JUICE (Jupiter Icy Moons Explorer) | Ariane 5 ECA+⁠⁠

Автор Клэр Персиваль, 10 апреля 2023 года, 7-минутное чтение
Первоисточник:

Изображение: Arianespace

Что все это значит?

Arianespace готовится к запуску космического аппарата ЕКА Jupiter Icy Moons Explorer (JUICE) с европейского космодрома в Куру, Французская Гвиана, на ракете Ariane 5. После развертывания JUICE отправится в восьмилетнее путешествие в систему Юпитера, где будет изучать Юпитер и три его спутника, имеющих океан.

Этот запуск станет последней миссией ЕКА, запущенной на Ariane 5 с космодрома ЕКА в Куру, поскольку Ariane 6 должен принять на себя запуски ЕКА.

JUICE (исследователь ледяных лун Юпитера)

JUICE - автоматическая межпланетная станция, которая отправится в систему Юпитера, чтобы провести подробные наблюдения за Юпитером и тремя его большими лунами – Ганимедом, Каллисто и Европой, на которых имеются большие океаны. ЕКА охарактеризовало всеобъемлющую тему миссии как «появление обитаемых миров вокруг газовых гигантов». Земля - единственная планета в нашей Солнечной системе, на которой, как мы точно знаем, поддерживалась жизнь. Поэтому эта миссия будет направлена на то, чтобы ответить на вопрос, может ли это произойти где-либо еще в нашей Солнечной системе?

Тремя основными задачами JUICE являются:

• Изучать ледяные луны Юпитера.

• Исследовать сложную среду Юпитера.

• Посмотреть на систему Юпитера в целом как на архетип того, какими являются газовые гиганты во всей Вселенной.

Космический аппарат будет нести десять научных приборов, один экспериментальный прибор и один радиационный монитор. JUICE - это миссия, возглавляемая ЕКА, но у нее есть несколько международных партнеров. NASA, JAXA и ISA предоставили оборудование для приборов на борту JUICE.

Эта миссия побьет несколько рекордов, в том числе станет первым космическим аппаратом, вышедшим на орбиту вокруг Луны, отличной от нашей, а также выполнит первый лунно-земной гравитационный маневр, которую необходим для экономии топлива на пути к Юпитеру.

Ледяные луны Юпитера

Европа

Европа - шестой по величине спутник в Солнечной системе. JUICE совершит два пролета Европы, с наибольшим сближением в 400 км от поверхности Луны. Совершая свои пролеты, JUICE в первую очередь будет искать воду и биомаркеры, а также изучать геологию Луны. Европа считается одним из самых перспективных мест в нашей Солнечной системе с точки зрения наличия пригодной для жизни среды, поскольку ученые полагают, что поверхность, вероятно, океан с соленой водой, скрытый под ледяной коркой Луны, который может содержать в два раза больше воды, чем все океаны Земли.

Два вида Европы. Левое изображение приближено к естественному цвету Луны, в то время как правое изображение сочетает фиолетовое, зеленое и инфракрасное изображения, чтобы показать различия в цвете водно-ледяной корки Луны. (Предоставлено NASA / JPL-Caltech / DLR)

Ганимед

Основной целью JUICE станет Ганимед, космический аппарат совершит 12 облетов этого спутника Юпитера. Это самый большой из спутников Юпитера и Солнечной системы. JUICE приблизится к Луне на расстояние до 400 км во время пролетов, но во время обращения вокруг Луны он будет стремиться приблизиться к поверхности на расстояние до 200 км. Основными целями наблюдений JUICE будут наблюдения за магнитным полем Луны (Ганимед - единственный спутник в нашей Солнечной системе, который генерирует собственное магнитное поле), поиск скрытых океанов, поиск льда, изучение взаимодействия между Луной и Юпитером, а также изучение потенциальной обитаемости.

Это изображение Ганимеда было сделано "Вояджером-1" в 1979 году с расстояния 243 000 км (Предоставлено NASA / JPL)

Каллисто

Наконец, JUICE будет изучать Каллисто. Каллисто - второй по величине спутник Юпитера и третий по величине в нашей Солнечной системе. Поверхность Каллисто является самой старой и наиболее изрытой кратерами в нашей Солнечной системе, что означает, что его изучение может помочь нам лучше понять, какой была окружающая среда в ранней системе Юпитера. JUICE совершит 21 облет этого спутника, при этом максимальное сближение составит 200 км. Каллисто.

Это изображение Каллисто 2001 года - единственное полное цветное изображение всей Луны, сделанное космическим аппаратом Galileo. На снимке видно, насколько изрыта поверхность. Считается, что более светлые участки поверхности покрыты льдом, в то время как более темные участки сильно эродированы и содержат мало льда. (Предоставлено NASA / JPL / DLR)

Научные приборы

JUICE будет нести на борту десять приборов, девятью из которых управляют европейские операторы, а одним из которых руководит НАСА. На борту также будет проведен один эксперимент - планетарный радиоинтерферометр и доплеровский эксперимент (PRIDE), а также радиационный монитор (RADEM)

Будут установлены четыре прибора дистанционного зондирования:

• Система оптических камер (JANUS). Этот прибор будет отслеживать глобальные, региональные и локальные особенности лун и составлять карту облаков Юпитера.

• Спектрометр видимого и инфракрасного изображения (MAJIS). Этот прибор будет изучать облака и атмосферу Юпитера, а также лед и минералы на поверхности лун.

• Спектрограф для получения ультрафиолетовых изображений (UVS). НАСА предоставило этот прибор для миссии. Этот прибор будет изучать состав и динамику экзосфер Луны.

• Субмиллилитровый волновой прибор (SWI). Этот прибор будет изучать температуру, состав и динамику атмосферы Юпитера.

Также будет три геофизических прибора:

• Радиолокационный эхолот (RIME). НАСА предоставило оборудование для этого прибора для миссии. Этот прибор представляет собой радар, проникающий сквозь лед, который способен изучать внутренние структуры лун на глубине до 9 км.

• Лазерный высотомер (GALA). JAXA предоставила оборудование для этого прибора для миссии. Этот прибор будет изучать поверхности лун и приливную деформацию Ганимеда.

• Радионаучный эксперимент (SWI). ISA предоставила оборудование для этого прибора для миссии. Этот прибор будет изучать гравитационное поле Ганимеда, внутренние океаны трех лун, а также атмосферу и ионосферу Юпитера и спутников.

Также будут установлены три прибора:

• Магнитометр (J-MAG). Этот прибор будет использовать датчики для изучения магнитного поля Юпитера и того, как оно взаимодействует с Ганимедом, а также для изучения внутренних океанов лун.

• Пакет для окружающей среды частиц (PEP). NASA и JAXA предоставили оборудование прибора для миссии. Этот прибор будет изучать плазму в системе Юпитера.

• Радио- и плазменно-волновой прибор (RPWI). JAXA предоставила оборудование для этого прибора для миссии. Этот прибор будет изучать радиоизлучение и плазму Юпитера и его спутников.

Приборы на борту JUICE (Предоставлено: ЕКА. Работа выполненная ATG по контракту с ЕКА), CC BY-SA 3.0 IGO)

Путешествие к Юпитеру

JUICE потребуется около восьми лет, чтобы добраться до Юпитера. За это время АМС совершит облет Венеры и системы Земля-Луна. Если все пойдет по плану, JUICE достигнет Юпитера в июле 2031 года. За шесть месяцев до выхода на орбиту Юпитера JUICE начнет проводить исследования, для которых его послали. Как только он достигнет системы Юпитера, JUICE выйдет на орбиту вокруг Юпитера и начнет облет Европы, Ганимеда и Каллисто.

График запуска и развертывания JUICE (Предоставлено ЕКА)

Что такое Ariane 5 ECA?

Ariane 5 ECA - европейская ракета-носитель большой грузоподъемности, разработанная Arianespace для Европейского космического агентства. Ariane 5, считающаяся одной из самых надежных ракет-носителей в мире, с 1996 года стартовала 109 раз с показателем успеха 95,4%.

Ракета совершила 82 запуска подряд без сбоев, прежде чем потерпела частичный отказ в январе 2018 года. Запуск Ariane 5 осуществляется с европейского космодрома во Французской Гвиане, расположенного недалеко от экватора, что позволяет ракете воспользоваться большей скоростью вращения Земли на экваторе и повысить грузоподъемность запуска.

Версия Ariane 5 ECA способна запускать два больших спутника, один поверх другого, с помощью адаптера, известного как Système de Lancement Double Ariane (SYLDA). Адаптер закрывает нижний спутник, поскольку он поддерживает верхний спутник. Когда приходит время для развертывания спутника, верхний спутник отделяется первым, затем сбрасывается адаптер SYLDA, а нижний спутник отделяется последним.

Запуск Ariane 5 (предоставлено ЕКА / CNES / Arianespace)

Ускорители

Два твердотопливных ракетных ускорителя P241 (SRBs) прикреплены по бокам основной ступени ракеты. Они заполнены смесью перхлората аммония (AP) (68%), алюминиевого топлива (18%) и полибутадиена с гидроксильным окончанием (HTPB) (14%). Каждый ускоритель обеспечивает тягу около 7080 кН (1 590 000 фунтов по Фаренгейту), которая обеспечивается в течение 130 секунд, прежде чем ускоритель упадет в океан. Обычно их оставляют опускаться на дно океана, но, подобно космическим шаттлам SRB, их можно опустить с помощью парашютов. Когда это делается, это делается для послеполетного анализа, и ускорители не подлежат повторному использованию.

Главная ступень

Ariane 5 оснащена криогенной основной ступенью H173, называемой EPC (Étage Principal Cryotechnique — Криотехническая основная ступень), которая работает в течение 540 секунд. Она состоит из основного бака высотой 30,5 м с двумя баками, один из которых предназначен для жидкого водорода (LH2), а другой - для жидкого кислорода (LOx). В основании ступени установлен двигатель Vulcain 2, обеспечивающий вакуумную тягу в 1390 кН (310 000 фунтов по Фаренгейту).

Основная криогенная ступень (Предоставлено Arianespace)

Верхняя ступень

ECA имеет верхнюю ступень, называемую ESC-A (Étage Supérieur Cryotechnique — Криогенная верхняя ступень), которая использует двигатель HM7B, который питается жидким водородом (LH 2) и жидким кислородом (LOx). Ступень обеспечивает 67 кН (15 000 фунтов по Фаренгейту) в вакууме, имеет ISP 446 секунд и будет работать в течение 945 секунд.

Криогенная верхняя ступень (Предоставлено Arianespace)