Иллюстрация JUICE, полностью развернутого в космосе. Предоставлено ЕКА
Последняя межпланетная миссия Европейского космического агентства (EКA), целью которой является исследование Юпитера и трех его крупнейших спутников, Jupiter Icy Moons Explorer (JUICE), успешно запущенная в пятницу, 14 апреля, была оценена как почти идеальный запуск. У JUICE практически не было проблем в начале миссии, начиная с запуска ракеты Ariane 5 с космодрома Centre Spatial Guyanais (CSG) в Куру, Французская Гвиана, в секундное пусковое окно, до развертывания массивных солнечных батарей.
Прошло уже несколько недель с тех пор, как JUICE стартовал и начал свое путешествие к внешней части Солнечной системы. В течение следующих нескольких недель космический аппарат начнет разворачивать 16-метровую радиолокационную антенну, 10,6-метровую магнитометрическую стрелу и различные другие научные инструменты, которые помогут ему в изучении планеты Юпитер и ее крупнейших спутников – Ганимеда, Каллисто и Европы. Хотя миссия космического корабля до этого момента проходила гладко, 28 апреля ЕКА объявило, что у антенны радара JUICE возникли проблемы с отсоединением от монтажного кронштейна, что, в свою очередь, мешает антенне полностью развернуться, как ожидалось.
Чтобы узнать больше о запуске космического аппарата, текущем статусе миссии и о том, что ждет команды JUICE дальше, NSF встретился с руководителем программы JUICE Джузеппе Сарри из ЕКА.
Запуск JUICE был «идеальным»
Космический аппарат, разработанный Airbus Defence and Space, прибыл во Французскую Гвиану 9 февраля 2023 года, а дата запуска была назначена на несколько месяцев позже, в четверг, 13 апреля. Однако предупреждения о грозах отодвинули попытку на один день, и JUICE наконец стартовал в пятницу, 14 апреля, с площадки ELA-3 в 12:14 UTC (9:14 утра по местному времени), что ознаменовало 116-й запуск Ariane 5 и первый запуск Arianespace за год.
В момент старта сработали два твердотопливных ракетных ускорителя Ariane 5, за которыми незадолго до этого последовал запуск основного двигателя Vulcain 2, который создает 140 Т тяги, за семь секунд до старта. Затем, через две минуты и 16 секунд после запуска, твердотопливные ракетные ускорители высотой 31 метр были сброшены за борт.
«Запуск был действительно идеальным», - сказал Сарри. Фактически, поскольку JUICE был выведен на траекторию ухода, чтобы избежать гравитационного притяжения Земли. Наземные команды планировали маневр коррекции орбиты, также называемый коррекцией ввода ракеты-носителя. Однако, благодаря идеальной точности Ariane 5 и точно рассчитанному времени запуска, команды смогли полностью избежать этого маневра, сэкономив космическому кораблю немного топлива для будущего использования на Юпитере.
В дополнение к сложности запуска и сложной траектории полета к Юпитеру, у JUICE было дополнительное бремя в виде чрезвычайно ограниченного окна запуска в одну секунду. «Чтобы добраться до Юпитера напрямую, у вас должна быть сверхмощная ракета, она должна быть в два или три раза мощнее, чем Ariane 5», - сказал Сарри. Хотя Ariane 5, который скоро будет выведена из эксплуатации, может похвастаться почти 30-летней надежностью, у ней недостаточно мощности, чтобы доставить JUICE прямо к Юпитеру. «Следовательно, нам нужно было увеличить скорость, и мы сделаем это с помощью маневра gravity assist», который использует гравитацию других планет для увеличения своей скорости.
JUICE завершит первый в своем роде облет системы Земля-Луна, называемый Lunar-Earth Gravity Assist (LEGA) в 2024 году, облет Венеры в 2025 году и облет Земли в 2026 и 2029 годах, прежде чем прибудет в окрестности Юпитера в 2031 году.
Чтобы гарантировать, что JUICE сможет выполнить эти полеты, ему необходимо было стартовать, когда Земля и Юпитер были идеально выровнены, что позволяет вывести космический аппарат на максимально быструю траекторию полета к системе Юпитера. Однако такое идеальное выравнивание происходит не каждый день, объяснил Сарри. JUICE была предоставлена возможность запуска в точное время каждый день с 13 апреля по конец апреля, и если ни одна из них не была бы успешной, космическому аппарату пришлось бы повторить попытку запуска в августе. Если август также окажется неудачным, JUICE пришлось бы повторить попытку в следующем году, поскольку Сарри добавил, что запуск в 2024 году добавил бы «много финансовых последствий» к миссии стоимостью 1,7 миллиарда долларов.
После выхода из системы Земля-Луна отделение космического аппарата произошло в T + 27:45, а прием сигнала (AOS) был запланирован вскоре после этого, примерно через T + 32 минуты. Однако AOS произошел в 10: 05 утра по местному времени (T + 51 минута), когда первый сигнал JUICE (из космоса) достиг новой наземной станции Norcia в Австралии.
В то время как команды вещания в Европейском центре космических операций (ESOC) в Германии объяснили, что AOS немного запоздал, Сарри утверждал, что это было точно в срок. Он объяснил, что ожидается, что AOS произойдет примерно через 15 минут, что обычно происходит сразу после стабилизации космического аппарата на орбите.
«Эта стабилизация зависит от параметров отделения космического аппарата», - сказал Сарри. «Стабилизация осуществляется системой управления ориентацией космического корабля, и это занимает некоторое время, которое невозможно точно предсказать. Если космический корабль отделился и имеет небольшое вращение, для стабилизации требуется немного больше времени».
Хотя AOS не произошел немедленно, как некоторые предсказывали, Сарри сказал: «Мы получили сигнал в середине периода ожидания сигнала, так что все было в порядке, но люди волновались».
Последней ключевой вехой в день запуска стало развертывание самых больших солнечных батарей, которые когда-либо запускались в межпланетное пространство, размахом в 27 метров от кончика до кончика. Во время запуска панели были аккуратно сложены по бокам космического аппарата, при этом два крыла успешно отошли от JUICE в 10: 34 утра по местному времени в пятницу (T + 80 минут). Сарри сказал, что развертывание солнечных панелей стало самым большим облегчением, поскольку эта операция имеет первостепенное значение для работы космического аппарата.
Задачи, стоящие перед JUICE
Юпитер находится чуть более чем в 890 миллионах километров от Земли, и JUICE придется выйти за пределы пояса астероидов и выполнить несколько пролетов около планет с гравитационным маневром, чтобы увеличить скорость и достичь окрестностей Юпитера.
«Первая большая задача - иметь полностью функциональный космический аппарат, и в ближайшие три месяца мы должны знать [это]», - сказал Сарри. «Мы должны пройти через пояс астероидов, который находится между Марсом и Юпитером. Обычно особых проблем нет, потому что остальное пространство пусто, но все же мы должны отправиться в место, в котором находится больше, чем просто один астероид».
Хотя восьмилетнее путешествие к Юпитеру в основном должно пройти гладко, Сарри сказал, что самой большой проблемой будет, когда JUICE прибудет на планету Юпитера. «Когда мы прибудем на Юпитер, мы [JUICE] будем двигаться очень быстро», - сказал Сарри, поскольку скорость космического аппарата будет необычайно высокой после выхода из-под гравитационного притяжения Солнца. «Когда мы [JUICE] прибудем к Юпитеру, аппарат может пролететь мимо, но не быть захвачен его гравитацией, поэтому нам нужно затормозить, и поэтому у нас есть двигатель, который мы будем использовать не для ускорения, а для торможения», - сказал он.
«Маневр по подходу к Юпитеру - очень важный маневр, потому что он угрожает жизни миссии – если мы не сделаем это правильно, мы либо пройдем мимо, либо врежемся в Юпитер, и это одна из больших проблем». JUICE оснащен двумя титановыми топливными баками и основным двигателем мощностью 425 Ньютон, а также 20 дополнительными малыми двигателями, которые будут использоваться для вывода космического аппарата на орбиту Юпитера. Химическая двигательная установка была интегрирована в космический аппарат в апреле 2020 года.
Крупнейший спутник Юпитера, Ганимед, также является единственным спутником, который, как известно, генерирует собственное магнитное поле и, следовательно, будет представлять опасность для космического аппарата при выходе на свою орбиту. Кроме того, любые электромагнитные поля, генерируемые самим космическим аппаратом, не должны создавать помех чувствительным научным приборам JUICE. Таким образом, космический корабль спроектирован с тихими двигателями, чтобы обеспечить их магнитную чистоту. Кроме того, JUCE оснащен экранами и специальными защитными хранилищами для защиты от экстремальных перепадов температур, с которыми он столкнется во время своей миссии, а именно на Венере и Юпитере.
Однако Сарри сказал, что знания ученых о радиации вокруг Юпитера «не очень точны», поэтому они могут обнаружить, что уровни радиации вокруг Юпитера хуже или лучше, чем ожидалось. «Юпитер - это новый мир, полный неизвестного», - сказал руководитель программы. «Нам просто нужно посмотреть, как с этим справиться, но я не ожидаю никаких серьезных проблем до того, как мы доберемся до Юпитера».
Некоторые из многих сложных и опасных условий, в которых JUICE будет находиться на орбите вокруг Юпитера. (Предоставлено ЕКА)
JUICE несет на борту набор из десяти приборов, разработанных ЕКА и НАСА при содействии Японского агентства аэрокосмических исследований (JAXA) и Израильского космического агентства. JUICE уже начала ввод в эксплуатацию своих приборов, который, как ожидается, продлится около трех месяцев. «Пока все идет хорошо», - сказал Сарри. «Мы планируем подготовить космический аппарат к середине июля, и мы начинаем разворачивать первую антенну».
Однако, как уже упоминалось, 28 апреля ЕКА объявило, что у команд возникли проблемы с развертыванием 16-метровой антенны радара космического аппарата из монтажной стойки.
Команды JUICE в центре управления полетами ЕКА в Дармштадте, Германия, усердно работают над тем, чтобы освободить антенну от крепления. Командам удалось развернуть антенну примерно на треть от ожидаемой полной длины, при этом антенна с каждым днем демонстрирует все больше признаков движения. В настоящее время команды считают, что крошечный штырь рядом с системой развертывания антенны застрял и ему еще предстоит освободиться из области, окружающей антенну и механизм развертывания. Учитывая размер штыря размером в несколько миллиметров, небольшое движение может полностью освободить антенну.
В попытке попытаться принудительно освободить антенну, команды JUICE планируют запустить двигатель космического аппарата, что встряхнет космический аппарат и, как мы надеемся, освободит антенну, после чего произойдет несколько вращений самого космического аппарата. Эти вращения также приведут к нагреву антенны и ее крепления, которые в настоящее время скрываются в холодной тени космического аппарата.
Однако следует отметить, что антенна является единственной серьезной проблемой на космическом аппарате, которую отслеживают команды. JUICE превосходно справлялся до этого момента, и команды ожидают плавного процесса ввода в эксплуатацию.
Хотя у JUICE впереди восьмилетнее путешествие, его прибытие на Юпитер будет насыщенным операциями. Ожидается, что в период с июля 2031 по ноябрь 2034 года JUICE совершит 35 пролетов около ледяной Луны. Космический аппарат совершит два пролета на 400 км к Европе для поиска биосигнатур, скоплений воды и понимания ее геологии, поверхности и недр. После Европы JUICE совершит несколько заходов на Каллисто, которая имеет одну из старейших поверхностей в Солнечной системе, чтобы узнать об окружающей среде вокруг Юпитера в первые годы его существования как планеты.
Наконец, в 2034 году JUICE выйдет на орбиту вокруг Ганимеда, став первым космическим аппаратом, который выйдет на орбиту луны, отличной от нашей. JUICE изучит огромный океан, который может быть скрыт под его ледяной поверхностью, и определит, обладает ли Луна необходимыми условиями для поддержания жизни. В то время как он совершит 500-километровый пролет около Ганимеда, когда он находится на орбите, JUICE может стремиться к 200-километровому пролету, если у него будет дополнительное топливо.
После завершения своей миссии, JUICE сойдет с орбиты и врежется в Ганимед, поскольку нет риска, что космический аппарат загрязнит потенциальный жидкий океан под его ледяной коркой.
Миссия JUICE вплоть до дня запуска была 11-летней кульминацией работы ЕКА, Airbus Defence and Space, Arianespace и других участвующих государств-членов. В 2012 году она была выбрана в качестве миссии класса L в рамках программы ЕКА Cosmic Vision, которая направлена на разработку космических научных миссий под руководством Европы, запускаемых не реже одного раза в десятилетие.
Предстоящая миссия NASA Europa Clipper, которая должна стартовать в 2024 году и изучать Европу, дополнит JUICE и ее научное изучение ледяных лун Юпитера. На предстартовом брифинге 6 апреля Оливье Витасс, научный сотрудник проекта JUICE, сказал, что два агентства уже обсуждают совместные научные возможности для двух космических аппаратов, когда они оба будут на Юпитере.
