Місія JUICE. Польські вчені в команді дизайнерів. «Ми виходимо на рівень, коли ми вже не просто субпідрядники»

13 квітня одна з найбільших місій Європейського космічного агентства – Jupiter Icy Moon Explorer (JUICE) має стартувати до Юпітера. Він має надати детальну інформацію про три великі супутники – Каллісто, Європу та Ганімед, про всю систему Юпітера. З цього ми зможемо зрозуміти, як утворилася Сонячна система та інші планетарні системи. Про місію, її цілі та роботу польських спеціалістів говорили проф. доктор хаб. Ханна Роткаль, керівник відділу фізики плазми Центру космічних досліджень Польської академії наук (CBK PAN) та магістр інж. Конрад Скуп з Лабораторії супутникових застосувань FPGA (Field Programmable Gate Array) CBK PAN.

Спецпрограма та трансляція старту місії JUICE з 14.00 на TVN24 BIS та TVN24 GO.

>>> Детальніше: JUICE Mission. Сьогодні Європа відправить свій зонд до Юпітера

проф. доктор хаб. Hanna Rothkaehl очолила польську групу, яка бере участь у роботі над одним із ключових дослідницьких інструментів зонду – RPWI (Radio & Plasma Wave Investigation – прилад для прийому радіо- та плазмових хвиль). У свою чергу, м.с.н. Конрад Скуп є виконавчим менеджером польського проекту, який є частиною роботи над SWI (Sub-milimeter Wave Instrument).

Як зазначив Роткаль, місія JUICE є справжнім проривом.

– Система Юпітера схожа на малу планетну систему. Тому його дослідження надасть багато інформації про те, як працюють і формуються планетарні системи, включаючи Сонячну систему. Серед іншого, ми будемо вивчати електромагнітні явища, такі як магнітний вплив мантії Юпітера, яка захищає всю систему від сонячного випромінювання, – сказала вона. За словами дослідника, також дуже важливо вивчати його супутники. – Раніше їх вважали простими скелястими утвореннями без внутрішньої структури. Однак виявляється, що вони мають складну будову – у них є вулкани, крижані структури, потужні джерела термальної рідини, приховані води океанів. Зонд буде дистанційно вивчати, в тому числі, ці океани, а також атмосферу, іоносферу, магнітосферу супутників, – додала вона.

Скуп зазначив, що кожен із супутників Юпітера, які були обрані цілями місії, має свої особливості, і водночас є дуже загадковим. – Європа – це місяць, покритий товстим шаром льоду в кілька сотень метрів, можливо, кілька кілометрів. Під поверхнею цього льоду знаходиться вода. Чи може бути життя в цій воді? Можливо, гейзери, які виходять з його поверхні, допоможуть нам відповісти на це питання. Ганімед — найбільший супутник Сонячної системи, більший за планету Меркурій. На її поверхні є льодовики, а під ними, можливо, річки, моря чи океани, як у Гренландії. Решта його поверхні – скелі. Питання в тому, з чого вони зроблені? Нарешті, Каллісто, дуже темний місяць, але в той же час прекрасний. Чому його поверхня темна? Звідки він взявся і з чого складається? Це вуглець чи якась інша хімія? І, нарешті, чому всі ці супутники так різко відрізняються один від одного, хоча вони обертаються навколо однієї планети? він сказав.

Велика частина місії буде присвячена ретельному вивченню Ганімеда. Є навіть плани вийти на його орбіту. Як пояснив Роткаль, це особливо цікавий об’єкт для дослідження, оскільки він, ймовірно, має рідке ядро, магнітосферу, іоносферу, атмосферу, а навколо нього виникають струми, що прискорюють частинки, в тому числі величезну кількість пилу. – Це також важлива інформація, яка розповість нам багато про те, як працює наша Сонячна система, і ми краще зрозуміємо фізичні процеси, що відбуваються на Сонці та інших зірках. Ганімед також є найбільшим супутником Сонячної системи. Наразі планується дослідження Місяця, наступною зупинкою людства стане Марс. Однак пізніше на Ганімеді, ймовірно, будуть побудовані бази, які дозволять досліджувати ще більший космос, – сказала вона.

Команда вчених, до складу якої входили Роткаль і Скуп, працювала над інструментом під назвою Radio & Plasma Wave Investigation. Його завданням буде вивчення електромагнітного поля пилу, який оточує окремі супутники. Завдяки вимірюванням дослідники сподіваються дізнатися більше про поверхню планети, властивості океанів і розгадати таємниці окремих іоносфер, атмосфер і магнітосфер. Пристрій може виявляти «можливі хімічні речовини, пов’язані з життям, присутні, наприклад, в атмосфері Місяця». Як зазначив Роткаль, Ганімед має бути досліджений зокрема. Це буде остання точка місії, тому що там він ось-ось впаде. – З цієї причини він повинен пройти процедури стерилізації та тести. Йдеться про те, щоб виключити ризик того, що цільовий об’єкт буде “заражений” земними формами життя, сказала вона.

Робота над інструментом була нелегкою справою.

– Спочатку ставляться цілі дослідження для всієї місії, потім розробляється програма, як досягти цих цілей з урахуванням фізичних параметрів середовища. Для цього розраховується орбіта, кількість необхідного палива. Що стосується нашого приладу, то спочатку ми повинні були визначити цілі вимірювань, як їх проводити, як кодувати дані. Ми побудували послідовні моделі приладу та випробували їх спочатку на Землі, потім на борту супутника. Вам потрібно усунути всі перешкоди та мати 100% гарантію безвідмовної роботи. Якщо під час місії щось зламається, полагодити вже буде неможливо, і зонд летітиме до Юпітера понад 7,5 років. Крім того, він пройде через багато гравітаційних допоміжних сил і може досягти температури 300 градусів Цельсія поблизу Венери та -200 градусів в інших місцях. Це ще не все – в системі Юпітера є потужне випромінювання, тому всі бортові системи повинні бути захищені від нього, – сказав дослідник. Вона зазначила, що найважче було зв’язати всі системи та усунути все, що могло їм заважати. У деяких випадках випробування тривали кілька років. Над усією системою працювали десятиліття.

Другий прилад, розроблений в ЦБК, це так званий SWI (Sub-millimeter Wave Instrument – ​​прилад для спостереження в субміліметровому діапазоні хвиль). Його створили за підтримки фахівців Німецького космічного агентства. Йдеться про радар, який проводитиме дослідження за допомогою міліметрових хвиль. – Завдяки ньому ми дізнаємося, з чого складається атмосфера Юпітера, чи є в гейзерах Європи органічні частинки, що вказують на те, що під її поверхнею є життя, і дізнаємося, що таке льодовики на поверхні Ганімеда. зроблені з. Інструмент також проллє світло на склад поверхні супутників Юпітера, сподіваючись, виявить, що таке таємнича темна речовина на поверхні Каллісто. Це, безумовно, здивує нас кількома іншими відкриттями», — пояснив Скуп.

Польська частина команди відповідала за проектування, виготовлення та випробування трьох підсистем: бортового комп’ютера для приладу, бортової системи живлення для приладу та радіатора, тобто – як пояснив учений – «а спеціальна пластина розміром із лицарський щит, розміщена поза супутником і спрямована на випромінювання тепла, яке генерує прилад, щоб детектори працювали при мінімально можливій температурі».

– Проект, безсумнівно, був важким. З одного боку, SWI є одним із найбільших інструментів на борту JUICE, складним, у якому нам довірили завдання впровадження не менш складних підсистем. Ми використовували деякі рішення з наших попередніх проектів, наприклад STIX у рамках місії Solar Orbiter або Cassis на борту ExoMars. Для інших нам довелося прийти повністю з нуля, – додав Скуп.

Обидва дослідники погодилися, що роль Польщі в космічних дослідженнях неоціненна. JUICE – лише наступний крок до нових програм.

«Під час роботи з ESA вам потрібно спочатку випробувати себе в менших проектах, щоб завоювати довіру та мати можливість подавати заявки на більші програми та більшу відповідальність». Раніше ми вже мали певну репутацію – наші прилади відправляли в космос ще у 1980-х роках, але зараз для нас відкриті найбільші програми, – зазначив дослідник. – Зараз ми входимо в той етап, коли ми вже не просто субпідрядники, а починаємо виконувати роль координаторів і головних підрядників. Можливо, колись поляки матимуть ще більше значення – наприклад, керуватимуть цілою місією. Ми вже вийшли в суперлігу, на яку розраховуємо, – підсумувала вона.