天問4号

天問4号（中国語：天问四号）は、以前は甘德（中国語：甘德）^{として知られていました[5] 。}木星系の調査を目的とした中国の惑星間ミッションであり、天王星を通過する宇宙船と同時に打ち上げられる可能性があります。 ^[6]

計画されている天問4号木星ミッションの目標には、木星系に存在する磁場とプラズマの相互作用の研究、木星大気の組成変化の調査、ガニメデまたはカリストの内部構造と表面特性の探査、および前述のガリレオ衛星を取り巻く宇宙環境の調査などが含まれています。^[7]

西側メディアの報道によると、2021年1月現在^{[アップデート]}、「木星カリスト・オービター」（JCO）と「木星システム・オブザーバー」（JSO）という2つの競合するミッションプロファイルがある。^{[5] 「JCO」では、宇宙船が}カリストの極軌道に入る前に、木星の不規則衛星に接近通過する。このミッションプロファイルには、カリスト着陸機も含まれる可能性がある。対照的に、「JSO」ミッションプロファイルは、「JCO」のものと大体似ているが、宇宙船によるカリスト周回は行わず、代わりにガリレオ衛星イオのより集中的な研究に焦点を当てる（「JSO」ミッションプロファイルにも着陸機は含まれていないようだが、木星系のツアーの最後に太陽-木星L1ポイントに宇宙船を送る可能性がある）。最後に、中国の研究者による発表によると、天問4号木星探査ミッションには、 2040年以降に天王星のフライバイを行う追加の探査機が含まれる可能性があるとのことです。 ^[8] 2023年12月現在、天王星のフライバイも含め、JCOプロファイルが選択されているようです。^[9]

このミッションの元の名前は、紀元前4世紀の中国の天文学者、甘徳に由来しています。甘徳は初期の惑星観測を行い、ガリレオ衛星を初めて肉眼で観測したと言われています。^[5]

2003年10月15日、CNSAは中国初の独立した有人軌道ミッションを開始し、その後、ロボットによる月周回ミッション（嫦娥1号と嫦娥2号）とロボットによる月面着陸船/ローバーミッション（嫦娥3号）を成功裏に遂行した。これらの成果を基に、CNSAは2020年代以降、より野心的な惑星間ミッションの検討を開始した。2018年、CNSAの月探査および宇宙計画センターの副所長である裴昭宇は、中国は2020年代末までに4つの主要な惑星間ミッションを実施する計画であると述べた。^{[10] 4つのミッションには、}火星ミッション（天問1号）、メインベルト彗星・小惑星サンプルリターンミッション（天問2号）、火星サンプルリターンミッション（天問3号）、木星系ミッションが含まれます。2021年初頭現在、前述のJCOとJSOのミッションプロファイルは、天問4号木星系ミッションとして実現されるべく競争しています。^[5]

地球・木星間のミッションの軌道とタイムラインの1つが、2020年のEGU総会で発表された。^[11]このシナリオでは、天問4号探査機は2029年9月に打ち上げられ、^[2] 6か月後の2030年4月に金星フライバイを実施し、^[a]その後、地球に2回遭遇する（最初の遭遇は2031年2月^[b]、2回目は2033年5月^[c]）。木星に到着する前に、サブプローブはメインプローブから分離し、2045年3月のフライバイのために天王星に向かいます。^{[1] [3]}

主探査機は2035年12月に木星周回軌道に入る。1回か2回の減速通過後、探査機は30日周期で木星の周りを大きな楕円軌道で周回し、不規則な衛星に接近する。^[9]約1年かけて10周回した後、カリストの重力アシストを2回受ける第2段階に入る。2038年2月、天問4号は高度300km、周回周期17.7時間でカリストの周回軌道に入り、衝突探査機が放出されてカリストの表面に衝突する。^{[4] [3]}

2021 年現在、次の 2 つのミッション プロファイル (JCO と JSO) のいずれかが最終的なミッション アーキテクチャに似ている可能性があります。

JCO は、カリストの周りの極軌道に入る前に、いくつかの不規則な木星衛星のそばを飛行する。このシナリオには、嫦娥の月着陸船のように、月の形成と進化に関する前例のない洞察を提供する可能性のある着陸機も含まれる。カリストは 4 つのガリレオ衛星の中で最も外側にある。その内部は、他の衛星と木星の重力による加熱をあまり受けない。おそらく木星の残り物で形成され、それ以来ほとんど休眠状態にあり、表面を変化させたのは小惑星の衝突のみである。したがって、この衛星は、着陸機が研究するための初期の木星系と太陽系全体の歴史を保存している。カリストはまた、酸素の少ない薄い大気を持ち、他の地下海洋衛星エウロパとガニメデ、不安定で活動的なイオほど魅力的ではないにもかかわらず、科学的魅力を高めている。カリストは、着陸が最も簡単な木星の衛星でもある。宇宙船が到達するために必要な燃料が少なく、木星の強力な放射線場の外側に位置している。これらは、カリストを主なミッションターゲットとする根拠である。JCOには、2040年代後半に独立して天王星に向かって飛行し、遭遇する二次宇宙船も含まれている。 ^[5]

JSO は、カリスト着陸の可能性の代わりに、木星の衛星イオの詳細な調査を行う。探査機はイオに数回接近通過し、木星の重力がどのようにしてイオを引っ張って火山活動の原動力となっているかを調査する。また、JSO は不規則衛星の質量、密度、動力学、化学組成、同位体組成を調査し、木星形成のこれらのユニークな名残に関する知見を提供する。オプションとして、JSO は 1 機または数機の小型衛星を打ち上げ、木星磁気圏の動力学の多地点調査を行うこともできる。

JSOは、その旅の最後には、太陽と木星のL1点を周回する軌道に送られる可能性がある。この地点では、惑星の重力が太陽の重力とバランスが取れており、宇宙船が長期間そこに留まることができる。これまで宇宙船が訪れたことのないこのユニークな地点から、JSOは木星の磁場の外側の太陽風を監視し、遠くから不規則な木星の衛星を調査することができる。^[11]

天問4号ミッションの潜在的な科学機器は、2020年5月に開催された欧州地球科学連合2020年総会のセッションで議論されました。可能性のある機器は、ミッションの2つの主な目標、すなわち木星系の形成と現在の「働き」 ^[d]に関する質問に答えることに対応するように設計された4つのペイロードパッケージに分類されました（実際に選択される機器は、ミッションプロファイルとしてJCOまたはJSOのどちらが選択されるかによって異なります）。4つのペイロードパッケージは、（A）プラズマおよびダスト分析装置、（B）多波長分光機器、（C）地質学/氷河学/地球化学分析装置、および（D）無線/光リンクおよび無線科学機器です。^[11]

• 熱プラズマ分光計（100 eV～100 keV）
• 高エネルギー荷電粒子検出器および高エネルギー中性原子（ENA）分析装置
• イオンおよび中性質量分析計
• 磁力計
• 電波・プラズマ波分光計
• 質量分析計を備えた宇宙塵検出器

• 可視波長イメージングカメラ
• 近赤外線イメージング装置/分光計
• 遠赤外線/サブミリ波放射計/分光計
• 紫外線イメージング装置/分光計

• 高質量分解能・広質量範囲質量分析計

（氷表面用サンプリングシステムと熱分解装置（耐火物用）による供給）

• ドップラー追跡と掩蔽測定のための地球との送受信無線リンク
• 追加のドップラー追跡と掩蔽測定のためのプラットフォーム間無線リンク
• 「PRIDE」天体測定実験（各飛行要素の超長基線干渉計による追跡）
• 高度計（メートルレベルの精度）

• ガリレオ（宇宙船）
• ジュノー（宇宙船）
• 木星氷衛星探査機
• ユーロパ クリッパー