목성 얼음 위성 탐사선
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- 1. 개요
- 2. 배경
- 3. 과학 기기
- 3.1. JANUS (Jovis, Amorum ac Natorum Undique Scrutator) 광학 카메라 시스템
- 3.2. MAJIS (Moons and Jupiter Imaging Spectrometer) 가시광선 및 근적외선 이미징 분광계
- 3.3. UVS (UV imaging spectrograph) 자외선 분광기
- 3.4. SWI (Sub-millimetre Wave Instrument) 주파수믹싱 전파망원경
- 3.5. GALA (Ganymede Laser Altimeter) 가니메데 레이저 고도계
- 3.6. RIME (Radar for Icy Moons Exploration) 레이더 사운더 (라임 레이더 안테나)
- 3.7. J-MAG (Juice magnetometer package) 자력계
- 3.8. PEP (Particle Environment Package) 입자 분광계
- 3.9. RPWI (Radio and Plasma Wave Investigation) 라디오 및 플라즈마 파장 분석 장비
- 3.10. 3GM (Geodesy and Geophysics of Jupiter and Galilean Moons) Radio Science Experiment
- 3.11. PRIDE (Planetary Radio Interferometer and Doppler Experiment)
- 4. 우주선
- 5. 탐사 궤적 및 일정
- 6. 과학 목표
- 7. 기타
- 참조
1. 개요
목성 얼음 위성 탐사선(Juice)은 유럽 우주국(ESA)의 목성 탐사선으로, 목성과 그 위성들의 대기, 표면, 내부 구조, 자기장을 탐사하는 것을 목표로 한다. 2023년 4월 아리안 5호 로켓으로 발사되었으며, 가니메데, 칼리스토, 유로파를 근접 비행하며, 특히 가니메데의 해양층 특성, 표면 지도 제작, 자기장 상호 작용 등을 상세히 조사할 예정이다. 또한, 유로파에서는 생명체에 필수적인 화학 물질과 얼음 지각의 두께를 측정하는 데 중점을 둔다.
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목성 얼음 위성 탐사선 | |
---|---|
기본 정보 | |
![]() | |
임무 유형 | 목성 궤도선 |
운영 기관 | 유럽 우주국 |
제작사 | 에어버스 디펜스 앤드 스페이스 |
발사 중량 | 6070 kg |
건조 중량 | 2420 kg |
크기 | 16.8 × 27.1 × 13.7 미터 |
전력 | 850 와트 |
발사일 | 2023년 4월 14일 12시 14분 36초 (UTC), 일 경과 |
발사체 | 아리안 5 ECA+ (VA-260) |
발사장 | 쿠루 ELA-3 |
계약 기관 | 아리안스페이스 |
임무 기간 | 순항 단계: 8년, 과학 단계: 3.5년, 경과: |
웹사이트 | ESA |
프로그램 | Cosmic Vision |
이전 임무 | Eu클리드 |
다음 임무 | SMILE |
휘장 | Juice 임무 휘장 |
궤도 정보 | |
접근 천체 (플라이바이) | 달 |
도착일 | 2024년 8월 19일, 21시 16분 UTC |
거리 | 700 km |
접근 천체 (플라이바이) | 지구 |
도착일 | 2024년 8월 20일, 21시 57분 UTC |
거리 | 6807 km |
접근 천체 (플라이바이) | 금성 |
도착일 | 2025년 8월 31일 |
접근 천체 (플라이바이) | 지구 |
도착일 | 2026년 9월 29일 |
접근 천체 (플라이바이) | 지구 |
도착일 | 2029년 1월 18일 |
접근 천체 (궤도 진입) | 목성 |
도착일 | 2031년 7월 (예정) |
출발일 | 2034년 12월 (예정) |
접근 천체 (궤도 진입) | 가니메데 |
도착일 | 2034년 12월 (예정) |
근접점 | 500 km |
원지점 | 500 km |
탑재 장비 목록 | |
약어 | GALA |
장비명 | 가니메데 레이저 고도계 (GAnymede Laser Altimeter) |
약어 | JANUS |
장비명 | Jovis, Amorum ac Natorum Undique Scrutator |
약어 | J-MAG |
장비명 | Juice 자력계 (Juice-MAGnetometer) |
약어 | MAJIS |
장비명 | Moons And Jupiter Imaging Spectrometer |
약어 | PEP |
장비명 | Particle Environment Package |
약어 | RIME |
장비명 | 얼음 위성 탐사 레이더 (Radar for Icy Moons Exploration) |
약어 | RPWI |
장비명 | Radio and Plasma Wave Investigation |
약어 | SWI |
장비명 | Sub-millimeter Wave Instrument |
약어 | UVS |
장비명 | UV imaging Spectrograph |
약어 | 3GM |
장비명 | Gravity and Geophysics of Jupiter and Galilean Moons |
2. 배경
주스 미션은 취소된 유로파 목성계 탐사(EJSM-Laplace)의 일환이었던 목성 가니메데 궤도선 제안에서 시작되었다.[10] 2012년 5월 2일, 유럽우주국(ESA)의 코스믹 비전 프로그램에서 첫 번째 L급 임무(L1)로 선정되었고,[46][11] 같은 해 4월에는 제안된 고에너지 천체물리학용 첨단 망원경(ATHENA) X선 망원경과 중력파 관측소(새로운 중력파 관측소(NGO))보다 우선적으로 추천되었다.[12][13] 2015년 7월, 에어버스 디펜스 앤 스페이스가 탐사선 설계 및 제작 주계약자로 선정되었다.[14] 2023년까지 이 임무의 비용은 ESA에 15억유로(16억달러)로 추산되었다.[15]
3. 과학 기기
목성 얼음 위성 탐사선(JUICE)은 목성과 그 위성들의 대기, 표면, 내부 구조, 자기장 등을 탐사하기 위해 11개의 과학 기기를 탑재하고 있다. 2013년 2월 21일, 유럽우주국(ESA)은 유럽 전역의 과학 및 기술팀이 개발하고 미국이 참여한 11개의 과학 탑재체를 경쟁을 통해 선정했다.[27][28][29][30] 일본 또한 SWI, RPWI, GALA, PEP, JANUS 및 J-MAG 탑재체에 여러 구성 요소를 제공하고 테스트를 지원할 예정이다.[31][32][33] 주요 탑재체는 다음과 같다.장비명 설명 JANUS 광학 카메라 시스템 MAJIS 가시광선 및 근적외선 이미징 분광계 UVS 자외선 이미징 분광계 SWI 서브밀리미터파 장비 GALA 가니메데 레이저 고도계 RIME 얼음 위성 탐사용 레이더 J-MAG 자력계 PEP 입자 환경 패키지 RPWI 라디오 및 플라스마파 조사 3GM 목성 및 갈릴레이 위성의 중력 및 지구 물리학 PRIDE 행성 무선 간섭계 및 도플러 실험
3. 1. JANUS (Jovis, Amorum ac Natorum Undique Scrutator) 광학 카메라 시스템
JANUS는 라틴어로 "목성, 그의 연애, 그리고 자손들의 포괄적인 관측"을 의미한다.[34] 가니메데와 칼리스토 표면의 흥미로운 부분을 픽셀당 400m보다 나은 해상도(임무 데이터 볼륨에 의해 제한되는 해상도)로 영상화하는 카메라 시스템이다. 선택된 표적은 1.3° 시야각으로 픽셀당 25m부터 2.4m까지의 공간 해상도로 고해상도 조사가 가능하다. 이 카메라 시스템은 0.36 μm ~ 1.1 μm 범위에서 13개의 전색, 광대역 및 협대역 필터를 가지고 있으며 입체 영상 기능을 제공한다. JANUS는 또한 분광, 레이저 및 레이더 측정을 지형학과 연관시켜 전체 지질학적 맥락을 제공한다.
3. 2. MAJIS (Moons and Jupiter Imaging Spectrometer) 가시광선 및 근적외선 이미징 분광계
MAJIS(Moons and Jupiter Imaging Spectrometer)[35]는 0.5 μm ~ 5.56 μm에서 작동하는 가시광선 및 적외선 이미징 분광기이다. 3~7 nm의 분광 해상도를 가지며, 목성의 대류권 구름 특징과 미량 가스 종을 관측하고 얼음 위성의 표면에 있는 얼음과 광물의 구성을 조사한다. 가니메데에서는 최대 75m의 공간 해상도, 목성에서는 약 100km의 공간 해상도를 제공한다.
3. 3. UVS (UV imaging spectrograph) 자외선 분광기
UVS는 55~210 nm 파장 범위에서 작동하고 0.6 nm 미만의 분광 해상도를 가진 이미징 분광기이다.[27][28][29][30] 유로파의 플룸 탐색을 포함하여 얼음 위성의 외기권과 오로라를 특성화하고 목성 상층 대기와 오로라를 연구한다. 가니메데 관측 시 최대 500m, 목성 관측 시 최대 250km의 해상도를 제공한다.
3. 4. SWI (Sub-millimetre Wave Instrument) 주파수믹싱 전파망원경
Sub-millimetre Wave Instrument|서브밀리미터파 장비영어 (SWI)는 30cm 안테나를 사용하고 1080~1275 GHz 및 530~601 GHz에서 작동하며 약 107의 분광 분해능을 가진 분광계이다. 목성의 성층권과 대류권, 그리고 얼음 위성의 외기권과 표면을 연구한다.[27][28][29][30] 일본은 SWI 탑재체에 여러 구성 요소를 제공하였다.[31][32][33]
3. 5. GALA (Ganymede Laser Altimeter) 가니메데 레이저 고도계
Ganymede Laser Altimeter|가니메데 레이저 고도계영어의 약자인 '''GALA'''는 20m 크기의 스팟과 200km에서 10cm의 수직 해상도를 가진 레이저 고도계로, 얼음 위성의 지형과 가니메데의 조석 변형을 연구한다.[31][32][33]
3. 6. RIME (Radar for Icy Moons Exploration) 레이더 사운더 (라임 레이더 안테나)
16m 길이의 '''라임 레이더 사운더'''(Radar for Icy Moons Exploration, '''RIME''', Radar Sounder) 또는 '''라임 레이더 안테나'''(RIME antenna)는 얼음 침투 레이더로, 9km 깊이까지 목성 위성의 지하 구조를 연구하는 데 사용된다. 9 MHz(1 및 3 MHz 대역폭) 주파수로 작동하며, 최대 30m의 수직 해상도를 갖는다.[36][37]
발사 후 우주선 시운전 중 RIME 안테나가 장착 브래킷에서 제대로 전개되지 않는 문제가 발생했으나,[36] 몇 주 동안의 시도 끝에 2023년 5월 12일 성공적으로 전개되었다.[37]
3. 7. J-MAG (Juice magnetometer package) 자력계
J-MAG (Juice magnetometer package)은 민감한 자력계를 사용하여 얼음 위성의 지하 해양과 목성 자기장과 가니메데의 자기장 사이의 상호 작용을 연구하는 장비이다. J-MAG은 가니메데에서 직류자기장의 벡터와 크기를 측정한다.[27][28][29][30]
3. 8. PEP (Particle Environment Package) 입자 분광계
PEP(Particle Environment Package)는 목성의 자기권과 목성 위성과의 상호 작용을 연구하기 위한 6개의 센서 세트이다. PEP는 목성계의 모든 영역에서 1 meV에서 1 MeV 에너지까지 존재하는 양이온과 음이온, 전자, 외기권 중성 가스, 열 플라스마 및 고에너지 중성 원자를 측정한다.[27][28][29][30]
3. 9. RPWI (Radio and Plasma Wave Investigation) 라디오 및 플라즈마 파장 분석 장비
RPWI(Radio and Plasma Wave Investigation)는 우주선 주변의 플라스마 환경과 무선 방출을 특성화하는 장비이다. GANDALF, MIME, FRODO, JENRAGE 네 가지 실험으로 구성된다.[38] RPWI는 네 개의 랭뮤어 프로브를 사용하여 플라스마를 특성화하고, 80 kHz ~ 45 MHz 주파수 범위의 수신기를 사용하여 무선 방출을 측정한다.[38] 이 과학 장비는 로고에 소닉 더 헤지호그를 사용한 것으로 알려져 있다.[39][40]
3. 10. 3GM (Geodesy and Geophysics of Jupiter and Galilean Moons) Radio Science Experiment
3GM은 Ka 트랜스폰더와 초안정 발진기로 구성된 무선 과학 패키지이다.[41] 가니메데의 중력장(최대 10차)과 얼음 위성의 내부 해양 범위를 연구하고, 목성 및 그 위성의 중성 대기와 전리층 구조를 조사하는 데 사용된다. 3GM은 "무선 빔의 미세한 진동을 측정할" 이스라엘 제작 원자 시계를 탑재하고 있다.[42][43]
3. 11. PRIDE (Planetary Radio Interferometer and Doppler Experiment)
이 실험은 주스의 안테나에서 전송되는 특정 신호를 생성하여 초장기선 간섭계에 의해 수신, 목성과 얼음 위성의 중력장을 정밀하게 측정한다.[27][28][29][30]
4. 우주선
주스는 850W급 태양광 패널로 주요 시스템을 구동한다.[45] X- 및 K-대역을 사용하는 고이득 안테나와 중이득 안테나를 통해 지구와 통신하며, 하루 2Gb의 다운링크 속도가 가능하다. 기체 내 데이터 저장 용량은 1.25Tb이다.[1]
주 엔진은 자체 반응성 이원 추진제(모노메틸히드라진과 질소 산화물 혼합물) 425N 추력기이다.[1] 궤도 변경 및 정밀 기동(orbital maneuver)을 위해 3000kg의 화학 추진제를 탑재한다.[16] 총 델타-V 성능은 약 2700m/s이다.[17]
100kg의 다층 단열재가 열 제어를 제공하며, 모멘텀 휠을 사용하여 3축 안정화를 수행한다. 방사선 차폐는 목성 환경으로부터 기체 내 전자 장비를 보호한다.[1]
5. 탐사 궤적 및 일정
주스(Juice)는 2023년 4월 14일 기아나 우주센터에서 아리안 5호 로켓을 이용하여 발사되었다.[8] 이는 아리안 5호 로켓을 사용한 ESA 과학 임무의 마지막 발사였다. 원래 발사는 2023년 4월 13일로 예정되었으나, 악천후로 인해 연기되었다. 다음 날 두 번째 발사 시도가 성공하여 UTC 기준 12시 14분 36초에 발사되었다. 우주선이 로켓에서 분리된 후, UTC 기준 13시 04분에 지상과의 성공적인 무선 신호 연결을 확립했다. 약 30분 후에 주스의 태양 전지판이 배치되었고, ESA는 발사를 성공적이라고 판단했다.
주스는 우주선 자체의 추력이 아닌, 천체역학의 스윙바이(중력 도움) 또는 플라이바이 방식을 이용해 목성으로 향한다.[45] 궤도변경 정밀기동을 위해 3650kg의 추진체를 본체에 싣고 있다.[45] 발사 후, 주스 탐사선을 목성 궤도로 진입시키기 위해 여러 차례의 계획된 중력 도움을 받는다.[8]
- 2024년 8월 지구-달 시스템 근접비행
- 2025년 8월 금성 근접비행
- 2026년 9월 두 번째 지구 근접비행
- 2029년 1월 세 번째이자 마지막 지구 근접비행
주스 탐사선은 소행성대를 두 번 통과한다. 2029년 10월 소행성 223 로사 근접비행이 제안되었지만, 주 목성 임무를 위한 연료 절약을 위해 취소되었다.[21][22][23]
목성 탐사선의 주요 궤도 계획은 다음과 같다.[17]
이벤트 | 기간 | 델타-V | |
---|---|---|---|
목성 궤도 진입 | 2031년 7월 목성계에 도착하면,[8] 주스는 먼저 약 400km 가니메데 중력 도움 비행을 수행하여 우주선 속도를 약 300m/s 감소시킨 후, 약 7.5시간 후에 약 900m/s 목성 궤도 진입 엔진 연소를 수행한다. 마지막으로, 원지점에서 근목점 상승 기동(PRM) 연소를 통해 주스의 초기 궤도의 근목점을 가니메데와 일치하도록 상승시킨다. | 186일 | 952m/s |
두 번째 가니메데 근접비행 및 칼리스토 최초 근접비행 | 주스 궤도의 공전 주기와 기울기를 줄이기 위한 두 번째, 세 번째, 네 번째 가니메데 근접비행 후 칼리스토 최초 근접비행을 수행한다. | 193일 | 27m/s |
유로파 단계 | 2032년 7월부터[8] 유로파의 두 번의 약 400km 근접비행을 수행한 후 칼리스토 근접비행을 또 한 번 수행한다. 탐사선이 수명의 3분의 1에 해당하는 방사선 노출을 견딜 것으로 예상되는 짧은 유로파 근접비행[25]은 방사선 노출을 최소화하기 위해 계획된다. | 35일 | 30m/s |
기울기 단계 | 칼리스토와 가니메데의 약 6번의 추가적인 근접비행을 통해 궤도 기울기를 일시적으로 22도까지 증가시킨다. 이를 통해 4개월 동안 최대 기울기에서 목성의 극지방과 목성의 자기권[8]을 조사할 수 있다. | 208일 | 13m/s |
가니메데로의 이동 | 칼리스토와 가니메데의 중력 도움을 여러 번 사용하여 주스의 속도를 1600m/s 감소시킨다. 마지막으로, 가니메데의 먼 쪽(목성-가니메데-L2 라그랑주점 근처)을 약 45000km 떨어진 곳에서 여러 번 근접비행하여 필요한 궤도 진입 델타-V를 500m/s 감소시킨다. | 353일 | 60m/s |
가니메데 궤도 단계 | 2034년 12월[8] 주스는 185m/s 델타-V 제동 연소를 수행한 후 가니메데 주변의 초기 12시간 극궤도에 진입한다. 목성의 중력적 교란으로 약 100일 후 최소 궤도 고도가 500km까지 점차 감소한다. 그런 다음 우주선은 두 번의 주요 엔진 발사를 수행하여 거의 원형인 500km 극궤도에 진입하여 추가로 6개월 동안 관측을 수행한다. 2035년 말[8]에는 추진제가 소진됨에 따라 목성의 중력적 교란으로 주스가 몇 주 안에 가니메데에 충돌한다. | 284일 | 614m/s |
6. 과학 목표
이오를 제외한 목성의 위성들은 두꺼운 얼음층 아래에 상당히 많은 액체 상태의 물(바다)이 있을 것으로 추정되어, 인류의 행성 거주가능성을 조사하기 위해 무인 탐사선이 발사되었다. 내부에 많은 물과 자기장이 존재할 것으로 예상되는 가니메데를 정밀 탐사하고 지구 이외의 행성에서 생명체의 존재 가능성에 대해서도 추가로 조사할 예정이다.[46]
주스 궤도선은 가니메데에 대한 상세한 조사를 수행하고 생명체를 유지할 가능성을 평가한다. 유로파와 칼리스토에 대한 조사를 통해 이들 갈릴레이 위성에 대한 비교 분석 결과를 완성한다.[26] 세 위성은 내부에 액체 상태의 물 바다를 가지고 있는 것으로 여겨져, 얼음 행성의 서식 가능성을 이해하는 데 중요한 역할을 한다.
칼리스토에 대한 목표는 가니메데에 대한 목표보다 덜 중요하다.
6. 1. 가니메데 주요 과학 목표
- 해양층 특성 분석 및 추정되는 지하 저수지 탐지
- 표면의 지형, 지질 및 구성 성분 지도 제작
- 얼음 지각의 물리적 특성 연구
- 내부 질량 분포, 역학 및 진화 특성 분석
- 가니메데의 희박한 대기 조사
- 가니메데의 고유 자기장과 목성 자기권과의 상호 작용 연구
6. 2. 유로파 주요 과학 목표
유기 분자를 포함한 생명체에 필수적인 화학 물질, 표면 특징의 형성, 비빙(非氷) 물질의 구성에 대한 이해에 중점을 둔다.[26] 또한, 주스는 최근 화산 활동이 가장 활발했던 지역 위 얼음 지각의 최소 두께 측정을 포함하여, 유로파에 대한 최초의 지하 사운딩을 제공할 것이다.6. 3. 기타 목표
여러 개의 작은 불규칙 위성과 화산 활동이 활발한 위성인 이오에 대한 원격 관측도 수행할 것이다.[26]7. 기타
주스는 천체역학의 스윙바이(중력 도움) 또는 플라이바이 방식으로 순항한다. 플라이바이는 중력을 이용해 단시간에 수행하는 '저공비행'(근접통과)이고, 스윙바이는 행성의 중력과 원심력의 도움을 각각 활용하는 항법이다.[45]
2012년 5월 2일, 유럽우주국의 코스믹 비전 항공 우주 프로그램에서 처음으로 ESA의 목성계 임무 계획(ESA Juice mission to the Jupiter system)이 발표되었다.[46]
참조
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웹사이트
JUpiter ICy moons Explorer
https://nssdc.gsfc.n[...]
2024-11-13
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European Space Agency: Blast off for Jupiter icy moons mission
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2023-04-14
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'It's like finding needles in a haystack': the mission to discover if Jupiter's moons support life
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ESA selects 1bn-euro Juice probe to Jupiter
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JUICE: Europe's next mission to Jupiter?
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Disappointed astronomers battle on
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Preparing to build ESA's Jupiter mission
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Europe's Jupiter-bound JUICE spacecraft is ready for April launch
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Ariane 5 launches ESA's JUICE mission to Jupiter
https://spacenews.co[...]
2023-04-14
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트윗
Today's Flight #VA260 has been delayed due to weather condition (risk of lightning) at the scheduled liftoff time from Europe's Spaceport in French Guiana. The Ariane 5 launch vehicle and its passenger JUICE are in stable and safe condition.
2023-04-13
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논문
Characterisation of the main belt asteroid (223) Rosa
https://hal.archives[...]
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As launch approaches, JUICE project manager discusses trajectories and science
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2023-03-20
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트윗
🧃 Time for another visit to the #ESAJuice bar 😉 At 8⃣% of the way to Jupiter, we have an update on our journey. We had been considering slightly diverting Juice to visit an asteroid en route to #Jupiter. To maximise fuel for our main mission (the tour around the gas giant and its icy moons), we have decided against this asteroid flyby.
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JUICE (JUpiter ICy moons Explorer)
http://www.lpi.usra.[...]
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Jupiter's radiation belts – and how to survive them
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ESA chooses instruments for its Jupiter Icy Moon Explorer
http://sci.esa.int/j[...]
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http://smsc.cnes.fr/[...]
2013-11-11
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Jupiter Icy Moons Explorer (JUICE): Science objectives, mission and instruments
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45th Lunar and Planetary Science Conference (2014)
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JUICE-JAPAN
https://juice.stp.is[...]
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Current Status of Japanese Participation to Jupiter Icy Moons Explorer "JUICE"
https://ui.adsabs.ha[...]
2015-12-01
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