The Jupiter Icy Moons Orbiter (JIMO) was a proposed NASA spacecraft designed to explore the icy moons of Jupiter. The main target was Europa, where an ocean of liquid water may harbor alien life. Ganymede and Callisto, which are now thought to also have liquid, salty oceans beneath their icy surfaces, were also targets of interest for the probe.

The JIMO spacecraft 

JIMO was to have a large number of revolutionary features. Throughout its main voyage to the Jupiter moons, it was to be propelled by an ion propulsion system via either the  High Power Electric Propulsion or NEXIS engine, and powered by a small fission reactor.
A Brayton power conversion system would convert reactor heat into electricity. Providing a thousand times the electrical output of conventional solar- or radioisotope thermoelectric generator (RTG)-based power systems, the reactor was expected to open up opportunities like flying a full scale ice-penetrating radar system and providing a strong, high-bandwidth data transmitter.

Using electric propulsion (8 ion engines, plus Hall thrusters of varying sizes) would make it possible to go into and leave orbits around the moons of Jupiter, creating more thorough observation and mapping windows than exist for current spacecraft, which must make short fly-by maneuvers because of limited fuel for maneuvering.

The design called for the reactor to be positioned in the tip of the spacecraft behind a strong radiation shield protecting sensitive spacecraft equipment. The reactor would only be powered up once the probe was well out of Earth orbit, so that the amount of radionuclides that must be launched into orbit is minimized. This configuration is thought to be less risky than the RTGs used on previous missions to the outer Solar System.

The Europa Lander Mission proposed to include on JIMO a small nuclear-powered Europa lander. It would travel with the orbiter, which would also function as a communication relay to Earth. It would investigate Europa's habitability and assess its astrobiological potential by confirming the existence and determining the characteristics of water within and below Europa's icy shell.

Northrop Grumman was selected on September 20, 2004 for a US$400 million preliminary design contract, beating Lockheed Martin and Boeing IDS. The contract was to have run through to 2008. Separate contracts, covering construction and individual instruments, were to be awarded at a later date.

Preliminary design specifications 

 Gross mass in low Earth orbit: 36,375 kg
 Mass of xenon propellant: 12,000 kg
 Reactor module mass: 6,182 kg (200 kWe output)
 Spacecraft module dry mass: 16,193 kg 
 Science payload mass: 1,500 kg
 Electric turboalternators: multiple 104 kW (440 V AC)
 Deployable radiator: 422 m2 surface area
 Electric Herakles ion thrusters: multiple 30 kW high efficiency, specific impulse 7,000 s (69 kN·s/kg)
 Hall thrusters: high power, higher thrust
 Telecommunications link: 10 Mbit/s (4×250 watt TWTA)
 Deployed size: 58.4 m long × 15.7 m wide
 Stowed size: 19.7 m long × 4.57 m wide
 Mission design life: 20 years
 Launch date: 2017
 Launch Vehicle: Delta IV Heavy
 Cost: 16 billion $ excluding launch

Nuclear propulsion
The JIMO mission was proposed to include a nuclear electric propulsion system for the long-duration mission, with power provided by a small 200 kWe fission power system.  The nuclear propulsion program was conducted from 2003 to 2005 by the Naval Reactors branch of the DOE.

The proposed system design was a gas-cooled reactor and Brayton power conversion to generate a peak output of 200 kilowatts of power over the long life of the JIMO mission.

Mission profile 

Three launches were planned for May 2015 to LEO in order to assemble the two transfer stages and the probe. Transfer stages were designed to launch the probe on its trajectory to Jupiter during the launch window extending from late October 2015 to mid-January 2016.

During the first month of flight, the probe's main structures would be deployed, the nuclear reactor activated, and the thrusters tested. The interplanetary flight would have lasted until April 2021 (the ion engines were supposed to work two-thirds of the time).

Once the probe was in the influence area of Jupiter, the navigation would become more complex and difficult. The probe would have to use gravity assist maneuvers to enter orbit.

The probe would have studied Callisto and then Ganymede for three months each, and finally Europa for one month (studies of Io were also planned when the orbital conditions would have been favorable).

At the end of the mission in September 2025, the vehicle would have been parked in a stable orbit around Europa.

Cancellation 
Due to a shift in priorities at NASA that favored crewed space missions, the project lost funding in 2005, effectively cancelling the JIMO mission. Among other issues, the proposed nuclear technology was deemed too ambitious, as was the multiple-launch and in-orbit assembly mission architecture.
Engineers at the Jet Propulsion Laboratory with JIMO were laid off or reassigned during the spring and summer of 2005.

As a result of the budget changes, NASA is instead considering a demonstration mission to a target closer to Earth to test out the reactor and heat rejection systems. The spacecraft would possibly be scaled down from its original size as well.

When it was cancelled, the JIMO mission was in an early planning stage and launch wasn't expected before 2017. It was to be the first proposed mission of NASA's Project Prometheus, a program for developing nuclear fission into a  means of spacecraft propulsion.

Subsequent proposed replacements
After JIMO, NASA and ESA planned a joint mission to Jupiter's moons, the Europa Jupiter System Mission. This mission was also cancelled in 2011.

ESA has since continued to work separately on that design and on May 2, 2012 selected the Jupiter Icy Moon Explorer (JUICE) mission over two other ESA missions for funding. The JUICE mission will study the Jupiter moons Europa, Callisto and Ganymede and was launched as an ESA L-class mission on April 14, 2023 on an Ariane 5 carrier rocket.

In the late 2010s, the Europa Clipper became the main NASA mission to Europa with a significant difference in that it would be solar-powered and engage in multiple flybys of the moon rather than orbit it. Another similar mission is the Europa Lander, a proposed NASA astrobiology mission Europa, to complement Europa Clipper. Europa Clipper is planned to be launched in 2024 and Europa Lander is planned to be launched in 2025.

See also
Europa Lander (NASA) (Independently launched lander follow on for Europa Clipper) 
Jupiter Icy Moon Explorer (later ESA planned Jupiter system probe)

References

External links 

 Project Prometheus final report (2005)
 Project Prometheus webpage at NASA

Cancelled spacecraft
Proposed NASA space probes
Missions to Jupiter
Orbiters (space probe)
목성 얼음 위성 궤도선()은 목성의 위성들을 탐사하기 위해 추진되었던 미국 항공우주국의 우주 탐사선이다. 주된 탐사 대상은 유로파였으며, 이 곳은 태양계에서 생명이 존재할 가능성이 있기 때문이었다. 가니메데와 칼리스토도 액체의 바다가 존재할 가능성이 있기 때문에, 탐사선을 보내기에 흥미로운 장소였다.

우주선 

목성 얼음 위성 탐사선은 혁신적인 장치가 많이 실릴 예정이었다. 목성의 위성 사이의 주요 항해 내내 이온 엔진인 HiPEP나 NEXIS 엔진을 사용하고, 소형 원자로를 이용해서 가동시킬 예정이었다.
브레이턴 사이클을 이용해서 열을 전기로 바꾼다. 기존보다 천 배 정도의 출력을 내는 태양 전지(아니면 방사성동위원소 열전기 발전기)를 사용할 예정이었고, 거의 발전기 전체에 필적하는, 얼음을 관통하는 레이다와 강력한 대역폭으로 자료를 보낼 수 있는 송신기를 장착할 예정이었다.

전기 추진력(여덞 개의 이온 엔진과 다양한 크기의 홀 추력기)을 이용해서 목성의 위성 주위의 궤도를 만들고, 현재의 우주선보다 더 철저한 관찰을 할 예정이었다. 이를 위해서는 연료가 한정되 있기 때문에 더 철저한 근접 통과 연습이 필요했다.

원자로는 민감한 우주선의 장비들을 보호하는 강력한 방사선 방패 뒤인, 우주선의 끝 부분에 부착된다. 탐사선이 지구의 궤도를 벗어나기만 해도 원자로가 전기를 공급할 것이며, 그렇기 때문에 궤도에서 빨리 출발해야지만 원자로의 연료를 최대한 아낄 수 있기 때문이다. 이것은 기존 외태양계 임무에 쓰였던 방사성동위원소 열전기 발전기보다는 덜 위험할 것으로 생각된다.

노스럽 그러먼이 록히드 마틴과 보잉 통합 방위 시스템을 제치고 4억 달러의 총체적 설계 계약을 2004년 9월 20일 2008년까지 계약하는 것으로 체결되었다. 별도의 계약이나, 건설, 개별적인 기구들은 나중에 액수가 지정되었다.

예비 설계 규격 

 과학 장비: 1,500 kg
 전기 터빈 발전기: 104 kW (440 V AC) 출력인 발전기 여러 개
 방열판 배치: 표면적 422 m²
 전기 헤라클레스 이온 추진기: 비추력 7,000(69 kN·s/kg)의 30 kW 고효율 추진기 여러 개
 중앙 추진기: 고출력, 높은 추진력
 통신 연결: 10 메가바이트/초 (4×250 와트인 진행파광 증폭기)
 전개되었을 때의 크기: 58.4 m 길이 × 15.7 m 넓이
 접었을 때의 크기: 19.7 m 길이 × 4.57 m 넓이
 예상된 임무 기간: 20년
 발사 년도: 2017년
 발사체: 델타 4H
 비용: 발사 비용 제외 160억 달러

임무 계획 
발사는 2015년 세 번 발사해 지구 저궤도에서 합체시킨 후, 2015년 8월 말에 목성으로 탐사선을 출발하여 2016년 1월 초까지 가는 것으로 계획되었었다. 비행의 최초 1개월 동안, 탐사선의 주요 목표는 원자로 활성화 및 자세 실험이다. 행성간 비행이 2021년 4월까지 지속될 것이다(이온 엔진은 추진 전체의 3분의 2를 맡는다).
탐사선이 목성의 영향을 받는 곳에 들어가면, 조종이 더 어려워진다. 탐사선은 중력의 도움을 받아 궤도에 진입한다. 탐사선은 칼리스토와 가니메데를 각각 3개월씩 탐사하고 난 다음에 유로파에 머무를 것이다.(이오를 연구하는 계획은 궤도가 맞으면 하기로 계획되었었다). 2025년 9월 임무가 끝날 때쯤에는, 탐사선은 유로파 궤도에 안착해 있을 계획이었다.

취소 
미국 항공우주국이 유인 탐사를 더 선호하게 되어 임무의 우선순위가 바뀜에 따라, 2005년에 자금 투입 계획을 취소시켰다. 여러 번 발사하여 궤도상에서 조립하는 구조에다가 핵 엔진을 적용하는 것은 너무 야심찬 일로 간주되었다.
이 계획을 추진하던 제트 추진 연구소의 엔지니어들은 2005년 봄에서 여름까지의 기간 동안 해고당하거나 타부서로 전출되었다.

예산을 변경한 결과로, 미국 항공우주국은 지구 가까이에서 원자로 기술을 실험하는 시험 계획을 고려중에 있다. 우주선이 원래 크기보다 작아질 가능성도 있다.

취소되었을 때, 이 계획은 아직 초기 단계에 머물러 있었고, 2017년 이전에 발사하리라고는 예상하지 않았다. 이 계획은 미국 항공우주국의 프로메테우스 계획의 첫 번째 계획으로, 프로메테우스 계획이란 우주선 추진용으로 핵분열을 사용하는 것을 연구하는 것이다.

추진된 다른 제안 
이후에, 미국 항공우주국과 유럽 우주국은 목성의 위성들을 탐사하기 위해 유로파 목성계 임무를 계획했다. 이 임무 또한 2011년에 취소되었다.

유럽 우주국은 2012년 5월 2일 목성 얼음 위성 탐사선을 다른 2개의 계획 후 별도로 실행하기로 결정했다. 이 계획은 유로파, 칼리스토와 가니메데를 연구하는 계획으로써, 2022년에 아리안 5호로 발사되는 큰 규모의 계획이다.

각주

외부 링크 

  프로메테우스 계획 최종 보고서 (2005)
  NASA의 프로메테우스 임무 계획
 임무 애니메이션

미국 항공 우주국의 우주 탐사선
목성 탐사선
취소된 우주선