«Юнона» у Юпитера: миссия Juno приступает к работе

Через считанные часы в небе над крупнейшей планетой Солнечной системы появится новый искусственный спутник. Зонд Juno был запущен с Земли еще в 2011 году и лишь теперь добрался до цели своего долгого путешествия. После короткой подготовки он приступит к работе, если, конечно, ему удастся выдержать условия, в которых не работал еще никто.

Непосредственным предшественником Juno называют аппарат Galileo, который в 1995 году даже сбросил в густую атмосферу Юпитера спускаемый зонд. Его успешная миссия продолжалась до 2003 года, но, конечно, всех загадок планеты не раскрыла. Особенно ученых интересуют ее самые глубокие недра: до сих пор неизвестно, имеется ли у газового гиганта оформленное ядро и что происходит там при огромной температуре и колоссальном давлении. Кроме того, «запертое» там вещество способно многое рассказать о том, в какой области Солнечной системы Юпитер сформировался и как повлияло его движение на формирование мелких планет, включая Землю.

Исследовать недра Юпитера совсем непросто: его плотная, горячая и облачная атмосфера уходит вниз на тысячи километров, надежно укрывая все происходящее ниже. Но Juno подготовлен к этой задаче. Если все пройдет по плану, он сможет заглянуть в атмосферу гиганта так глубоко, как ни один предыдущий зонд и ни один из наземных телескопов. После пятилетнего перелета аппарат совершит серию маневров, выходя на орбиту, проходящую над полюсами Юпитера, всего в 5 тыс. км над верхней кромкой облаков. Бортовые инструменты проведут точные измерения гравитационного и магнитного поля планеты, которые и нужны ученым для того, чтобы понять устройство юпитерианских недр. Однако для этого Juno предстоит выдержать серьезные испытания.

Первая автоматическая космическая станция прибыла в окрестности Юпитера в 1973 году – это был зонд Pioneer 10, который пролетел мимо него по пути к самым далеким и глухим областям Солнечной системы и был сильно поврежден радиацией (о чем мы еще расскажем ниже). Годом позже почти тем же путем проследовал Pioneer 11, а весной и летом 1979 года Юпитер посетили аппараты Voyager 1 и 2, которые обнаружили океан под поверхностью Европы, одного из спутников планеты. Следующий визитер объявился только в 1995 году, это был уже знакомый нам зонд Galileo, проработавший около 8 лет. Таким образом, Juno будет шестым гостем на Юпитере и вторым орбитальным аппаратом над газовой планетой.

Он был запущен 5 августа 2011 года с космодрома имени Кеннеди на мысе Канаверал на борту ракеты Atlas V551 с разгонным блоком Centaur. К 4 июля 2016-го Juno преодолел 2,8 млрд км и за время работы «накрутит» вокруг Юпитера еще около 500 млн.

Запланированная продолжительность работы миссии – 20 месяцев. Данный предел ей ставит выносливость бортовых систем зонда. Магнитное поле Юпитера в десятки тысяч раз мощнее земного, оно улавливает огромное количество заряженных частиц и разгоняет их до приличных скоростей. Эти частицы будут постоянно бомбардировать аппарат, со временем неизбежно приводя к деградации даже самой надежной техники. Впрочем, электроника Juno исключительно устойчива к этому воздействию. Ключевые элементы – прежде всего система управления и питание – скрыты защитными 8-миллиметровыми пластинами из титана.

На этот блок приходится около 200 кг веса более чем 3,6-тонного аппарата. В общую стартовую массу также включены 1,3 т топлива (гидразина) и 752 кг окислителя. На момент прибытия к Юпитеру на борту Juno осталось 810 кг гидразина и 420 кг окислителя, половина которых будет сожжена в первые полчаса в ходе ключевых маневров. Общая стоимость проекта составила 1,13 млрд долларов.

Главный компьютер зонда – одноплатный BAE Systems RAD750, разработанный специально для работы в условиях космоса и повышенного радиационного фона. Он уже доказал свою надежность, работая во множестве других миссий, хотя большой производительностью не отличается. Компьютер использует всего 128 Мб оперативной памяти DRAM и несет еще 256 Мб флэш-памяти для временного и экстренного хранения данных: ожидается, что Juno будет передавать информацию без задержки на Землю.

На борту аппарата действует десяток научных приборов, включая микроволновый радиометр MWR для изучения глубинных слоев атмосферы; магнитометр FGM и компас ASC для картирования магнитного поля; инструменты JADE и WAVES для наблюдений за полярными сияниями; детектор заряженных частиц JEDI; датчик GCT для измерений гравитационного поля и, конечно, камеру JunoCam.

Juno станет самым далеким от Солнца космическим аппаратом, получающим питание от солнечных батарей. Три панели могут выдавать почти 500 Вт, несмотря на удаление от звезды. Рекордсменом Juno стал еще в январе, оказавшись от Солнца в 793 млн км и побив планку, установленную ранее европейским зондом Rosetta.

При ширине панелей солнечных батарей в 2,65 м и длине в 9 м аппарат накрывает площадь, сравнимую с площадью баскетбольного поля. В общей сложности он несет почти 19 тыс. ячеек фотоэлементов, которые у Земли производили бы не так уж и мало – около 14 КВт.

Для дополнительной стабилизации аппарата в пространстве Juno будет постоянно вращаться вокруг собственной оси, совершая в среднем 2 оборота в минуту. Помимо этого такое вращение позволит полю зрения его инструментов медленно отсматривать верхние слои атмосферы, за каждый оборот вокруг планеты обегая ее «взглядом» около 400 раз. Это позволило упростить и облегчить его конструкцию, отказавшись от систем наведения для приборов.

После прибытия к Юпитеру Juno потребуется еще примерно 107 суток на то, чтобы окончательно лечь на рабочую орбиту. Неторопливое движение с активным использованием гравитации планеты позволит практически не тратить топливо и энергию для захода на цель. Впрочем, драгоценного времени у далекой планеты ученые терять не собираются. За эти месяцы будет проведена калибровка инструментов и уже начнутся научные наблюдения.

Орбита, проходящая над полюсами планеты, идеальна для охвата и картографирования всей ее поверхности. Пока аппарат движется с севера на юг и обратно, Юпитер под ним будет вращаться с востока на запад, подставляя приборам то один, то другой бок. К сожалению, такая орбита исключительно опасна: в окрестностях полюсов скапливается особенно много заряженных частиц. Поэтому Juno будет двигаться по сильно вытянутой траектории, лишь ненадолго и быстро снижаясь до 5 тыс. км в перигее, а в апогее уходя аж на 1,9 млн км – дальше орбиты спутника Юпитера Каллисто. Кроме того, по расчетам NASA, такая орбита обеспечит постоянный поток излучения для солнечных батарей.

Под действием мощной гравитации Юпитера Juno, вращаясь вокруг него, будет в определенные моменты набирать более 200 тыс. км/ч, становясь самым быстрым рукотворным объектом в мире. Впрочем, ненадолго: на других участках своей орбиты аппарат будет двигаться намного медленнее.

На борту Juno без какого-либо комфорта разместились три пассажира – алюминиевые человечки, выполненные в стилистике мини-фигурок Lego, которые «призваны вдохновлять детей к увлечению наукой, технологиями, инженерией и математикой». Великолепную тройку составили древнеримский Юпитер и его супруга Юнона, в честь которой назван аппарат, а также Галилео Галилей, первооткрыватель четырех крупнейших спутников планеты.

По завершении работы последним заданием Juno будет красиво умереть. Многие ученые вполне всерьез подозревают, что под ледяной корой крупного спутника Юпитера Европы скрывается вполне подходящий для жизни жидкий океан воды. Некоторые надежды на обнаружение жизни связывают и с другими спутниками – Ганимедом и Каллисто. В любом случае, никто не хочет рисковать даже малым шансом на то, что сюда попадут какие-то земные микробы. Чтобы увести потенциальный источник загрязнения подальше прочь, Juno должен умереть. В конце – как ожидается, 20 февраля 2018 г. – он совершит последний маневр и за 5,5 дней снизится и погибнет в атмосфере Юпитера, до последней секунды передавая на Землю бесценные научные данные.