Юнона (космический аппарат)

Юнона ( англ. Juno , Также Jupiter Polar Orbiter) - автоматическая межпланетная станция, созданная НАСА в рамках программы New Frontiers (второй проект этой программы) для исследования Юпитера. 5 августа 2011 года НАСА запустило "Юнона" в открытый космос с целью вывести в дальнейшем аппарат на орбиту Юпитера. Поскольку основная задача автоматической межпланетной станции заключается в исследовании магнитного поля Юпитера, природы его полярного сияния, что обусловлено потоком заряженных частиц со спутника Юпитера Ио, то орбита "Юноны" пролегать над магнитными полюсами планеты. Среди других целей миссии является проверка гипотезы наличия у Юпитера твердого ядра путем измерения вариаций гравитационного поля планеты, исследования атмосферы планеты - определение содержания в ней воды и аммиака, а также изучение ее турбулентности и постоянных ураганов вроде Большого красного пятна.

Станцию ​​назвали в честь персонажа греко-римской мифологии богини Юноны, супруги Юпитера. По легенде, Юпитер часто напускал облака вокруг себя, чтобы скрыть причиненный им вред. И только жена Юнона могла видеть сквозь эти облака все тайны Юпитера.


1. Проектирование и подготовка

В июне 2005 года миссия находилась в стадии предварительного проектирования. Строительство аппарата осуществляла компания Lockheed Martin Space Systems под управлением Лаборатории реактивного движения НАСА. Председатель директората научных программ НАСА Алан Штерн в мае 2007 заявил [2], что в 2008 финансовом году будет закончено фазу предварительного проектирования и достигнуто состояние готовности проекта к реализации [3].

Юнона на стадии конструирования: тесты на вращательном стенде

В процессе работ при разработке некоторых компонентов "Юноны" был продлен по сравнению с запланированными сроками. Одной из причин задержки стало землетрясение в Центральной Италии 2009 года, который нанес повреждения завода, который производил компоненты АМС [4].

13 марта 2011 на испытательном стенде Lockheed Martin Space Systems "Юнона" успешно прошла двухнедельные температурные испытания в вакуумной камере [5].


1.1. Стоимость

На начальном этапе проектирования, в 2005 году, планировалось, что стоимость миссии не превысит 700 миллионов долларов США при условии, что запуск будет осуществлен не позднее 30 июня 2010 [6]. Однако, впоследствии сумму расходов был увеличен. В декабре 2008 года было заявлено, что с учетом инфляции и переноса запуска на август 2011 года, общий бюджет миссии несколько превысит 1 миллиард долларов [7].

2. Запуск

Запуск "Юноны"

Зонд массой 3,6 тонны был выведен в космическое пространство 5 августа 2011 года с космодрома на мысе Канаверал ракетой-носителем Atlas V 551, самой мощной из имеющихся в распоряжении НАСА, вместе с разгонным блоком "Кентавр".

Время полета к Юпитеру составит 5 лет, ориентировочная дата выхода на орбиту - август 2016 [8].

В отличие от предыдущих аппаратов, исследовавших Юпитер и имели радиоизотопные термогенератора для обеспечения энергией, на "Юноне" стоять три высокоэффективные солнечные батареи размером ≈ 2 ? 9 м. Общая мощность, вырабатываемая - 400 Вт. "Юнона" станет первым аппаратом на солнечных батареях, предназначенным для изучения удаленного от Солнца Юпитера, и первым зондом на солнечных батареях, который полетит так далеко от Солнца. Интесивнисть солнечного света на Юпитере в 25 раз меньше, чем на Земле. Поэтому космические миссии туда обычно используют ядерные батареи с плутония. "Юнона" же имеет три огромные панели, покрытые 18 тысячами солнечных фотоэлементов. Поскольку аппарат питается только солнечной энергией, то его панели всегда будет обратно к Солнцу, и "Юнона" никогда не заходить в тень Юпитера. [8]


3. Миссия

Орбитальная траектория "Юноны", засечки проставлены с интервалом в 30 дней

НАСА запустило "Юнона" с целью в дальнейшем вывести аппарат на орбиту Юпитера. Зонд запланировано направить на вытянутую полярную орбиту с периодом обращения около 11 суток, с максимальным приближением к планете меньше 5000 км. В течение планируемого года работы аппарат должен сделать 33 оборота вокруг газового гиганта, собирая данные с помощью девяти приборов, среди которых СВЧ-радиометр, магнитометр, детектор частиц, спектрографы и камера. Поскольку основная задача автоматической межпланетной станции заключается в исследовании магнитного поля Юпитера, природы его полярного сияния, что обусловлено потоком заряженных частиц со спутника Юпитера Ио, то орбита "Юноны" пролегать над магнитными полюсами планеты.

Среди других целей миссии:

  • исследования внутреннего строения гиганта, распределения массы в его недрах, проверка гипотезы наличия у Юпитера твердого ядра путем измерения вариаций гравитациного поля планеты, определения этого ядра
  • исследования атмосферы планеты - определения в ней содержания воды и аммиака (эти величины помогут ученым скорректировать теорию формирования планет),
  • а также изучение турбулентности атмосферы и постоянных ураганов вроде Большого красного пятна.

На борту в космос отправились не только научные приборы, но и несколько необычных предметов. Так, на борту "Юноны" путешествовать три фигурки " Лего ": Юпитера, Юноны и Галилея. Кроме этого на аппарат наклеена табличка с изображением самого ученого.

В истории NASA это 9-миссия по изучению Юпитера. "Юнона" предназначена стать первым космическим аппаратом, который должен выйти на орбиту вокруг крупнейшей планеты Солнечной системы для его постоянного всестороннего изучения.

"Юнона" - это вторая миссия НАСА по так называемой программы "Новые горизонты" (New Frontiers). Первую миссию запущен 2006 года в Плутона, и она должна достичь цели 2015 года.


3.1. Характеристика инструменты

Оборудование "Юноны"
Структура атмосферы
  • MWR (Microwave Radiometer) - микроволновый радиометр, который фиксирует излучение с длиной волны 1,3-50 сантиметров, состоит из шести отдельных радиометров; основная цель - исследование глубоких слоев атмосферы Юпитера путем измерения теплового излучения из его недр. MWR должно помочь ответить на вопрос, как формировался Юпитер, а также о том, насколько глубоко происходит циркуляция атмосферы, обнаруженная космическим аппаратом Галилео. Радиометр исследует количество аммиака и воды в атмосфере
Магнитное поле

Исследование магнитного поля включает в себя следующие три направления: проведение картографии (картирование) магнитного поля, определение динамики внутренних слоев Юпитера, движение которых генерирует наблюдаемую конфигурацию магнитного поля планеты, и реконструкция трех мерной структуры магнитосферы Юпитера непосредственно на и у его магнитных полюсов. Согласно указанным целями борт Юноны оборудован следующими приборами:

  • Flux Gate Magnetometer (FGM) - измеряет напряженность на направление магнитного поля непосредственно на самой станции. С его помощью можно проводить картографию трехмерной структуры магнитного поля по мере вращения Юноны по орбите вокруг Юпитера.
  • Scalar Helium Magnetometer (SHM) - измеряет напряженность на направление магнитного поля на отдельных участках видимой поверхности планеты используя зависимость поглощения поляризованного инфракрасного света возбужденными ионами гелия от конфигурации окружающего магнитного поля. [9]
  • Advanced Stellar Compass (ASC) - прибор для определения ориентации станции по отношению к удаленным зрение.
Программа исследования магнитосферы на полюсах.
Фотография полярного сияния на магнитном полюсе Юпитера снята космическим телескопом Хаббл в ультрафиолетовых лучах.

Полярное сияние на участке магнитных полюсов Юпитера имеет природу, отличную от земной полярного сияния. Линии магнитного поля Юпитера замыкаются на линии магнитного поля его спутника Ио, известного также своей вулканической активностью. Электрически заряженные частицы, выбрасываемые из недр Ио результате вулканической деятельности, захватываются магнитным полем и перекочевывают на магнитные полюса Юпитера. Именно эти заряженные частицы, сначала ускоренные магнитным полем между спутником и планетой, тормозятся вблизи магнитных полюсов планеты и вызывают видимое полярное сияние Юпитера. Чтобы исследовать этот уникальный механизм, сотрудники НАСА оборудовали борт "Юноны" следующими специализированными приборами:

  • Jovian Aurora Distribution Experiment (JADE) - предназначен для исследования полярного сияния на Юпитере.
  • Energetic Particle Detector (JEDI) - прибор, регистрирующий энергетические частицы, будет фиксировать распределение ионов водорода, гелия, кислорода, серы и других над полюсами и вблизи них.
  • Radio and Plasma Wave Sensor (WAVES) - радио- спектрометр для исследования излучения плазмы и радиоисточников в области полярного сияния вблизи магнитных полюсов Юпитера.
  • UV spectrograph (UVS) - спектрограф ультрафиолетового излучения, - проводить картографию источников ультрафиолетового излучения и фиксировать их спектральные особенности; предназначен для спектрального наблюдения ультрафиолетового излучения с участков полярного сияния на Юпитере.
Внутренняя структура
  • Gravity Science Experiment (GCE) - путем измерения гравитационного поля, построить модель распределения массы в наружных слоях Юпитера.
Съемка поверхности
  • JunoCam (JCM) - трехцветная видеокамера -телескоп, работающий в области видимого света. Она предназначена для учебных целей и для ознакомления широкой публики с результатами видеозаписей поверхности Юпитера отснятых с высоты орбиты Юноны. В результате вредного для видеокамеры влияния магнитного поля и жесткого излучения со стороны Юпитера, она сможет работать только в течение примерно семи орбитальных оборотов Юноны вокруг планеты.

4. Сноски

  1. "Juno Mission to Jupiter". NASA. 04/09. с. 2 . Проверено April 05, 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.)? . Проверено 27 мая 2007 .
  3. подразумевается завершение фазы "B" (Phase B) в стандартном процессе реализации проектов НАСА (см. [1])
  4. "NASA Juno spacecraft will target Jupiter" (на английском). NetworkWorld.com. 6 апреля 2010 . Проверено 2011-03-25 .
  5. "Juno Marches On" (на английском). NASA. 22 марта 2011 . Проверено 2011-03-25 .
  6. "NASA Selects New Frontiers Mission Concept Study" (на английском). NASA Jet Propulsion Laboratory. 1 июня 2005 . Проверено 2011-03-25 .
  7. "NASA Moving Ahead with 2011 Juno Mission to Jupiter" (на английском). Spacenews (Space.com). 9 декабря 2008 . Проверено 2011-03-25 .
  8. а б НАСА запустило беспилотную миссию на Юпитер
  9. Triaxial Low Field Helium Magnetometer - Mariner 5 Mission National Space Science Data Center, NASA