M5——火星磁层多点测量任务：一项面向火星的多航天器等离子体物理任务

火星缺乏内禀发电机，是比较研究感应磁层的理想实验室，此类磁层亦见于其他类地天体及彗星。此外，由于火星因大气逃逸而丧失宜居性以及未来可能的人类探索，其进一步探测尤为引人关注。在此背景下，我们提出火星磁层多点测量任务（M$^5$），一项通过多航天器研究火星感应磁层动力学与能量传输的综合任务。特别关注鲜被探索的磁尾区域，该处已发现磁重联迹象。此外，研究火星磁层动力学——尤其是不同日侧边界区域，以及电流系统与等离子体波等能量传输现象——需要可靠的太阳风上游条件知识。这将有助于研究具感应磁层行星的大气逃逸过程。为分辨随时间与空间变化的三维结构，需进行多点测量。因此，M$^5$ 是一项五航天器任务：一颗太阳风监测器在距火星 5 个火星半径的环火圆轨道上运行，四颗较小航天器以四面体构型在椭圆轨道上环绕火星，覆盖远磁尾直至 6 个火星半径，近火点置于火星磁层内 1.8 个火星半径处。我们不仅详述了该任务科学需求的评估，还给出了满足质量、功率与链路预算等全部任务需求与约束的任务及航天器设计。该任务概念于 2022 年阿尔卑巴赫暑期学校期间提出。