14 квітня 2023 року з космодрому Куру у Французькій Гвіані відбувся запуск ракети Ariane 5. Її головний обтічник прикрасив малюнок 8-річної Ярини Закалюжної з Житомира.
Під головним обтічником сховався JUICE – найбільш амбітний і складний міжпланетний апарат в історії Європейського космічного агентства (ESA). Далі ви дізнаєтеся про технічне облаштування та головні завдання цієї місії, а також про те, чому саме малюнок української дівчинки прикрасив ракету, що її запустила.
Історія проєкту
Витоки проєкту JUICE сягають кінця нульових. На той момент ESA запустило перші самостійні місії до Місяця, Марса і Венери. Та воно не збиралося зупинятися на досягнутому і вирішило замахнутися ще й на зовнішні планети Сонячної системи, які доти вивчали лише зонди NASA.
Так з’явилася ідея місії JGO (Jupiter Ganymede Orbiter). Її метою мав стати Ганімед — найбільший супутник планети в Сонячній системі, що за своїми розмірами навіть перевершує Меркурій. 950-кілограмовий апарат мав вийти на постійну орбіту навколо цього небесного тіла і вивчати його кілька років поспіль.
Але річ у тім, що JGO задумувався як частина міжнародного проєкту EJSM-Laplace, у межах якого NASA мало відправити власний зонд також і до Європи — ще одного юпітеріанського супутника. На жаль, через фінансові труднощі після кризи 2008 року американській аерокосмічній адміністрації довелося вийти з програми (до речі, аналогічна ситуація склалась і з сумнозвісною місією ExoMars).
Що ж стосується ESA, то його керівництво вирішило не відмовлятися від ідеї запуску місії до Юпітера. Однак її концепція була повністю перероблена. Агентство мало намір істотно її розширити та зробити своїм флагманським проєктом на 2020-ті роки. А оскільки коло наукових завдань місії значно зросло, це, зі свого боку, вимагало створення абсолютно іншого, набагато потужнішого і, як наслідок, дорожчого апарата. Його назвали JUICE (Jupiter Icy Moons Explorer).
Місія JUICE отримала зелене світло від ESA 2012 року. Будівництво самого апарата розпочалося 2015 року. Основним підрядником проєкту став Airbus, загалом у роботах брали участь понад 80 різних європейських компаній. Збирання зонду закінчили у травні 2022 року, підсумкова вартість його будівництва склала 870 млн євро.
Після завершення складальних операцій JUICE пройшов низку тестів, які засвідчили його здатність витримати переліт у міжпланетному просторі. Згодом апарат опинився на космодромі Куру у Французькій Гвіані, готуючись до майбутнього запуску.
Основні завдання JUICE
Якщо JGO задумувався як апарат, призначений виключно для вивчення Ганімеда, то на JUICE поклали набагато масштабніше завдання. Зонд має досліджувати як Ганімед, так і Каллісто з Європою. Це три найбільші крижані супутники Юпітера. Їх об’єднує те, що під їхньою поверхнею з високим ступенем імовірності ховаються океани рідкої води. А де є вода — там, як відомо, може бути й життя.
Звичайно, JUICE не призначений для прямої посадки на супутники Юпітера з метою буріння їхньої поверхні та безпосереднього пошуку живих істот. Подібні завдання виконуватимуть наступні місії. Але перш ніж їх запускати, вченим необхідно підтвердження того, що під крижаною поверхнею цих супутників дійсно ховаються океани, а також з’ясувати їхні основні властивості. Саме це і є одним із ключових завдань апарата. Він повинен визначити характеристики океанів Ганімеда, Європи та Каллісто, що зрештою дасть можливість оцінити їхню життєпридатність.
JUICE здійснить детальне сканування супутників, складе їхні докладні топографічні мапи та визначить хімічний склад поверхні. Ще одне важливе завдання місії — вивчення магнітосфери Ганімеда. Це єдиний супутник у Сонячній системі, що має власне магнітне поле. Вчених дуже цікавить механізм його генерації й те, як воно взаємодіє з магнітосферою Юпітера.
Магазин від Universe Space Tech
Комплект журналів Місяць, Сонце та Юпітер & Сатурн
До товаруКонструкція JUICE
Маса JUICE (разом із паливом) становить 6042 кг. Це найважчий міжпланетний апарат серед створених ESA. Настільки значна маса зумовлена кількома факторами.
По-перше, апарат отримав потужний науковий інструментарій, для підтримки роботи якого знадобиться багато енергії. Оскільки, на відміну від NASA, ESA не використовує в далеких космічних місіях радіоізотопні генератори, єдиним варіантом енергопостачання JUICE є сонячні батареї. Проблема в тому, що в околицях Юпітера він отримуватиме у 27 разів менше світла, ніж біля Землі. Через це інженерам довелося обладнати його вельми видатними фотогальванічними панелями. У розгорнутому стані їхня площа становить майже 100 м². Це найбільші сонячні батареї, що коли-небудь вироблялися в Європі для космічного апарата. Очікується, що коли зонд досягне Юпітера, вони зможуть виробляти приблизно 820 Вт енергії.
Іншою причиною такої високої маси апарата є сам Юпітер. Найбільша планета Сонячної системи має потужні радіаційні пояси. Навіть з огляду на те, що орбіта JUICE переважно пролягатиме на значній відстані від них, зонд все одно зазнаватиме досить суттєвого опромінення. Тому конструкторам довелося оснастити його електронні компоненти посиленим захистом.
Відтак через значну масу JUICE найпотужніша європейська ракета-носій Ariane 5 не в змозі відправити його прямо до Юпітера. Це означає, що для того, аби дістатися мети, апарату слід виконати низку гравітаційних маневрів для додаткового розгону. Один із них відбудеться біля Венери. Під час перебування в її околицях корпус апарата розігріється до температури близько 200°C. З огляду на цю обставину конструктори обладнали його додатковим теплозахистом, що також істотно збільшило його масу.
Що ж стосується наукового начиння місії, то воно представлене десятьма інструментами, створеними різними європейськими науковими установами за підтримки NASA та JAXA. Серед них — камери високої роздільної здатності, спектрометри, магнітометр, радар, лазерний альтиметр, а також прилади для вимірювання характеристик заряджених частинок і гравітаційних полів.
Для зв’язку з Землею JUICE використовуватиме 3,2-метрову антену. Очікується, що вона забезпечить передачу близько 1,4 Гб зібраних даних на добу.
Малюнок Ярини Закалюжної
Останніми роками космічні агентства приділяють дедалі пильнішу увагу популяризації своїх місій, особливо серед молоді. Найбільший досвід у цьому має NASA. Американська аерокосмічна адміністрація регулярно влаштовує різноманітні публічні конкурси (наприклад, пошук найкращої назви для марсоходів) або пропонує всім охочим відправити своє ім’я в космос на борту нового міжпланетного апарата.
ESA вирішило не відставати від своїх заокеанських колег. 2021 року космічне агентство організувало конкурс дитячих малюнків Juice up your rocket! Загалом у ньому взяли участь 2600 робіт, присвячених очікуваному запуску JUICE, їх надіслали діти з 63 країн світу.
У підсумку журі віддало перевагу малюнку юної житомирянки Ярини Закалюжної, якій на момент проведення змагання було лише вісім років. На зображенні Земля передає Юпітеру апарат JUICE. Також там намальовані три супутники планети, що демонструють різні емоції від цієї зустрічі: один злякався, інший здивувався, а третій — взагалі заснув. У якості нагороди малюнок Ярини було нанесено на головний обтічник ракети Ariane 5, яка відправила JUICE до Юпітера. Крім того, дівчинка отримала можливість відвідати запуск.
Також на корпусі JUICE незадовго до запуску закріпили меморіальну табличку. Вона містить зображення кількох сторінок із опублікованого 1610 року трактату Sidereus Nuncius, у якому Галілео Галілей уперше повідав усьому світові про виявлення чотирьох найбільших супутників Юпітера.
Чотири тижні жаху
JUICE було запущено 14 квітня. Ariane 5 без будь-яких проблем вивела європейський апарат на задану траєкторію. А далі, на жаль, не вдалося уникнути непередбачуваної ситуації, що змусила неабияк хвилюватися всіх любителів космонавтики.
Отже, після запуску JUICE успішно розгорнув свої сонячні батареї та вийшов на зв’язок із Центром управління. Інженери розпочали активацію та калібрування його наукових інструментів — тут і виникла проблема. Її джерелом став радар RIME (Radar for Icy Moons Exploration). Це один із ключових наукових інструментів зонда, що дасть йому змогу зазирнути всередину крижаних місяців Юпітера. Завдяки своїй 16-метровій антені цей прилад зможе сканувати їхню поверхню на глибину до 9 км із вертикальною роздільною здатністю 30 м.
Фахівці ESA з жахом констатували, що JUICE не зумів розгорнути антену RIME. Як показали знімки, зроблені встановленою на корпусі апарата селфі-камерою, вона розкрилася лише на третину. Ситуація викликала неприємні асоціації з місією Galileo. Свого часу цей космічний апарат не зміг розгорнути основну антену системи зв’язку, що завдало значного удару по його науковій програмі.
Проаналізувавши ситуацію, інженери дійшли висновку, що, найімовірніше, антена не розкрилася через застряглий штифт, і розробили стратегію дій, аби допомогти її розгортанню. Вона містила запуск двигуна, щоб «струсонути» космічний апарат, і серію обертань.
Однак усі ці операції не дали очікуваного ефекту. Тому, в якості останнього заходу, 12 травня інженери активували механічний пристрій під назвою «невибуховий привод» (NEA), розташований у кронштейні, що заклинив. Це спричинило удар, який зрушив штифт на кілька міліметрів і дозволив антені розгорнутися. Проте остання частина RIME все ще лишалася складеною. Тоді команда запустила ще один привод у кронштейні, внаслідок чого антена нарешті вивільнилася повністю. Так JUICE успішно пережив свої «чотири тижні жаху». Щодо решти наукових інструментів, то вони успішно пройшли перевірку. Це означає, що апарат готовий до зустрічі з Юпітером.
Вісім років на політ до Юпітера
Щоправда, сама зустріч із газовим гігантом відбудеться лише через вісім років. Річ у тім, що навіть потужності Ariane 5 недостатньо, щоб направити JUICE безпосередньо до Юпітера. Щоб набрати швидкість, необхідну для досягнення п’ятої планети Сонячної системи, зонду загалом доведеться здійснити чотири гравітаційні маневри для прискорення. Перший відбувся в серпні 2024 року, коли він виконав «подвійний» проліт. Спочатку JUICE відвідав Місяць, а через півтора дня — Землю. Через рік апарат опинився в околицях Венери. У вересні 2026 року JUICE вдруге зблизиться з Землею, потім пройде через пояс астероїдів, а згодом знову повернеться до нашої планети. Фінальний гравітаційний маневр біля Землі запланований на січень 2029 року. Він дасть змогу зонду нарешті лягти на курс до Юпітера.
У жовтні 2029 року європейський апарат здійснить близький проліт 80-кілометрового астероїда Роза (223 Rosa). Найімовірніше, ESA використає цю можливість, аби перетворити мале тіло на своєрідний «тренажер» для фахівців місії. Під час прольоту вони зможуть потренуватися в організації спостережень і заодно відкалібрувати інструменти автоматичного розвідника.
JUICE розпочне регулярні спостереження Юпітера на початку 2031-го. У липні того ж року він досягне околиць планети, після чого виконає проліт Ганімеда. Цей маневр дасть йому змогу вийти на початкову орбіту навколо газового гіганта.
У липні 2032 року JUICE виконає перший із двох намічених планом місії прольотів Європи. Основну увагу буде приділено вивченню її активних зон. Результати спостережень свідчать, що на ній можуть існувати гейзери, які підживлюють невеликі підповерхневі водойми, ймовірно, пов’язані з океаном. Якщо пощастить пролетіти крізь один зі здійснених гейзерами викидів, апарат зможе здійснити детальний хімічний аналіз води.
Слід зауважити, що до моменту свого побачення з Європою JUICE буде не єдиним земним посланцем у цьому регіоні. Компанію йому складе побудований NASA зонд Europa Clipper, що, як легко здогадатися з назви, призначений для вивчення саме цього небесного тіла. Без сумніву, космічні агентства скористаються такою унікальною можливістю провести спільні спостереження крижаного супутника, які доповнять результати одне одного.
У тому ж липні 2032 року JUICE також розпочне серію зближень із Каллісто. Загалом за час своєї місії зонд виконає 21 проліт поблизу нього. Ці маневри матимуть подвійну мету. По-перше, вони дозволять ретельно дослідити цей супутник. А по-друге, за допомогою гравітації Каллісто апарат збільшить нахил своєї орбіти відносно екватора Юпітера, що надасть ученим можливість комплексного вивчення полярних регіонів газового гіганта.
У грудні 2034 року JUICE розпочне наступний етап своєї місії. Він виконає маневр, що переведе його на орбіту навколо Ганімеда, і стане першим в історії земним посланцем, який вийде на постійну орбіту навколо супутника іншої планети.
Спочатку JUICE перебуватиме на витягнутій орбіті навколо Ганімеда. Під час подальших маневрів він спочатку перейде на 5000-кілометрову кругову орбіту, а потім зменшить свою висоту до 500 км. Ці події ознаменують кульмінацію місії. Очікується, що зонд збере величезний масив даних про цей супутник, його внутрішню будову, екзосферу та магнітосферу.
Попри те, що Ганімед не має значущої атмосфери, орбіта JUICE поступово знижуватиметься. Це відбуватиметься під дією сукупності різних чинників, що включають у себе неоднорідності гравітаційного поля самого супутника, а також вплив Юпітера та інших його місяців. Задля протистояння цьому зонду доведеться використовувати двигуни. З часом земний посланець повністю вичерпає запаси палива та втратить можливість утримувати орбіту, після чого розіб’ється об крижану поверхню Ганімеда. За попередніми оцінками, це станеться десь наприкінці 2035 року.
Утім, не можна відкидати вірогідність того, що європейські фахівці знайдуть якийсь хитрий спосіб продовжити термін місії, адже в історії космонавтики вистачає подібних прикладів. Зібрані дані напевно істотно змінять наукові уявлення про крижані супутники найбільшої планети Сонячної системи. А якщо ж у їхніх надрах дійсно є якесь життя, то… Хтозна, можливо, саме європейському досліднику вдасться виявити сліди, що вказують на його існування.
Ця стаття була опублікована у №1 (189) 2023 року журналу Universe Space Tech. Придбати цей номер в електронній версії можна у нашому магазині.
