JUICE (Jupiter Icy Moons Explorer; deutsch Jupiter-Eismonde-Erkunder) ist eine am 14. April 2023 von der ESA gestartete Jupitersonde. Ihr Ziel ist die Erforschung der Galileischen Monde Europa, Ganymed und Kallisto des Planeten Jupiter.
Die Auswahl der JUICE-Mission wurde von der ESA am 2. Mai 2012 bekannt gegeben. Es ist die erste Large-Class-Mission im Rahmen des ESA-Programms Cosmic Vision 2015–2025. Das Projekt wurde in der Endrunde des Auswahlverfahrens dem LISA-Projekt für ein Gravitationswellenobservatorium und dem ATHENA-Konzept für ein Röntgen-Weltraumteleskop vorgezogen. Large-Class-Missionen stehen komplett unter der Kontrolle der ESA, haben lange Vorbereitungszeit und lange Laufzeiten, große Budgets, und sollen mit neuer Technologie die Forschung in neue Bereiche weitertreiben.
JUICE ist das umgewidmete Projekt des Jupiter Ganymede Orbiters, der der Beitrag der ESA zur Europa Jupiter System Mission sein sollte. Da das Gemeinschaftsprojekt bei der NASA durch Budgetkürzungen gestrichen wurde, entschied sich die ESA für eine selbständig durchgeführte Mission. Die Mission baut technologisch auf den interplanetaren Missionen Mars Express, Venus Express, Rosetta und BepiColombo auf und öffnet die Zukunft für weitere Missionen in das weiter entfernte äußere Sonnensystem, beispielsweise für eine Uranus-Mission. JUICE geht dabei weit über die Galileo-Mission der NASA hinaus und ergänzt die von 2011 bis 2025 laufende JUNO-Mission.
JUICE ist eine komplexe Mission, die das Jupiter-System und vor allem den Jupitermond Ganymed im Detail untersuchen und neue Erkenntnisse über die Jupitermonde Europa und Kallisto bringen soll. Eine vorläufige Definition der Missionsziele erfolgte 2011 im Yellow Book.
Es soll untersucht werden, ob diese Monde die Entstehung von Leben ermöglichen und für Lebewesen bewohnbar sind. Die Mission beobachtet Jupiters Atmosphäre und Magnetfeld und untersucht, wie es 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. Bei der Mission soll dieses Magnetfeld untersucht werden. JUICE hat Instrumente zur Untersuchung der Eispartikel, die von Europa ausgestoßen werden, und weitere Instrumente zur Untersuchung der Exosphäre der Jupitermonde.
Eine Untersuchung des Jupitermonds Europa soll in Kooperation mit der NASA-Mission Europa Clipper erfolgen, die am 14. Oktober 2024 startete und 2030 im Jupiterorbit ankommen soll. Beide Missionen haben ähnliche Instrumente an Bord, verfolgen aber sehr unterschiedliche Bahnen und Missionsziele, die sich gegenseitig ergänzen.
Es gibt eine Reihe besonderer Herausforderungen für die Entwicklung der Sonde. Für jedes Problem musste eine Lösung gefunden werden
Es gibt mehrere Vorbeiflüge an Europa, dabei ergibt sich eine kleine Wahrscheinlichkeit, dass die Sonde dort ungeplant einschlagen kann. Europa ist klassifiziert als Himmelskörper, der möglicherweise Leben unterhalten kann. Aus diesem Grund muss die Sonde Planetary Protection Category III erfüllen, die verhindert, dass von der Erde mitgebrachte Mikroorganismen den Himmelskörper zufällig kontaminieren.
Die Sonde hatte beim Start eine Leermasse von etwa 2299 kg, davon ca. 250 kg für die Nutzlast. Die Tanks waren vollständig gefüllt, so dass sich voll betankt eine Masse von 5956 kg ergab. Insgesamt musste die Sonde Treibstoffe für eine Geschwindigkeitsänderung Δv von insgesamt ca. 2,6 km/s mitführen. Dazu kommt noch der Nutzlastadapter von 95 kg, somit ergibt sich insgesamt ein Startgewicht von 6051 kg. Mit einem Startgewicht von mehr als 6 Tonnen ist Juice eine der schwersten interplanetaren Sonden, die jemals gestartet ist.
Das Design der Sonde wird beherrscht vom Platzbedarf der beiden großen Treibstofftanks, die übereinander angeordnet sind. JUICE ist näherungsweise würfelförmig, dreiachsenstabilisiert und verfügt über Reaktionsräder. und hatte mit eingefahrenen Anbauten die Maße 4,09 × 2,86 × 4,35 m.
JUICEs diergoles Antriebssystem verwendet als Treibstoff 2 × 1630 Liter MMH und den Oxidator MON. Dazu kommen 3 Heliumtanks mit jeweils 90 Litern Helium für den Druckaufbau. Das Haupttriebwerk von Airbus kann einen Schub von 425 N erzeugen bei einem spezifischen Impuls von 320 Sekunden. Es wird zum Einschwenken in die Jupiterumlaufbahn und für die Vorbeiflüge benötigt, außerdem gibt es 2 × 4 redundante Düsen mit einem Schub von 22 N zur Lagestabilisierung während das Hauptttiebwerk feuert, für kleine Kurskorrekturen und als Backup falls das Haupttriebwerk ausfallen sollte. Dazu kommen 2 × 6 redundante Lagekontrolldüsen mit 10 N und einem spezifischen Impuls von 290 Sekunden. Alle Düsen werden vom selben Versorgungssystem mit beiden Treibstoffen versorgt.
Die Sonde ist konstruiert, um Temperaturen zwischen +250 und −230 °C zu widerstehen. Die Temperaturkontrolle ist vorwiegend passiv und basiert vor allem auf der Mehrlagenisolation, Radiatoren und Wärmerohren. Es gibt ein zusätzliches Heizsystem. Es muss sowohl Hitzeeinwirkung in Sonnennähe als auch extreme Kälte bei Jupiter ausgleichen können. Im inneren Sonnensystem, solange der Sonnenabstand weniger als 1,34 AE ist, dient die Hauptantenne als Hitzeschild. Die Antenne ist thermisch isoliert vom Sondenkörper, ein weißer reflektierender Lack auf der Oberfläche reduziert die Wärmeaufnahme. Wärme aus dem Betrieb der Elektronik, die ungefähr bei Zimmertemperatur betrieben wird, wird weitergenutzt zur Erwärmung der Tanks und der Reaktionsräder. Falls die Temperatur dennoch zu hoch wird, gibt es Wärmerohre und Radiatoren zur Wärmeabstrahlung. Es gibt außerdem einen extra Schild, der direkte Sonneneinstrahlung auf die Instrumente verhindert. Die Instrumente sind thermisch isoliert auf passiv gekühlten Plattformen mit eigenen Radiatoren montiert, auf diese Weise wird ein Temperaturgradient zur Sonde und damit wechselnde thermische Spannung in den Instrumenten verhindert.
Die sehr begrenzte verfügbare Energie war eine besondere Herausforderung bei der Entwicklung. ESA kann bisher keine eigenen Radionuklidbatterien einsetzen, somit muss für den Betrieb Sonnenenergie genutzt werden. Gelöst hat man das Problem durch Entwicklung von Komponenten und Nutzlasten mit sehr niedrigem Energiebedarf, die Verwendung von besonders effektiven GaInP/GaAs/Ge-Solarzellen 3G28 von Azur Space mit drei Schichten und hohem Wirkungsgrad und mit sehr großen Paneelen. Die ausgewählten Solarzellen müssen für die schwache Sonneneinstrahlung, die Strahlungsumgebung und die tiefen Temperaturen bei Jupiter angepasst sein. Eine 300 μm starke Glasschicht schützt gegen Strahlung, die Oberfläche ist leitend durch transparentes Indiumzinnoxid. Die Sonde hat zehn mit Karbonfasern und einer Wabenstruktur verstärkte Paneele in den Maßen 2,48 × 3,447 m, wobei auf jeder Seite fünf kreuzförmig angeordnet sind. Die kreuzförmige Anordnung reduziert das Trägheitsmoment, wenn sich die Sonde dreht oder die Triebwerke aktiv sind. Insgesamt haben die schwenkbaren Paneele ca. 85 m² Fläche und eine Spannweite von 27,7 m und 7,7 m in der Breite. Es sind bis dahin die größten Sonnengeneratoren, die jemals in interplanetaren Missionen eingesetzt wurden. Im Bereich des Jupiter ist die Sonneneinstrahlung 25-mal schwächer als auf der Erde, gegen Ende der Missionsdauer kann der Generator dort immer noch 750 W erzeugen. Die antiparallele Anordnung der Stränge und Verdrahtung und verdrillte Leitungen minimieren das durch den Stromfluss erzeugte Magnetfeld.
Fünf Lithium-Ionen Batteriemodule mit einer nominalen Ladekapazität von insgesamt 276 Ah sichern die Stromversorgung mit bis zu 1400 Watt Leistung zur Abdeckung von Bedarfsspitzen, oder solange die Sonde im Schatten hinter einem Himmelskörper ist. Diese Phasen können bis zu 4,8 Stunden dauern. Die redundante Power Control and Distribution Unit (PCDU) regelt die Bordspannung auf 28 V und versorgt damit alle Einheiten, außer den Reaktionsrädern, die 100 V benötigen.