JUICE (Raumsonde)

JUICE (Jupiter Icy Moons Explorer; deutsch Jupiter-Eismond-Erkunder) ist eine in Bau befindliche Jupitersonde der ESA.[4] Ihr Ziel ist die Erforschung der Galileischen Monde Ganymed, Europa und Kallisto des Planeten Jupiter.

JUICE
Schema von JUICE mit dem Sitz der Messinstrumente
NSSDC ID	(noch nicht vergeben)
Missions­ziel	Jupiter
Betreiber	ESA
Hersteller	Airbus Defence and Space
Träger­rakete	Ariane 5[1]
Aufbau
Startmasse	etwa 5200 kg
Instrumente
Elf[2]
Verlauf der Mission
Startdatum	26 August – 15 September 2022 (geplant)
Startrampe	CSG, ELA-3
26. August – 15. September 2022 Start[3] 1. September 2023 Swing-by am Mond 2. September 2023 1. Swing-by an der Erde 23. August 2024 2. Swing-by an der Erde 31. August 2025 Swing-by an der Venus 29. September 2026 3. Swing-by an der Erde 18. Januar 2029 4. Swing-by an der Erde Juli 2031 Eintritt in Orbit um Jupiter 2033 Eintritt in Orbit um Ganymed Ende der Primärmission

Vorgeschichte

Die Auswahl der JUICE-Mission wurde von der ESA am 2. Mai 2012 bekannt gegeben.[5] Es ist die erste Large-Class-Mission im Rahmen des ESA-Programms Cosmic Vision 2015–2025. Das Projekt setzte sich in der Endrunde des Auswahlverfahrens gegen die Vorschläge eines Gravitationswellen-Observatoriums (New Gravitational Wave Observatory, NGO) und eines Teleskops für Hochenergie-Astrophysik (Advanced Telescope for High Energy Astrophysics, ATHENA) durch.

JUICE ist das umgewidmete Projekt des Jupiter Ganymede Orbiters, der der Beitrag der ESA zur Europa Jupiter System Mission sein sollte. Da das Gemeinschaftsprojekt mit der NASA jedoch durch Budgetkürzungen bei der NASA gestrichen wurde, entschied sich die ESA für die Verwirklichung einer selbstständig durchgeführten Mission.

Bau der Sonde

Der Bau der Sonde wurde für 350 Millionen Euro an Airbus Defence & Space SAS in Frankreich als Generalunternehmen vergeben. Der Bau erfolgte zum größten Teil bei Airbus Defence and Space GmbH in Friedrichshafen.[6]

Missionsziele

Juice ist eine komplexe Mission, die das Jupiter-System, vor allem aber den Jupitermond Ganymed im Detail untersuchen soll. Missionsziele sind außerdem neue Erkenntnisse über Europa und Kallisto.

Während der Vorbeiflüge werden die Instrumente zur Kalibrierung in Betrieb genommen,

Es soll untersucht werden, ob diese Monde Leben ermöglichen und für Lebewesen bewohnbar sind. Die Mission beobachtet Jupiters Atmosphäre und Magnetfeld und untersucht, wie dieses mit den Jupitermonden interagiert. Untersucht wird die Dicke der Eiskruste auf Europa, zusätzlich sollen mögliche Landeplätze für künftige Missionen gesucht werden. Auf Ganymed wird die Oberfläche des Eises untersucht, aber auch die Schichtdicke und der innere Aufbau des Monds, inklusive des Ozeans unter dem Eis. Ganymed ist bisher der einzige Mond im Sonnensystem, von dem ein Magnetfeld bekannt ist. Die Mission wird dieses Magnetfeld genauer untersuchen. JUICE hat Instrumente zur Untersuchung der Eispartikel, die von Europa ausgestoßen werden, sowie zur Untersuchung der Exosphäre der Jupitermonde.

Flugbahn

JUICE soll zwischen dem 26. August und dem 15. September 2022[3] mit einer Ariane-5-ECA-Rakete vom Raumfahrtzentrum Guayana starten und rund 5200 kg wiegen. Ihre hyperbolische Exzessgeschwindigkeit soll 3,15 km/s betragen. JUICE soll im Laufe mehrerer Sonnenumkreisungen mehrere Swing-by-Manöver an der Erde und je eins am Mond und an der Venus durchführen. Anschließend reist die Sonde zum Jupiter, der im Juli 2031[3] erreicht werden soll, und bremst durch eine zweistündige Zündung ihres Triebwerks und einen abbremsenden Swing-by an Ganymed in eine Jupiterumlaufbahn ein. Nach zwei Jahren und mehreren Vorbeiflügen an Europa und Kallisto soll sie später in eine Umlaufbahn um Ganymed eintreten, den sie zuerst in einer elliptischen Bahn zwischen 200 und 10.000 km Höhe umkreisen wird. Danach werden kreisförmige Umlaufbahnen von 5000, 500 und 200 km Höhe angestrebt.[7] Insgesamt sieht die Mission mehr als 25 gravity assists und Flybys vor, die Sonde wird dazu ungefähr 3 Tonnen Treibstoff mitführen. Zum Schluss soll die Sonde planmäßig auf Ganymed einschlagen.

Beschreibung der Planungen

JUICE ist dreiachsenstabilisiert, hat eine Leermasse von etwa 1800 kg und wird ihre elektrische Energie durch GaAs-Solarzellen gewinnen, die auf zwei Paneelen mit einer Gesamtgröße von ca. 60 m² bis 75 m² befestigt sind. Zur Datenübertragung benutzt JUICE eine Parabolantenne, die im Ka- und X-Band eine Datenrate von mindestens 1,4 GB pro Tag ermöglicht. Jeder der drei vorgeschlagenen, konkurrierenden Pläne für die Raumsonde hat unterschiedliche weitere Antennen. Bei zwei Vorschlägen ist die Hauptantenne ein Parabolspiegel mit 3,2 m Durchmesser und beim dritten ein Parabolspiegel mit 3,5 m Durchmesser. JUICEs Antriebssystem wird als Treibstoff MMH und den Oxidator MON verwenden. Es gibt einen Vorschlag für eine Raumsonde mit zwei Haupttriebwerken (eines in Reserve) und zwei Vorschläge mit nur einem Haupttriebwerk. In der ESA-Studie wurden elf potenziell mögliche Instrumente mit einer Gesamtmasse von 104 kg für JUICE vorgeschlagen.[7]

Die ESA wählte schließlich die folgenden 11 Instrumente für JUICE aus.[8][9]

Abk.	Bezeichnung	Übersetzung/Beschreibung	Datenrate Bit/s	Energie- bedarf	Masse
3GM	Gravity & Geophysics of Jupiter and Galilean Moons	Gravitation & Geophysik von Jupiter und Galileischen Monden
GALA	Ganymede Laser Altimeter	Ganymed-Laserhöhenmesser
J-MAG	Magnetometer for JUICE	Magnetometer für JUICE
JANUS	Jovis, Amorum ac Natorum Undique Scrutator, camera system	Kamerasystem zur Kartierung der Eismonde
MAJIS	Moons and Jupiter Imaging Spectrometer	Abbildendes Spektrometer für die Monde und Jupiter
PEP	Particle Environment Package	Teilchenspektrometer zur Messung von neutralen und geladenen Teilchen im Jupitersystem. Das PEP besteht aus zwei Einheiten mit insgesamt sechs unterschiedlichen Sensoren.
RIME	Radar for Icy Moons Exploration	Radar für die Eismonderforschung
RPWI	Radio & Plasma Wave Investigation	Radio- & Plasmawellenuntersuchung
PRIDE	Planetary Radio Interferometer & Doppler Experiment	Planetarisches Radio-Interferometer- & Doppler-Experiment
SWI	Sub-millimetre Wave Instrument	Submillimeterwelleninstrument
UVS	UV Imaging Spectrograph	Abbildendes UV-Spektrometer[10]

Änderungen/weitere Details nach der Auftragsvergabe

Airbus Defence and Space in Frankreich wurde am 16. Juli 2015 von der ESA zum Hauptauftragnehmer ernannt. Der Auftragswert beträgt 350,8 Mio. €[11]. Die Sonde soll 5,5 Tonnen wiegen, Solarzellenflächen von 97 m² besitzen und, um die Messungen der Instrumente nicht zu gefährden, magnetisch extrem rein sein. Auf dem Weg zu Jupiter wird sie Swing-By-Manöver an Erde und Venus durchführen. Die komplette Anreise zum Jupiter wird 7,5 Jahre dauern und die Forschungsmission bei Jupiter weitere 3,5 Jahre.[12]

Literatur

• Christian Gritzner: Die europäische Mission JUICE. In: Sterne und Weltraum, Heft 12/2015, S. 28–37.

Weblinks

• JUICE – Europas neue Mission zum Jupiter
• Cosmic-Vision-Programm der ESA (englisch)
• JUICE bei ESA Science and Technology (englisch)

Einzelnachweise

1. Scientists optimistic planetary probes won’t face coronavirus launch delays. Spaceflight Now, 29. April 2020.
2. ESA: JUICE Definition Study Report (Red Book). Auf: sci.esa.int vom 30. September 2014 (englisch), ist nicht eindeutig bezüglich der Anzahl der Instrumente
3. Olivier Witasse, Nicolas Altobelli, Rafael Andres, Alessandro Atzei, Arnaud Boutonnet, Frank Budnik, Angela Dietz, Christian Erd, Ry Evill, Rosario Lorente, Claudio Munoz, Giulio Pinzan, Carsten Scharmberg, Ander Suarez, Ignacio Tanco, Felice Torelli, Ben Torn, Claire Vallat und das JUICE Science Working Team (Juli 2021). JUICE (Jupiter Icy Moon Explorer): Plans for the cruise phase. Europlanet Science Congress (EPSC) 2021. doi:10.5194/epsc2021-358
4. Jupiter probe JUICE: Final integration in full swing abgerufen am 25. April 2020
5. ESA: JUICE is Europe’s next large science mission. Auf: esa.int vom 2. Mai 2012 (englisch); zuletzt abgerufen am 7. November 2015.
6. ESA Science & Technology - Jupiter mission contract ceremony. Abgerufen am 25. Februar 2022.
7. ESA Science & Technology - JUICE assessment study report (Yellow Book). Abgerufen am 23. August 2021.
8. ESA: ESA chooses instruments for its Jupiter icy moons explore. Auf: sci.esa.int vom 21. Februar 2013; abgerufen am 22. Februar 2013.
9. Juice’s instruments. Abgerufen am 27. März 2021 (englisch).
10. First instrument delivered for Jupiter Icy Moon Explorer. Abgerufen am 27. März 2021 (englisch).
11. ESA: Preparing to build ESA’s Jupiter Mission. Auf: esa.int vom 17. Juli 2015, abgerufen am 21. Juli 2015.
12. Airbus Defence and Space: Airbus Defence and Space erhält Auftrag zum Bau der ESA-Raumsonde JUICE zur Suche von Hinweisen auf Leben in unserem Sonnensystem. Auf: space-airbusds.com vom 20. Juli 2015; abgerufen am 21. Juli 2015.