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天問4号（中国語:天问四号、ピンイン: Tiānwèn Sì Hào）、旧称甘徳（中国語:甘徳、ピンイン: Gān Dé） [ 5 ]は、木星系を研究するための中国の惑星間探査計画であり天王星フライバイを行う宇宙船と同時打ち上げされる可能性がある。 [ 6 ]
計画されている天問4号木星探査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、木星大気の組成変動の調査、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が含まれる。[ 7 ]
欧米メディアの報道によると、2021年1月現在、 2つの競合する任務プロファイルが存在する。 : 「ジュピター・カリスト・オービター」（JCO）と「ジュピター・システム・オブザーバー」（JSO）。[ 5 ] 「JCO」では、宇宙船がカリストの極軌道に入る前に、木星の不規則衛星をフライバイします。このミッションプロファイルには、カリスト着陸機または衝突プローブも含まれる可能性があります。対照的に、「JSO」ミッションプロファイルは、「JCO」と大まかに似ていますが、宇宙船によるカリストの周回は行わず、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ます（「JSO」ミッションプロファイルには着陸機は含まれていないようですが、木星系の周回を終えた後、宇宙船を太陽-木星L1点に送る可能性はあります）。最後に、中国の研究者による発表では、天問4号木星探査ミッションには、 2040年以降に天王星フライバイを行う追加探査機が含まれる可能性があることが示唆されている。 [ 8 ] 2023年12月現在 、天王星フライバイ探査機を搭載したJCOプロファイルが選ばれた可能性があるようだ。[ 9 ]
このミッションの元の名前は、紀元前4世紀の古代中国の天文学者甘徳に由来しており、彼は初期の惑星観測を行い、肉眼でガリレオ衛星を初めて観測したと伝えられている。 [ 5 ]
ロボットによる月周回ミッション（嫦娥1号、嫦娥2号）とロボットによる月着陸機/探査車ミッション（嫦娥3号）を成功裏に完了した後、CNSAは2020年代以降、より野心的な惑星間ミッションを検討し始めた。2018年、CNSA月探査宇宙計画センターの副所長である裴兆宇氏は、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）、小惑星帯の彗星と小惑星の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る。2021年1月現在 、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するために競合している。[ 5 ]
地球-木星探査ミッションの軌道とタイムラインの1つが、 EGUの2020年総会で発表された。[ 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回接近する（1回目は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月に天王星フライバイを行うために天王星に向かう。[ 1 ] [ 3 ]
メインの探査機は2035年12月に木星の軌道に入ります。1回または2回の減速通過の後、探査機は30日の周期で木星の大きな楕円軌道にとどまり、不規則衛星のフライバイを行います。[ 9 ]約1年間で10周した後、カリストの2回の重力アシストによる第2段階に入ります。2038年2月、天問4号は高度300km、周期17.7時間のカリストの周回軌道に入り、その後、衝突探査機が放出され、カリストの表面に衝突します。[ 4 ] [ 3 ]
2021年現在、以下の 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高い: 2023 年と 2024 年に中国で発表されたレポートと論文は、木星カリストオービター (JCO) + 天王星フライバイプローブのミッション プロファイルがミッション プランナーによって選択された可能性があることを示唆している。[ 9 ] [ 12 ]
JCOはカリストの極軌道に入る前に、いくつかの不規則な木星衛星を通過する予定です。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もたらす可能性のある着陸船が含まれています。カリストは、4つのガリレオ衛星の中で最も外側に位置しています。その内部は、他の衛星や木星の重力による加熱が少ないです。おそらく木星の残骸から形成され、それ以来ほとんど休眠状態にあり、表面は小惑星の衝突によってのみ変化しています。したがって、この衛星は、着陸船が研究できる初期の木星系と太陽系全体の歴史を保存しています。カリストには、酸素の少ない薄い大気があり、地下海を持つ衛星エウロパやガニメデ、不安定で活発なイオほど華やかではありませんが、科学的に魅力的な衛星です。カリストは、着陸が最も容易な木星衛星でもあります。宇宙船がそこに到達するのに必要な燃料が少なく、木星の強烈な放射線場の外に位置しています。これらは、カリストを主要なミッション目標とする根拠となるものです。JCOには、 2040年代後半に独立して天王星に接近する二次宇宙船も含まれています。 [ 5 ]
JSOは、カリスト着陸計画を木星の衛星イオの詳細な調査に置き換える予定だ。探査機はイオを複数回フライバイし、木星の重力が衛星に及ぼす影響、そしてそれが火山活動の原動力となっている仕組みを研究する。また、JSOは不規則衛星の質量、密度、力学、化学組成、同位体組成を調査し、木星形成時のこれらの特異な残骸に関する知見を提供する。さらに、JSOはオプションとして、木星磁気圏の力学を多点観測するために、小型衛星を1機または複数機放出することも可能だ。
JSOは任務の終わりに、太陽と木星のL1点の周回軌道に送られる可能性がある。L1点では、惑星の重力が太陽の重力と釣り合い、宇宙船が長期間滞在できる。これまでどの宇宙船も訪れたことのないこの特別な場所から、JSOは木星の磁場外の太陽風を監視し、木星の不規則な衛星を遠くから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の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つの主要な目標、すなわち木星系の形成と現在の「働き」 [ d ]に関する疑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）多波長分光装置、（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 ]
（氷表面についてはサンプリングシステム、難燃性成分については熱分解装置によって供給される）
中国宇宙科学技術誌に掲載された論文「木星系科学探査の研究と展望」によると、天問4号探査ミッションの予備的なペイロード構成計画は以下のとおりです。[ 12 ]
木星カリスト周回衛星
惑星間フライバイ探査機