欧空局成功将木星冰月探测器（Jupiter Icy Moons Explorer, JUICE）发射升空。像JUICE这样大型的航空任务需要多个国家和组织协调合作才能完成。各个国家的航天机构和科学家如何沟通协作？如何推动航空任务的进程？法国国家空间研究中心在其中担任了何种角色？JUICE将会带来哪些精彩的发现？

　　欧洲航天局的木星冰卫星探测器JUICE旨在勘探木星四颗冰卫星中的三颗，判断其环境是否能孕育生命。

　　法国国家空间研究中心（CNES）的研究重点之一是仪器的小型化，因为飞行器有效载荷的限制是所有太空项目的一大挑战。

　　4月14日，阿丽亚娜5号火箭搭载着欧洲航天局的木星冰卫星探测器JUICE，从法属圭亚那的库鲁航天发射中心发射。此次任务的目的是对木星的四颗冰卫星中的三颗（木卫二、木卫三和木卫四，三者皆有海洋）进行勘探，确认是否有生命存在。JUICE预计于2031年7月到达气态巨星木星，2034年12月抵达木卫三轨道，将成为第一艘在外太阳系绕月运行的航天器。木卫三是太阳系中唯一有磁场的月球。法国国家空间研究中心（CNES）宇宙科学项目负责人Olivier La Marle在本文中介绍了JUICE任务的发展历程以及CNES在项目中发挥的作用。

　　法国国家空间研究中心（CNES）并不直接参与科学研究。我们的职责是在法国的相关机构加入国际空间开发合作项目时，与各方进行协调磋商。法国科学家参与了项目，就能使用项目获取的太空数据，在科学期刊上发表文章。这些科学家不属于CNES，而是来自法国国家科学研究中心（CNRS）、法国原子能委员会（CEA）或高校实验室，各自有各自的研究课题。不过，CNES会与科学家们所属的机构共同开展“选题演练”，筛选出最有希望申请上科研资金的项目，并协助科学家向各大航天机构提交申请。

　　科学是无国界的。法国国家空间研究中心与世界上其他主要航天机构合作，如欧空局、美国国家航空航天局、中国航天局、日本宇宙航空研究开发机构，当然还有其他欧洲国家的相关机构。各个机构通过协商，确定每个国家的分工。在航天领域，国际合作是必要的。像JUICE这样的大型任务不可能由CNES预算全额资助，即使整个法国航天业也不可能凭一己之力资助。协调此类任务的最传统方式，是将飞行器搭载的科学仪器开发任务分配到各个国家。CNES在这一阶段的作用，就是提出符合法国研究特长的分工方案。

　　重大太空科考飞行器在发射前，必须完成一系列的测试、建模和模拟，才能制定出可行的方案。科学家在其中发挥着至关重要的作用，因为只有科学家能向各大航天机构及其企业伙伴提出有效建议，告知哪些任务既有可操作性又有研究意义。执着于无法实现的目标只会让项目走进死胡同，最终失败。

　　CNES的作用包括为法国的国家级实验室提供财政和技术支持，与别国航天机构协调伙伴关系，并做出充足准备处理航天项目未来即将回传的大量数据。这意味着要开发出可靠的模型、模拟工具和软件，用来解读大量图像和光谱。例如，欧空局计划发射的暗物质和暗能量探测项目欧几里得空间望远镜[1]每十分钟将获得10亿像素的图像。这些数据还必须能与现有望远镜（如詹姆斯·韦伯望远镜）的数据配合使用。

　　图片来源：欧空局S. Corvaja - 搭载着JUICE的飞行器于2023年4月14日在法属圭亚那发射

　　每项太空任务的前期都有大量准备工作需要完成，科学家之间既有合作，也有竞争：首先公布研究成果的学者肯定会得到最多的关注。如果某个机构提出的任务不是法国科学家的关注重点，那我们将会参与部分设备开发工作。不过，对于JUICE这样的太空任务，法国的参与度较高。飞行器上将搭载十个关键仪器，法国协同参与了六个的开发，另外还负责自主研发其中的红外光谱仪。该仪器结构复杂、体积大且成本高昂。法国在该项目中是迄今为止欧洲国家中贡献最大的一方。其他配套设备由美国国家航空航天局、日本宇宙航空以及欧洲别国相关机构提供，包括一台光学相机、各种光谱仪、高度计、雷达、粒子探测器和磁力计。

　　作为当时CNES天体物理学课题的负责人，我的职责包括确定和协调法国参与欧几里得和SVOM两个项目的工作量。欧几里得项目涉及与CNRS、CEA和欧洲各大航空机构（特别是欧空局、意大利航天局和英国航天局）举办多次协调会议。SVOM全称为“多波段天文变量物体监测卫星”，是一个中法联合太空任务，由CNES与中国航天局合作开展，旨在探测和详细研究太空伽马射线年发射。CNES的负责人多次前往上海和北京，终于就双方的分工协议达成一致。商讨的内容包括确认最终论文的署名权：应该将多少名法国和中国学者列为作者？预算问题当然也是至关重要的：法国方面将花费多少钱？我们是否有必要的资源？这些也是磋商的内容。

　　CNES的独特之处在于有一所下属技术中心。中心的工程师们拥有成功执行太空任务的丰富经验，了解卫星制造与发射的全过程。一旦CNES决定参与某项任务，既可以由内部的工程师负责技术开发，也可以委托感兴趣的CNRS或CEA实验室，并为他们提供资金和技术支持。法国与其他欧洲国家不同，不一定需要与产业界签订合同进行初步研究。

　　“CNES最终为JUICE开发的红外光谱仪，是我们与法国空间天体物理研究所的专家们15年辛勤合作的结晶。”

　　CNES在制定战略时，眼光放得相当长：目前正在规划和参与的任务的启动时间都在2030年。当前的研究的重点之一是设备小型化。探测器送入太空时，有效载荷的质量是一个大问题。例如对于JUICE探测器，其90%的质量是飞行器自身和燃料的质量，导致搭载仪器不得超过几十公斤，而同类的标准实验室设备要重得多。想要制造出能够承受空间极端条件、适合小空间且质量有限的光谱分析仪或红外光谱仪，存在很大的挑战。

　　CNES最终为JUICE开发的红外光谱仪重约40公斤，是我们与法国空间天体物理研究所的专家们15年辛勤合作的结晶。

　　法国政府和学界高度重视JUICE任务。木星的一些卫星上有冰壳覆盖，在冰壳下可能有温暖、适宜生命繁殖的液态海洋。尽管冰下的情况无法观测，但JUICE搭载的仪器可进行间接环境探测和成分分析。科学界对这一项目抱有极大的期望，很早就将JUICE确定为首要任务。事实上，JUICE 早在2012年就被欧空局选中进行重点开发，当时另外两个候选项目分别是高能天体物理高级望远镜（ATHENA）和新引力波天文台（非政府组织，后来更名为LISA），后来也陆续被选中。JUICE也是欧空局2015-2025年宇宙愿景计划中的第一个L级探测器。

　　JUICE项目实施后，我们将了解木星卫星上的条件是否能孕育生命。飞行器将探测木卫本身及其大气层、内部结构、磁性、矿物盐成分、冰壳厚度和地形地貌。项目还将研究卫星巨大质量造成的地震效应，并寻找卫星上是否有水囊、液态海洋底部是否存在岩石土壤等。

　　为什么木星的卫星有冰壳，而我们太阳系中其他行星的卫星没有？为什么有些卫星有二氧化碳大气层，而另一些有氮气或甲烷大气层，尽管它们形成的初始环境是相同的？为什么各个卫星的演化路径完全不同，是什么力量推动了它们的演化？是磁场的作用还是木星的潮汐效应？JUICE将为科学家们带来等待已久的答案。

　　在太空中寻找生命，也是项目的一大亮点。每当人类发射探测器前往太阳系的星体时，总会发现其与众不同之处。我们相信JUICE定能带来意想不到的新发现。