Tianwen-4

Tianwen-4 ( chino :天问四号), anteriormente conocida como Gan De ( chino :甘德), ^[5] es una misión interplanetaria china planeada para estudiar el sistema joviano , posiblemente compartiendo un lanzamiento con una nave espacial que hará un sobrevuelo de Urano . ^[6]

Los objetivos de la misión Tianwen-4 a Júpiter incluyen: el estudio de la interacción entre los campos magnéticos y el plasma presente en el sistema joviano, el examen de las variaciones compositivas en la atmósfera joviana, la exploración de las estructuras internas y las características de la superficie de Ganímedes o Calisto , así como la investigación del entorno espacial que rodea a los satélites galileanos antes mencionados . ^[7]

Según informes de los medios occidentales, a partir de enero de 2021 hay dos perfiles de misión en competencia ^[actualizar]: el 'Jupiter Callisto Orbiter' (JCO) y el 'Jupiter System Observer' (JSO). ^[5] 'JCO' implicaría una nave espacial que realizaría sobrevuelos de los satélites irregulares de Júpiter antes de entrar en una órbita polar alrededor de Calisto ; este perfil de misión también podría incluir un módulo de aterrizaje en Calisto. Por el contrario, el perfil de misión 'JSO', aunque en general similar al de 'JCO', renunciaría a un intento de una nave espacial de orbitar Calisto y, en su lugar, se centraría en estudios más intensivos de la luna galileana Ío (el perfil de misión 'JSO' tampoco parece incluir un módulo de aterrizaje, aunque podría implicar el envío de la nave espacial al punto L1 Sol-Júpiter al concluir su gira por el sistema joviano). Por último, las presentaciones de investigadores chinos sugieren que la misión Tianwen-4 a Júpiter puede incluir una sonda adicional que realizaría un sobrevuelo de Urano en algún momento después de 2040. ^[8] A diciembre de 2023, parece que se ha seleccionado el Perfil JCO, con el sobrevuelo de Urano también. ^[9]

El nombre original de esta misión hacía referencia al astrónomo chino del siglo IV a. C. Gan De , quien realizó las primeras observaciones planetarias y supuestamente fue el primero en observar las lunas galileanas a simple vista. ^[5]

El 15 de octubre de 2003, la CNSA lanzó la primera misión orbital tripulada independiente de China ; posteriormente llevó a cabo con éxito misiones orbitales lunares robóticas ( Chang'e 1 y Chang'e 2 ) y una misión robótica de aterrizaje/rover lunar ( Chang'e 3 ). Con la esperanza de aprovechar estos logros, la CNSA comenzó a contemplar misiones interplanetarias más ambiciosas en la década de 2020 y más allá. En 2018, Pei Zhaoyu, subdirector del Centro de Programa Espacial y Exploración Lunar de la CNSA, declaró que China estaba planeando realizar cuatro misiones interplanetarias importantes antes de finales de la década de 2020; ^[10] las cuatro misiones incluyen una misión a Marte ( Tianwen-1 ), una misión de retorno de muestras de cometas y asteroides del cinturón principal ( Tianwen-2 ), una misión de retorno de muestras de Marte ( Tianwen-3 ) y una misión al sistema de Júpiter. A principios de 2021, los perfiles de misión JCO y JSO antes mencionados compiten para realizarse como la misión del sistema Júpiter Tianwen-4 . ^[5]

En las reuniones de la Asamblea General de 2020 de la EGU se presentó una posible trayectoria y cronograma de la misión Tierra-Júpiter . ^[11] Según este escenario, la sonda Tianwen-4 se lanzaría en septiembre de 2029, ^[2] realizaría un sobrevuelo de Venus seis meses después, en abril de 2030, ^[a] luego procedería a encontrarse con la Tierra dos veces (el primer encuentro ocurriría en febrero de 2031 ^[b] y el segundo en mayo de 2033 ^[c] ). Antes de llegar a Júpiter, la subsonda se separará de la sonda principal y continuará hacia Urano para un sobrevuelo en marzo de 2045. ^{[1] [3]}

La sonda principal entrará en la órbita de Júpiter en diciembre de 2035. Después de 1 o 2 pasadas de frenado, la sonda permanecerá en una gran órbita elíptica alrededor de Júpiter con un período de 30 días, haciendo sobrevuelos de lunas irregulares. ^[9] Realizará 10 órbitas durante aproximadamente un año antes de entrar en su segunda fase con dos asistencias gravitacionales de Calisto. En febrero de 2038, Tianwen-4 entrará en órbita alrededor de Calisto con una altitud de 300 km y un período orbital de 17,7 horas, y luego se lanzará una sonda de impacto para impactar la superficie de Calisto. ^{[4] [3]}

A partir de 2021, es probable que uno de los dos perfiles de misión siguientes (JCO y JSO) se parezca a la arquitectura de la misión final:

JCO sobrevolaría varios satélites jovianos irregulares antes de entrar en una órbita polar alrededor de Calisto . Este escenario incluye un posible módulo de aterrizaje que, al igual que los módulos de aterrizaje lunares Chang'e, proporcionaría información sin precedentes sobre la formación y evolución de la luna. Calisto es la más exterior de las cuatro lunas galileanas. Su interior experimenta menos calentamiento debido a la gravedad de las otras lunas y Júpiter. Probablemente se formó con material sobrante de Júpiter y ha permanecido mayormente inactiva desde entonces, con solo impactos de asteroides para modificar su superficie. Por lo tanto, la luna preserva una historia del sistema primitivo de Júpiter y del Sistema Solar en general para que un módulo de aterrizaje la estudie. Calisto también tiene una atmósfera delgada con pequeñas cantidades de oxígeno, lo que aumenta su atractivo científico a pesar de ser menos glamorosa que otras lunas oceánicas subterráneas, Europa y Ganímedes, y la volátil y activa Ío. Calisto también es la luna joviana en la que es menos desafiante aterrizar. Una nave espacial requiere menos combustible para alcanzarla y se encuentra fuera del intenso campo de radiación de Júpiter. Estos son los fundamentos que abogan por Calisto como el principal objetivo de la misión. El JCO también incluye una nave espacial secundaria que volaría independientemente hacia Urano y se encontraría con él en algún momento a fines de la década de 2040. ^[5]

JSO sustituiría un posible aterrizaje en Calisto por una investigación en profundidad de la luna joviana Ío . La nave espacial realizaría varios sobrevuelos de Ío, estudiando cómo la gravedad de Júpiter tira de la luna para impulsar su actividad volcánica. JSO también estudiaría la masa, la densidad, la dinámica y la composición química e isotópica de los satélites irregulares y proporcionaría información sobre estos restos únicos de la formación de Júpiter. Como opción, JSO podría liberar uno o varios satélites pequeños para realizar estudios multipunto de la dinámica de la magnetosfera joviana.

Al final de su recorrido, el JSO podría ser enviado a orbitar el punto L1 entre el Sol y Júpiter, donde la gravedad del planeta se equilibra con la del Sol de manera que las naves espaciales pueden permanecer allí durante largos períodos de tiempo. Desde esta posición privilegiada, que ninguna nave espacial ha visitado jamás, el JSO podría monitorear el viento solar fuera del campo magnético de Júpiter y estudiar las lunas jovianas irregulares desde lejos. ^[11]

Los posibles instrumentos científicos para la misión Tianwen-4 se discutieron durante una sesión de la Asamblea General de 2020 de la Unión Europea de Geociencias que tuvo lugar en mayo de 2020. Los posibles instrumentos se clasificaron en cuatro paquetes de carga útil diseñados para abordar los dos objetivos principales de la misión: responder preguntas sobre la formación y el "funcionamiento" actual ^[d] del sistema joviano (los instrumentos reales seleccionados dependerían de si se selecciona JCO o JSO como perfil de misión). Los cuatro paquetes de carga útil son: (A) analizadores de plasma y polvo, (B) instrumentos espectroscópicos de múltiples longitudes de onda, (C) analizadores de geología/glaciología/geoquímica, y (D) enlaces de radio/ópticos e instrumentos de radiociencia. ^[11]

• Espectrómetro de plasma térmico (100 eV a 100 keV)
• Detector de partículas cargadas de alta energía y analizador de átomos neutros energéticos (ENA)
• Espectómetro de masas iónico y neutro
• Magnetómetro
• Espectómetro de ondas de radio y plasma
• Detector de polvo cósmico con espectrómetro de masas

• Cámara de imágenes de longitud de onda visible
• Espectrómetro/generador de imágenes de infrarrojo cercano
• Radiómetro/espectrómetro de ondas submilimétricas/infrarrojas lejanas
• Espectrómetro/imagen ultravioleta

• Espectómetro de masas de gran rango y alta resolución de masas

(sistema de muestreo alimentado por superficie de hielo y por pirolizador [para componente refractario])

• Enlace de radio de transmisión/recepción a la Tierra para seguimiento Doppler y mediciones de ocultación
• Enlaces de radio entre plataformas para mediciones adicionales de ocultación y seguimiento Doppler
• Experimento astrométrico "PRIDE" ( seguimiento interferométrico de línea de base muy larga de cada elemento del vuelo)
• Altímetro (con precisión de un metro)

• Galileo (nave espacial)
• Juno (nave espacial)
• Explorador de las lunas heladas de Júpiter
• Clipper europeo