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8月21日欧空局宣布，木星冰月探测器（Jupiter Icy Moons Explorer）完成了世界上首次双重引力辅助，从而走“捷径”经由金星飞向木星，预计 2031 年 7 月到达木星。什么是双重引力辅助？ 世界第一次“双重引力辅助”，木星冰月探测器（JUICE）将实现怎样的突破？为何是欧洲抢先实现了世界第一次“双重引力辅助”？大家好，我是中国科学院国家空间科学中心研究员李明涛，今天我们一起来了解下木星冰月探测器及其“双重引力辅助”。
木星冰月探测器是欧空局的旗舰级木星探测任务，其科学目标是探测木星系统及其冰卫星，寻找地球之外的潜在生命信号。木星系统距离太阳非常遥远，阳光传输到木星系统需要足足43分钟，因此木星系统非常寒冷，木卫二、木卫三、木卫四表面都覆盖着厚厚的冰层。然而另一方面，木星作为太阳系的行星之王，引力非常强大，在引力潮汐作用下，木星冰卫星内部被加热，因此木星冰卫星冷漠的外表下隐藏着巨大的液态海洋。这是理解冰冷世界宜居性的核心，科学家甚至推断可能有微生物生存在这些冰卫星的海洋之中。这也是为何木星冰月探测器对这些冰卫星如此感兴趣的原因。
木星系统的遥远距离也决定了飞往木星非常困难，科学家需要锱铢必较地预算飞往木星系统的每公斤燃料。“引力弹弓”技术是深空探测中常用的节省燃料的办法，其本质是利用自然天体的引力改变探测器的轨道，从而节省探测器推进系统的燃料，在航天动力学中“引力弹弓”也被称为引力辅助。美国宇航局上一个旗舰级木星探测任务“伽利略”号就利用了金星和地球的引力弹弓效应，通过金星-地球-地球的飞行序列，利用金星和地球的引力对探测器轨道进行持续加速，从而低能量地飞向木星系统。木星冰月探测器则更进一步，在实施地球“引力弹弓”飞越之前，还飞越了月球，相当于先后利用了月球和地球的“引力弹弓”效应，这就是“双重引力辅助”。
“双重引力辅助”具有重要的意义。首先，“双重引力辅助”可以节省更多的燃料，节省出来的燃料，可以让木星冰月探测器以更近的距离、更长的时间去探测木星的冰卫星，提升科学产出；其次，月球是地球的天然卫星，“双重引力辅助”可以利用飞掠月球的机会对科学探测载荷进行测试，确保科学载荷工作正常、对木星冰卫星的探测取得成功；最后，“双重引力辅助”的成功为未来深空探测器节省燃料提供了新范式。
为何欧空局能够率先掌握“双重引力辅助”技术呢？实际上，欧空局在深空探测领域一直属于先驱者，创造了多个深空探测史上的第一次：第一次着陆探测彗星表面、第一次利用离子推进探测月球……。木星冰月探测器不仅实施了首次“双重引力辅助”，未来还将首次实现木星冰卫星木卫三的环绕探测。这些第一次不仅彰显了欧空局创新探索的勇气，也体现了其高超的探测器轨道设计与控制技术。
未来，我国将实施“天问四号”木星系统探测任务，对木星系统及其冰卫星木卫四实施环绕探测。期待我国“天问四号”任务有更加精彩的任务设计和轨道设计。也期待“天问四号”与木星冰月探测器携手为刷新人类对太阳系起源与演化的认知做出巨大贡献。
本文为科普中国·创作培育计划扶持作品
作者：李明涛
审核：周炳红 中国科学院国家空间科学中心 研究员
出品：中国科协科普部
监制：中国科学技术出版社有限公司、北京中科星河文化传媒有限公司
