Юнона (космічний апарат)

Юнона (англ. Juno, також Jupiter Polar Orbiter) — Космічний зонд, створений НАСА в рамках програми New Frontiers (другий проект цієї програми) для дослідження Юпітера. 5 серпня 2011 року НАСА запустило «Юнону» у відкритий космос із метою вивести в подальшому апарат на орбіту Юпітера. Оскільки основне завдання міжпланетного космічного зонда полягає в дослідженні магнітного поля Юпітера, природи його полярного сяйва, обумовленого потоком заряджених частинок із супутника Юпітера Іо, то орбіта «Юнони» пролягатиме над магнітними полюсами планети. Серед інших цілей цієї місії — перевірка гіпотези про наявність у Юпітера твердого ядра шляхом вимірювання варіацій гравітаційного поля планети, дослідження атмосфери планети — визначення вмісту в ній води та аміаку, а також вивчення її турбулентності та постійних ураганів на кшталт Великої червоної плями. «Юнона» стала першим космічним апаратом, що зробив світлини північного та південного полюсів Юпітера. Попереднім космічним місіям не вдавалося сфотографувати полюси Юпітера, також це неможливо зробити із Землі.

Юнона
Художнє зображення міжпланетного космічного зонда «Юнона» на тлі Юпітера
Основні параметри
Повна назва Jupiter Polar Orbiter
Організація НАСА
Виготівник Lockheed Martin
Оператор НАСА
Тип апарата Міжпланетний космічний зонд
Штучний супутник Юпітера
Вихід на орбіту 4 липня 2016 року
Дата запуску 5 серпня 2011
Ракета-носій Атлас-5 версія 551
Тривалість польоту 5,2 роки
Технічні параметри
Маса 3700 кг[1]
Потужність 600 Вт
Джерела живлення Сонячні батареї загальною площею 54 м²
Вебсторінка
Вебсторінка SWRI, НАСА

Космічний зонд названо на честь персонажа римської міфології богині Юнони, дружини Юпітера. За легендою, Юпітер часто напускав хмари навколо себе, щоб приховати заподіяну ним шкоду. І лише дружина Юнона могла бачити крізь ці хмари всі таємниці Юпітера.

Проектування й підготовка

У червні 2005 року місія перебувала в стадії попереднього проектування. Будівництво апарату здійснювала компанія Lockheed Martin Space Systems під управлінням Лабораторії реактивного руху НАСА. Голова директорату наукових програм НАСА Алан Штерн у травні 2007 р. заявив[2], що в 2008 фінансовому році буде закінчено фазу попереднього проектування і досягнуто стану готовності проекту до реалізації[3].

«Юнона» на стадії конструювання: тести на обертальному стенді

У процесі робіт час розробки деяких компонентів «Юнони» було подовжено, порівняно із запланованими термінами. Однією з причин затримки став землетрус у Центральній Італії 2009 року, який завдав пошкодження заводу, який виготовляв компоненти АМС[4].

13 березня 2011 р. на випробувальному стенді Lockheed Martin Space Systems «Юнона» успішно пройшла двотижневі температурні випробування у вакуумній камері[5].

Вартість

На початковому етапі проектування, у 2005 році, планувалося, що вартість місії не перевищить 700 млн дол. США за умови, що запуск буде здійснено не пізніше 30 червня 2010 року[6] Однак згодом суму витрат було збільшено. У грудні 2008 року було заявлено, що з огляду на інфляцію і перенесення запуску на серпень 2011 року, загальний бюджет місії дещо перевищить 1 млрд дол.[7]

Місія
Інфографіка NASA, що ілюструє особливості роботи космічного апарата в умовах підвищеної радіації
Орбітальна траєкторія «Юнони», засічки проставлені з інтервалом у 30 діб

НАСА запустило «Юнону» з метою в подальшому вивести апарат на орбіту Юпітера. Було заплановано спрямувати зонд на витягнуту полярну орбіту з періодом обертання близько 11 діб, із максимальним наближенням до планети менше 5000 км. Планувалося, що протягом 20 місяців апарат здійснить 37 обертів навколо газового гіганта[8], збираючи дані за допомогою дев'яти приладів, серед яких НВЧ-радіометр, магнітометр, детектор часток, спектрографи і камера. Оскільки основне завдання автоматичної міжпланетної станції полягає в дослідженні магнітного поля Юпітера, природи його полярного сяйва, що обумовлене потоком заряджених частинок із супутника Юпітера Іо, то орбіта «Юнони» пролягатиме над магнітними полюсами планети. Завершення місії передбачалося у лютому 2018 року шляхом виведення апарата з орбіти[8].

Серед інших цілей цієї місії:

  • дослідження внутрішньої будови гіганта, розподілу маси в його надрах, перевірка гіпотези наявності у Юпітера твердого ядра шляхом вимірювання варіацій гравітаційного поля планети, визначення складу цього ядра;
  • дослідження атмосфери планети — визначення в ній вмісту води та аміаку (ці величини допоможуть вченим скорегувати теорію формування планет);
  • вивчення турбулентності атмосфери та постійних ураганів на кшалт Великої червоної плями.

На борту в космос відправилися не лише наукові прилади, а й кілька незвичайних предметів. Так, на борту «Юнони» було три фігурки «Лего»: Юпітера, Юнони і Галілея. Окрім того на апарат наклеєно табличку із зображенням самого вченого[9].

В історії NASA це є 9-та місія з вивчення Юпітера.

«Юнона» — це друга місія НАСА з так званої програми «Нові межі» (New Frontiers). Першу місію запущено 2006 року до Плутона, і вона успішно досягла мети в 2015 році.

Завдання та інструменти
Обладнання «Юнони»
Структура атмосфери
  • MWR (Microwave Radiometer) — мікрохвильовий радіометр, який фіксує випромінювання з довжиною хвилі 1,3–50 см, складається з шести окремих радіометрів; основна мета — дослідження глибоких шарів атмосфери Юпітера шляхом вимірювання теплового випромінювання з його надр. MWR має допомогти відповісти на питання, як формувався Юпітер, а також про те, наскільки глибоко відбувається циркуляція атмосфери, виявлена космічним апаратом Галілео. Радіометр досліджує кількість аміаку і води в атмосфері.
Магнітне поле

Дослідження магнітного поля включає в себе наступні три напрямки: проведення картографії (мапування) магнітного поля, визначення динаміки внутрішніх шарів Юпітера, рух яких генерує спостережувану конфігурацію магнітного поля планети, і реконструкція трьох вимірної структури магнітосфери Юпітера безпосередньо на та біля його магнітних полюсів. Згідно із зазначеними цілями борт Юнони обладнано наступними приладами:

  • Flux Gate Magnetometer (FGM) — вимірює напруженість на напрямок магнітного поля безпосередньо на самій станції. За його допомогою можна проводити картографію трьохвимірної структури магнітного поля по мірі обертання «Юнони» орбітою навколо Юпітера.
  • Scalar Helium Magnetometer (SHM) — вимірює напруженість на напрямок магнітного поля на окремих ділянках видимої поверхні планети використовуючи залежність поглинання поляризованого інфрачервоного світла збудженими іонами гелію від конфігурації оточуючого магнітного поля[10].
  • Advanced Stellar Compass (ASC) — прилад для визначення орієнтації станції по відношенню до віддалених зір.
Програма дослідження магнітосфери на полюсах
Світлина полярного сяйва на магнітному полюсі Юпітера відзнята космічним телескопом Габбл в ультрафіолетових променях.

Полярне сяйво на ділянці магнітних полюсів Юпітера має природу, відмінну від земного полярного сяйва[джерело?]. Лінії магнітного поля Юпітера замикаються на лінії магнітного поля його супутника Іо, відомого також своєю вулканічною активністю. Електрично заряджені частинки, що викидаються з надр Іо внаслідок вулканічної діяльності, захоплюються магнітним полем і перекочовують на магнітні полюси Юпітера. Саме ці заряджені частинки, спочатку прискорені магнітним полем між супутником та планетою, гальмуються поблизу магнітних полюсів планети й спричиняють видиме полярне сяйво Юпітера. Щоб дослідити цей унікальний механізм, співробітники НАСА обладнали «Юнону» такими спеціалізованими приладами:

  • Jovian Aurora Distribution Experiment (JADE) — призначений для дослідження полярного сяйва на Юпітері. Складається з трьох детекторів електронів та одного детектора позитивно заряджених частинок (JEDI)[11].
    • Energetic Particle Detector (JEDI) — прилад, що реєструє енергетичні позитивно заряджені частинки; буде фіксувати розподіл іонів водню, гелію, кисню, сірки та інших над полюсами й поблизу них.
  • Radio and Plasma Wave Sensor (WAVES) — радіо-спектрометр для дослідження випромінювання плазми та радіоджерел в області полярного сяйва поблизу магнітних полюсів Юпітера.
  • UV spectrograph (UVS) — спектрограф ультрафіолетового випромінювання, — проводитиме картографію джерел ультрафіолетового випромінювання та фіксуватиме їх спектральні особливості; призначений для спектрального спостереження ультрафіолетового випромінювання з ділянок полярного сяйва на Юпітері.
Внутрішня структура
  • Gravity Science Experiment (GCE) — шляхом вимірювання гравітаційного поля, побудувати модель розподілу маси у зовнішніх шарах Юпітера.
Зйомка поверхні
  • JunoCam (JCM) — триколірна відеокамера-телескоп, яка працює у діапазоні видимого світла. Вона призначена для навчальних цілей і для ознайомлення широкого загалу з результатами відеозаписів поверхні Юпітера відзнятих з висоти орбіти «Юнони». Унаслідок впливу магнітного поля та жорсткого випромінювання передбачалося, що камера зможе працювати лише впродовж приблизно перших семи обертів «Юнони» навколо планети.

Забезпечення енергією

Інтенсивність сонячного світла на Юпітері у 25 разів менша, ніж на Землі. Тому попередні апарати, що досліджували Юпітер, живилися енергією радіоізотопних термоелектрогенераторів з оксидом плутонію-238. На «Юноні» натомість встановлено три високоефективні сонячні батареї розміром ≈ 2 × 9 м, вкриті 18 тисячами сонячних фотоелементів. На орбіті Юпітера вони вироблятимуть потужність близько 400 Вт. «Юнона» стала першим апаратом на сонячних батареях, який перебуває так далеко від Сонця, і першим апаратом такого типу, що вивчає Юпітер. Оскільки апарат живиться лише сонячною енергією, то його панелі завжди буде обернено до Сонця і «Юнона» ніколи не заходитиме в тінь Юпітера[12].

Запуск

Зонд масою 3,6 тонни було виведено у космічний простір 5 серпня 2011 року з космодрому на мисі Канаверал ракетою-носієм Atlas V у найпотужнішій конфігурації 551: із п'ятьма твердопаливними прискорювачами та розгінним блоком «Кентавр».

Через велику масу «Юнони» її запустили до Юпітера не безпосередньо, а по складній траєкторії з низкою гравітаційних маневрів.

Плановий час польоту до Юпітера становив 5 років, орієнтовна дата виходу на орбіту — серпень[відсутнє в джерелі] 2016 р[12]. Фактично апарат досяг Юпітера 4-го липня 2016 року[13].

Хронологія польоту
Світлини Південної Америки, зроблений камерою «Юнони», коли вона здійснювала обліт Землі в жовтні 2013 року

30 серпня 2012 року на відстані 483 млн км від Землі була виконана перша корекція траєкторії польоту. Маршовий двигун LEROS-1b було ввімкнено на 29 хвилин 39 секунд, під час маневру було витрачено 376 кілограмів палива.[14].

14 вересня 2012 року о 15:30 UTC, коли апарат перебував за 480 млн км від Землі, була виконана друга корекція орбіти[15]. Головний двигун пропрацював близько 30 хвилин і витратив 376 кг палива. Після виконання маневру швидкість зонду змінилася на 388 м/с[16]. Обидві корекції були виконані для проведення гравітаційного маневру з обльотом Землі, запланованого на 9 жовтня 2013 року[14].

До лютого 2013 року апарат подолав відстань в 1 млрд км.[значущість факту?]

17 березня 2013 року «Юнона» перетнула орбіту Марса і попрямувала в напрямку Землі.

З 29 травня 2013 року станція перебувала у фазі польоту, яка отримала назву Inner Cruise 3; вона тривала до листопада 2013 року[17].

9 жовтня 2013 року «Юнона» здійснила гравітаційний маневр біля Землі за 559 км від її поверхні для прискорення апарата[18]. Збільшення швидкості КА після гравітаційного маневру становило 7,3 км/с; швидкість КА після прискорення склала 40 000 км/год[джерело?]. Також було здійснено тестування наукового обладнання: основні прилади на борту працювали і потім передали інформацію про магнітосферу Землі. Під час заходу в тінь сталася нештатна ситуація: зонд перейшов у так званий «безпечний режим» (safe mode), який передбачає відключення другорядного обладнання. Крім того, апарат автоматично розвернувся так, щоб його сонячні батареї збирали максимальну кількість світла. Перемикання в безпечний режим не вплинуло на траєкторію космічного зонда[19]. Проблему вдалося повністю усунути 17 жовтня. Під час зближення із Землею «Юнона» зробила фотографії узбережжя Південної Америки й Атлантичного океану; також була зроблена світлина Юпітера (на той час відстань до нього становила 764 млн км). Наступні знімки планувалося зробити тільки в липні 2016 року, після виходу зонда на орбіту Юпітера[джерело?].

4 липня 2016 року після складного маневру гальмування «Юнона» вийшла на орбіту Юпітера[9][20].

В останні дні серпня 2016 Юнона здійснила проліт на максимально близькій відстані від планети — зонд рухався на відстані 4,2 тисячі км від верхнього шару атмосфери Юпітера. Раніше жоден космічний апарат не підходив так близько до планети під час основного етапу досліджень. На цій початковій орбіті апарат мав перебувати протягом 107 днів (два оберти)[9].

19-го жовтня 2016 року Юнона мала здійснити останній маневр для виходу на заплановану орбіту. Вмикання двигуна в перийовії мало скоротити період обертання з 53 днів до запланованих 14[21]. Однак двигун не ввімкнувся, оскільки два контрольних гелієвих клапани, які є частиною системи подачі палива для головного двигуна, не працювали належним чином. Щоб уникнути ризику пошкодження обладнання внаслідок вмикання несправного двигуна, НАСА ухвалила рішення залишити апарат на орбіті з періодом 53 доби. Бюджет місії дозволяв експлуатацію до липня 2018 року[22]. На довшій орбіті зонд зазнає́ меншого радіаційного впливу, що було головним обмеженням тривалості роботи апарату[23].

  • Фотографії, зроблені під час проходження 26 серпня 2016
  • Північний полюс Юпітера.
  • Південний полюс Юпітера
  • Інфрачервоне зображення полярного сяйва.

Продовження місії

У червні 2018 року НАСА розглянула попередні результат місії та питання про її продовження. На той час апарат завершував тринадцятий оберт, обладнання працювало нормально. Оскільки перебування на довшій орбіті (з періодом обертання 53 доби порівняно з початково запланованим, 14-денним) потребувало більше часу для збирання даних, було ухвалено продовження місії до липня 2021 року. Довша орбіта має деякі переваги, оскільки дозволяє одночасно вивчити й віддалені ділянки магнітосфери Юпітера, зокрема — його магнітопаузу. Фінансування передбачено до 2022 року, коли очікується завершення обробки отриманих даних[24].

У січні 2021 Аерокосмічне управління США продовжило[25] дослідницьку місію міжпланетної автоматичної станції Juno до вересня 2025 року, або до того часу, коли апарат "помре" через сильну радіацію в районі Юпітера. Апарат, який був налаштований під збір даних переважно про газовий гігант (про гравітаційне і магнітне поля, внутрішню будову), буде досліджувати систему "Юпітер + його кільця + найбільші Галілеєві супутники. Схвалена розширення місії передбачає 42 додаткових витка навколо найбільшої планети Сонячної системи, включаючи близькі прольоти над північними полярними циклонами Юпітера, а також проходи близько Іо, Ганімеда, Європи і перше велике дослідження слабких кілець планети.

Примітки
  1. Juno Mission to Jupiter. NASA. 04/09. с. 2. Архів оригіналу за 14 липня 2013. Процитовано 5 квітня 2011.
  2. SpaceRef.Com (6 мая 2007). Statement of Alan Stern before the Subcommittee on Space and Aeronautics, House Committee on Science and Technology (англ.). Архів оригіналу за 24 серпня 2011. Процитовано 27 травня 2007.
  3. мається на увазі завершення фази «B» (Phase B) у стандартному процесі реалізації проектів НАСА (див. )
  4. NASA Juno spacecraft will target Jupiter (англійською). NetworkWorld.com. 6 квітня 2010. Архів оригіналу за 24 серпня 2011. Процитовано 25 березня 2011.
  5. Juno Marches On (англійською). NASA. 22 березня 2011. Архів оригіналу за 24 серпня 2011. Процитовано 25 березня 2011.
  6. NASA Selects New Frontiers Mission Concept Study (англійською). NASA Jet Propulsion Laboratory. 1 червня 2005. Архів оригіналу за 24 серпня 2011. Процитовано 25 березня 2011.
  7. NASA Moving Ahead with 2011 Juno Mission to Jupiter (англійською). Spacenews (Space.com). 9 грудня 2008. Архів оригіналу за 24 серпня 2011. Процитовано 25 березня 2011.
  8. Page Editor: Tony Greicius; NASA Official: Brian Dunbar (5 травня 2016). Juno Overview. National Aeronautics and Space Administration. Процитовано 27.04.2017.(англ.)
  9. П`ятирічна подорож на Юпітер. TCH. Процитовано 27.04.2017.
  10. Triaxial Low Field Helium Magnetometer — Mariner 5 mission National Space Science Data Center, NASA
  11. Juno Spacecraft: JADE Ion instrument. Процитовано 9.05.2017.
  12. НАСА запустило безпілотну місію на Юпітер
  13. Космічний апарат Juno досяг Юпітера. ЗУНР.ІНФО. Процитовано 5 липня 2016.
  14. NASA’s Jupiter-Bound Juno Changes its Orbit (англ.). NASA. 30 серпня 2012. Архів оригіналу за 24 листопада 2012. Процитовано 20 листопада 2012. «The deep-space maneuver began at 6:57 p.m. EDT (3:57 p.m. PDT) today, when the Leros-1b main engine was fired for 29 minutes 39 seconds. Based on telemetry, the Juno project team believes the burn was accurate, changing the spacecraft's velocity by about 770 mph (344 meters a second) while consuming about 829 pounds (376 kilograms) of fuel.»
  15. Deep Space Maneuver (англ.). NASA. 14 вересня 2012. Архів оригіналу за 24 листопада 2012. Процитовано 20 листопада 2012.
  16. Ильин А. (2012). Манёвры «Юноны». Новости космонавтики (англ.) (368). Процитовано 20 листопада 2012.[недоступне посилання]
  17. Juno Position & Status. 7 червня 2013. Архів оригіналу за 13 червня 2013. Процитовано 13 вересня 2015.
  18. Зонд «Джуно» вернулся к нормальной работе, пролетев мимо Земли. РИА Новости. 12 октября 2013. Процитовано 12 жовтня 2013.
  19. Juno spacecraft resumes full flight operations on its way to Jupiter
  20. Beutel, Allard (5 липня 2016). NASA's Juno Spacecraft in Orbit Around Mighty Jupiter. Процитовано 5 липня 2016.
  21. Maddie Stone (17/10/2016 9:01). Something Went Wrong With the Juno Spacecraft's Engine. Gizmodo. Процитовано 26.04.2017.(англ.)
  22. Dwayne Brown, Laurie Cantillo, DC Agle (Feb. 17, 2017 RELEASE 17-018). NASA’s Juno Mission to Remain in Current Orbit at Jupiter. NASA. Процитовано 27.04.2017.(англ.)
  23. Brown, Dwayne; Cantillo, Laurie; Agle, D. C. (17 лютого 2017). NASA's Juno Mission to Remain in Current Orbit at Jupiter (прес-реліз). NASA. Процитовано 13 березня 2017. (англ.)
  24. NASA Re-plans Juno’s Jupiter Mission. NASA. 7 червня 2018. Процитовано 19 квітня 2019.
  25. NASA's Juno Mission Expands Into the Future // Jan 13, 2021

Посилання
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.