體現了其高超的探測器軌道設計與控制技術。

未來，我國將實施“天問四號”木星系統探測任務，對木星系統及其冰衛星木衛四實施環繞探測。期待我國“天問四號”任務有更加精彩的任務設計和軌道設計。也期待“天問四號”與木星冰月探測器攜手為刷新人類對太陽系起源與演化的認知做出巨大貢獻。

本文為科普中國·創作培育計劃扶持作品
作者：李明濤

審核：周炳紅 中國科學院國家空間科學中心 研究員

出品：中國科協科普部

監制：中國科學技術出版社有限公司、北京中科星河文化傳媒有限公司

來源: 星空計劃

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