木星系多目标探测轨道设计研究

张磊 田百义 周文艳 田岱 朱安文

(北京空间飞行器总体设计部，北京 100094)

木星系统作为太阳系内最大的行星系统，是深空探测的重要目标之一。通过对木星及其卫星系统的近距离探测，对于了解气态巨行星的起源和演化以及太阳系的发展具有重要意义。

国际上对木星系统的探测研究始于20世纪70年代，迄今为止，美国和欧洲针对木星系共进行了9次探测。早期以飞越探测为主，如先驱者10号、11号以及卡西尼-惠更斯号等[1]。后期逐渐转为环绕式探测，如1989年发射的伽利略号和2011年最新发射的朱诺号。作为首颗木星系环绕探测器，伽利略号对木星大气进行了原位测量，并对木星的4颗伽利略卫星(即木卫一、木卫二、木卫三、木卫四)进行了多次飞越观测[2]，而朱诺号则在木星椭圆极轨道对木星深层大气、重力场、磁场以及磁球层等进行了全面观测[3]。除上述任务外，国外后续还规划了2次木星系探测计划，分别是欧洲的“木星冰卫探测”(JUICE)计划和美国的“快帆”计划，其中JUICE计划将重点针对木卫三进行环绕探测[4]，“快帆”计划将重点针对木卫二进行多次飞越探测[5]。

作为我国2030年前深空探测的总体科学目标之一，统筹开展木星系探测将为完善我国深空探测科学研究体系，推动我国天文学等学科的发展和空间科技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。我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及其卫星的多目标探测。……