Юнона (космічний апарат)

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук
Юнона
Juno Mission to Jupiter (2010 Artist's Concept).jpg
Художнє зображення автоматичної міжпланетної станції «Юнона» на тлі Юпітера
Основні параметри
Повна назва Jupiter Polar Orbiter
Організація НАСА
Виготівник США Lockheed Martin
Оператор США НАСА
Тип апарата Міжпланетний 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 3625 кг[1]
Потужність 600 Вт
Джерела живлення Сонячні батареї загальною площею 54 м²
Вебсторінка
Вебсторінка SWRI, НАСА

Юнона (англ. Juno, також Jupiter Polar Orbiter) — автоматична міжпланетна станція, створена 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 автоматичної міжпланетної станції 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 наявності 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» стане першим космічним апаратом, який зробить світлини північного та південного полюсів Юпітера. Попереднім космічним місіям не вдавалося сфотографувати полюси Юпітера, також це неможливо зробити із Землі.

Станцію 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[ред.ред. код]

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[ред.ред. код]

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[ред.ред. код]

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

НАСА запустило «Юнону» з метою в подальшому вивести апарат на орбіту Юпітера. Зонд заплановано спрямувати на витягнуту полярну орбіту з періодом обертання близько 11 діб, з максимальним наближенням до планети менше 5000 км. Протягом планованого року роботи апарат має зробити 33 оберти навколо газового гіганта, 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.

Серед інших цілей цієї місії:

  • дослідження внутрішньої будови гіганта, розподілу маси в його надрах, перевірка гіпотези наявності у Юпітера твердого ядра шляхом вимірювання варіацій гравітаціного 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» подорожуватимуть три фігурки «Лего»: Юпітера, Юнони і Галілея. Окрім цього на апарат наклеєно табличку із зображенням самого вченого.

В історії NASA це є 9-та місія з вивчення Юпітера. «Юнона» призначена стати першим космічним апаратом, що має вийти на орбіту навколо найбільшої планети Сонячної системи для його постійного всебічного вивчення.

«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[ред.ред. код]

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[8].
  • 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. 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 борт «Юнони» наступними спеціалізованими приладами:

  • Jovian Aurora Distribution Experiment (JADE) — призначений для дослідження полярного сяйва на Юпітері.
  • Energetic Particle Detector (JEDI) — прилад, що реєструє енергетичні 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 в області видимого світла. Вона призначена для навчальних цілей і для ознайомлення широкої публіки з результатами відеозаписів поверхні Юпітера відзнятих з висоти орбіти «Юнони». Унаслідок шкідливого для відеокамери впливу магнітного поля та жорсткого випромінювання з боку Юпітера вона зможе працювати лише впродовж приблизно семи орбітальних обертів «Юнони» навколо планети.

Запуск[ред.ред. код]

Запуск «Юнони»

Зонд масою 3,6 тонни було виведено у космічний простір 5 серпня 2011 року з космодрому на мисі Канаверал ракетою-носієм Atlas V 551, найпотужнішою з наявних у розпорядженні НАСА, разом із розгінним блоком «Кентавр».

Через значну масу «Юнони» її запустили до Юпітера не безпосередньо, а по складній траєкторії з низкою гравітаційних маневрів. 31 серпня 2012 р. двигуни «Юнони» відпрацювали перший маневр, який розгорнув апарат назад до Землі[9]. Тоді двигуни апарату пропрацювали в цілому 29 хвилин 39 секунд. За цей час апарат полегшав на 376 кілограмів — саме стільки палива було витрачено під час маневру.

9 жовтня 2013 р. «Юнона» пройшла повз нашу планету на висоті приблизно 500 кілометрів, отримавши від неї необхідний імпульс для виходу на фінішну ділянку траєкторії[10]. Перед цим маневром «Юнона» перейшла в так званий «безпечний режим» (safe mode), який передбачає відключення другорядного обладнання. Крім того, апарат автоматично розвернуло так, щоб його сонячні батареї збирали максимальну кількість світла. Перемикання в безпечний режим не вплинуло на траєкторію космічного зонда. Більше того, під час прольоту повз Землю основні прилади на борту продовжували працювати і потім передали вченим інформацію про магнітосферу планети.

Плановий час польоту до Юпітера складав 5 років, орієнтовна дата виходу на орбіту — серпень 2016 р[11]. Фактично апарат досягнув Юпітера 4-го липня 2016 року[12].

На відміну від попередніх апаратів, що досліджували Юпітер і мали радіоізотопні термоелектрогенератори для забезпечення енергією, на «Юноні» встановлено три високоефективні сонячні батареї розміром ≈ 2 × 9 м. Загальна їх потужність — 400 Вт. Інтенсивність сонячного світла на Юпітері у 25 разів менша, ніж на Землі. Тому космічні місії туди зазвичай використовують ядерні батареї з плутонієм. «Юнона» натомість має три великі панелі, вкриті 18 тисячами сонячних фотоелементів. «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[11].

Хронологія польоту[ред.ред. код]

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. Маршевий двигун LEROS-1b був ввімкнений на 29 хвилин 39 секунд[13].

14 вересня 2012 року була виконана друга корекція орбіти. Головний двигун «Юнони» почав працювати в п'ятницю у 15:30 UTC, коли апарат знаходився в 480 млн км від Землі[14]. Він пропрацював близько 30 хвилин і витратив 376 кг палива. Після виконання маневру швидкість зонду змінилася на 388 м/с[15]. Обидві корекції були виконані для проведення гравітаційного маневру з обльотом Землі, запланованого на 9 жовтня 2013 року[13].

До лютого 2013 року апарат подолав відстань в 1 млрд км.

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[16].

9 жовтня 2013 року «Юнона» здійснила гравітаційний маневр біля Землі в 559 км від її поверхні для прискорення апарата[17]. Збільшення швидкості КА після гравітаційного маневра склало 7,3 км/с; швидкість КА після прискорення склала 40 000 км/год. Також було здійснено тестування наукового обладнання, під час якого відбулася нештатна ситуація: зонд перейшов у режим сну; 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 складала 764 млн км). Наступні знімки будуть здійснені тільки в липні 2016 року, після виходу зонда на орбіту Юпітера.

4 липня 2016 року після складного маневру гальмування «Юнона» вийшла на орбіту Юпітера[18].

В останні дні серпня 2016 Юнона здійснила обліт планети на максимально близькій відстані — зонд рухався на відстані 4,2 тисячі км від верхнього шару атмосфери Юпітера. Жоден космічний апарат раніше не підходив так близько до планети в ході основного етапу своєї місії.

Майбутні події[ред.ред. код]

Наукова фаза: 37 витків навколо планети за 24 місяці. Знищення космічного апарату шляхом зведення його з орбіти в атмосферу газового гіганта.[19]

Примітки[ред.ред. код]

  1. Juno Mission to Jupiter. NASA. 04/09. с. 2. Архів оригіналу за 2013-07-14. Процитовано 2011-04-05. 
  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 2011-08-24. Процитовано 2007-05-27. 
  3. мається на увазі завершення фази «B» (Phase B) у стандартному процесі реалізації проектів НАСА (див. [1])
  4. NASA Juno spacecraft will target Jupiter (англійською). NetworkWorld.com. 2010-04-06. Архів оригіналу за 2011-08-24. Процитовано 2011-03-25. 
  5. Juno Marches On (англійською). NASA. 2011-03-22. Архів оригіналу за 2011-08-24. Процитовано 2011-03-25. 
  6. NASA Selects New Frontiers Mission Concept Study (англійською). NASA Jet Propulsion Laboratory. 2005-06-01. Архів оригіналу за 2011-08-24. Процитовано 2011-03-25. 
  7. NASA Moving Ahead with 2011 Juno Mission to Jupiter (англійською). Spacenews (Space.com). 2008-12-09. Архів оригіналу за 2011-08-24. Процитовано 2011-03-25. 
  8. Triaxial Low Field Helium Magnetometer — Mariner 5 mission National Space Science Data Center, NASA
  9. «Юнона» выполнила первый маневр на пути к Земле
  10. Juno spacecraft resumes full flight operations on its way to Jupiter
  11. а б НАСА запустило безпілотну місію на Юпітер
  12. Космічний апарат Juno досяг Юпітера | ЗУНР.ІНФО. Процитовано 2016-07-05. 
  13. а б NASA’s Jupiter-Bound Juno Changes its Orbit (en). NASA. Архів оригіналу за 2012-11-24. Процитовано 2012-11-20. 
  14. Deep Space Maneuver (en). NASA. Архів оригіналу за 2012-11-24. Процитовано 2012-11-20. 
  15. Ильин А. (2012). Манёвры «Юноны». Новости космонавтики (en) (368). Процитовано 2012-11-20. 
  16. Juno Position & Status. 2013-06-07. Архів оригіналу за 2013-06-13. 
  17. Зонд «Джуно» вернулся к нормальной работе, пролетев мимо Земли. РИА Новости. 12 октября 2013. Процитовано 2013-10-12. 
  18. Beutel, Allard (2016-07-05). NASA's Juno Spacecraft in Orbit Around Mighty Jupiter. Процитовано 2016-07-05. 
  19. Greicius, Tony (2015-03-13). Juno Overview. Процитовано 2016-07-07. 

Посилання[ред.ред. код]