Научно-популярно о космосе и астрономии

Предыдущий пост Поделиться Следующий пост
Крылатая Юнона ослепнет у Юпитера
lozga
01.jpg
Много лет пировал Юпитер со своими возлюбленными в холодных чертогах внешней Солнечной системы. Ио, Европа и Каллисто делили с Юпитером стол, а Ганимед наливал вино. Но люди, известные своим любопытством, силой прометеева огня отправили автомат подглядывать за пиршеством. Не воздающие должного почтения богам даже посмели назвать автомат Юноной, в честь жены Юпитера, которую он не пригласил на пир. Разгневался тогда Юпитер, и, засияв нестерпимо ярким полярным сиянием, ослепил Юнону.

Старые тайны


По современным космологическим представлениям из всех планет Солнечной системы Юпитер сформировался первым.

02.jpg
Это могло выглядеть так

Протопланетный диск и Солнце должны иметь схожий состав, потому что образовались из вещества, находившегося в одном месте. Поэтому Юпитер должен был бы очень сильно походить на Солнце. Однако, спустившийся в атмосферу газового гиганта в 1995 году зонд "Галилео" обнаружил, что расчеты ученых оказались неверны. Гелия на Юпитере оказалось гораздо меньше, чем на Солнце, и меньше, чем должно было быть по расчетам. Водяного пара, углерода, неона, серы тоже оказалось меньше, чем ожидалось. Зато азота в форме аммиака обнаружилось больше расчетного. Следовательно, наши модели формирования Юпитера и модели образования Солнечной системы в чем-то ошибочны.

После образования планета совершила немаленькое путешествие, смещаясь по орбите и "поедая" массу, которая могла бы пойти на что-то более полезное для будущего человечества (вроде большого и тяжелого Марса с полноценной атмосферой).

03.jpg

Но поглощенная масса не могла сформировать ядро планеты - вещество падало в плотную атмосферу на космических скоростях и должно было испаряться от нагрева. Если у Юпитера есть ядро (а современная наука склоняется к этому), то в молодой Солнечной системе должен был образоваться очень крупный зародыш планеты из тяжелых элементов, что противоречит современным моделям с планетезималями километрового размера и зародышами планет с массой от лунной до земной.

Наконец, скорее всего, под влиянием Сатурна, обе планеты отошли во внешнюю Солнечную систему, и сейчас Юпитер обращается на расстоянии пяти астрономических единиц от Солнца. В результате таинственных процессов в молодой Солнечной системе Юпитер обладает максимально возможным физически диаметром (более тяжелая планета будет иметь меньший диаметр из-за большего сжатия вещества), массой в три сотни земных, своей мини-солнечной системой из множества спутников и даже небольшими кольцами. Юпитер можно назвать "планетой на стероидах" - из-за огромной массы внутри планеты действуют циклопического масштаба силы, и все явления, связанные с ней, страдают гигантизмом. У Юпитера колоссальных размеров и мощности магнитосфера (сильнее земной в 14 раз), порождающая гигантские полярные сияния.

04.jpg



В эти тайны газового гиганта и погрузится зонд "Юнона", который должен выйти на орбиту вокруг Юпитера вечером 4 июля по времени США (в России будет утро 5 июля). Задачи, которые будет решать "Юнона", легко запомнить по аббревиатуре ПСАМ - Происхождение, Строение, Атмосфера, Магнитосфера.

Научная карусель


ПСАМ Юпитера Юнона будет изучать разнообразным набором инструментов:
Микроволновый радиометр (MWR) заглянет на 550 километров под кромку облаков и сможет определить содержание водяного пара в атмосфере. Конструктивно он представляет из себя шесть антенн на боках аппарата:

05.jpg

Гравитационный эксперимент (Gravity Science Experiment) будет использовать антенны для связи с Землей для очень точного определения гравитационного поля. Сигнал с Земли будет немедленно ретранслироваться, и смещение его частоты из-за эффекта Доплера позволит определить небольшие изменения в скорости из-за неравномерности гравитационного поля Юпитера.

06.jpg
Направленная антенна будет использоваться в этом эксперименте

Магнитометр (MAG), вынесенный в сторону на конце одной из солнечных панелей (это стандартное решение, везде магнитометры стараются убрать подальше от работающей электроники аппарата) позволит составить трехмерную карту магнитного поля Юпитера.

07.jpg

В эксперименте "распределение частиц в полярном сиянии" (JADE) три электронных датчика и один ионный будут ловить частицы полярного сияния.

08.jpg

Детектор частиц высоких энергий (JEDI) из трех одинаковых датчиков будет определять, как летающие в окрестностях частицы высоких энергий взаимодействуют с магнитосферой Юпитера. Большое количество таких частиц попадает в ловушку магнитного поля Юпитера и горит полярным сиянием на полюсах.

09.jpg

Инфракрасный картограф полярных сияний (JIRAM) позволит получить спектры полярных сияний и узнать состав атмосферы около них.

10.jpg

Ультрафиолетовый спектрограф (UVS) даст возможность дистанционно узнать состав верхней атмосферы в другом диапазоне, дополнив JIRAM.

11.jpg

Инструмент "Волны" (Waves) из двух антенн будет фиксировать радио- и плазменные волны в окрестностях Юпитера. Одна антенна конструктивно не сильно отличается от тех, которые когда-то стояли "рогами" на телевизорах, а вторая представляет собой обычную магнитную катушку.

12.jpg

Ну и, наконец, камера JunoCam не несет серьезной научной нагрузки, а добавлена ради целей популяризации и пиара. Работающая в видимом свете камера должна будет не меньше 7 орбит делать красивые фотографии, а потом выйдет из строя в том радиационном аду, куда будет нырять "Юнона" каждый виток.

13.jpg

Все инструменты установлены на бортах аппарата, и, в рабочем режиме "Юноны", будут то заглядывать в глубины Юпитера, то "отдыхать" и калиброваться, смотря в противоположную сторону.

Вальс Фоллаута


14.gif

Вращение "Юноны" - это сознательное решение. Из многих способов ориентации и стабилизации космических аппаратов стабилизация вращением позволяет "бесплатно" сохранять нужное положение по одной оси, затратив топливо только на раскрутку аппарата и не требует работы электроники для поддержания установившейся ориентации. В условиях мощнейших магнитных полей и частиц высоких энергий полноценная трехосевая ориентация может дать сбой и перевести аппарат в защищенный режим с потерей научной программы на этом витке, а вращающийся волчок "Юноны" сохранит правильное положение при любом отказе любой электроники. На пути к Юпитеру "Юнона" вращалась со скоростью 1 об/мин, рабочий научный режим составляет 2 об/мин, а для маневров аппарат будет раскручиваться до 5 об/мин.

Исключение электроники из управления зондом на самых радиационно-опасных участках - не единственная мера борьбы с электромагнитным гневом Юпитера. За миссию поверхность аппарата получит дозу в 11 мегарад или 110 тысяч зиверт. Для сравнения - полученный в один момент 1 зиверт - это начало лучевой болезни у человека, а доза в 6 зиверт уже смертельно опасна. Электроника сильнее плоти, но такие дозы были бы фатальными и для нее. Поэтому на Юноне стоит радиационное "убежище" из титана толщиной 1 см и общей массой 200 кг. Внутри него электроника должна получить всего 25 килорад (250 зиверт) за всю миссию, при этом электроника рассчитана на вдвое большую дозу. Электронику, которую нельзя поместить в бункер, приходится защищать на месте, например, больше половины массы звездного датчика занимает защита от излучений.

15.jpg

37 прыжков в ад


Торможение у Юпитера 4/5 июля будет началом миссии. Уменьшив свою скорость на 542 метра в секунду "Юнона" выйдет на предварительную орбиту периодом 53,5 дня. Если торможение не будет успешным, то зонд навсегда разминется с Юпитером. Поэтому на этом этапе на всякий случай выключат все научные приборы, чтобы не было случайных помех. После двух витков на предварительной орбите "Юнона" выйдет на научную орбиту периодом 14 дней.

16.jpg

На этой высокоэллиптической орбите "Юнона" будет периодически нырять в непосредственную близость к Юпитеру (на высоту 4-8 тысяч километров от уровня облаков) и снова отходить за орбиту Каллисто. Из-за вращения Юпитера орбита каждый раз будет проходить над разными меридианами, и аппарат сможет пролететь над всей поверхностью, что позволит создать трехмерные карты магнитосферы всего Юпитера.

17.jpg

Если все пойдет по плану, то на 37 витке "Юнона" выполнит последний маневр и 20 февраля 2018 года сгорит в атмосфере Юпитера.

Бедность и дефицит радиации


Полная стоимость проекта оценивается в 1,1 миллиарда долларов США 2011 года. Это немного для космоса, поэтому среди технических решений можно найти такие, которые, в зависимости от настроения, можно назвать триумфом изобретательности или же вынужденными хитростями от бедности.

Прежде всего, "Юнона" не летела к Юпитеру прямой дорогой. Чтобы не использовать более грузоподъемную и более дорогую ракету-носитель, зонд запустили сначала за орбиту Марса, а затем провели гравитационный маневр у Земли.

18.jpg

Такое решение позволило увеличить скорость на 70%, но из-за необходимости возвращаться к Земле "Юнона" летела лишние два года. Учитывая, что разработка аппарата началась в 2006 году, получается, что люди отдадут этому проекту 12 лет своей жизни. В таком случае ученые и инженеры смогут поучаствовать только в одном, если очень повезет, двух космических проектах за свою научную карьеру. И это немного грустно.

Во-вторых, большие солнечные панели, очень высокотехнологичные, которые так сейчас хвалят, являются далеко не идеальным решением. На орбите Юпитера (5 а.е.) "Юнона" будет получать только 1/25 энергии Солнца, по сравнению с земной орбитой. Поэтому зонд с раскрытыми панелями превышает 20 метров в ширину, а масса панелей составляет 340 кг. В то же время небольшой, легкий, работающий без системы управления радиоизотопный генератор (РИТЭГ) оказался бы гораздо лучшим выбором, обеспечив "Юнону" теплом и электричеством. Но в США давно остановили производство своего плутония-238 для РИТЭГов, и, например, "Кьюриосити" питает и обогревает плутоний российского происхождения. В 2013 году производство американского плутония возобновили, но до сих пор он является дорогим и дефицитным продуктом.

Бремя пиара


Кроме научных задач "Юнона" занимается также популяризацией науки и космонавтики, в том числе и для детей. Во-первых, камера JunoCam была добавлена для нашего с вами удовольствия - она будет радовать нас красивыми фотографиями Юпитера первые семь витков. Говорят даже, что общественность сможет принимать участие в выборе целей для фотографирования. Во-вторых, NASA заключило партнерское соглашение с LEGO, и на аппарате летят три лего-фигурки: Юпитера, Юноны и Галилео Галилея.

19.jpg

20.jpg

А на пресс-конференции была модель "Юноны" из лего

21.jpg

Будем надеяться, что это вдохновит кого-нибудь из будущих ученых, инженеров или космонавтов.

Эпилог


Мы не знаем, какие фото покажет нам JunoCam. Но мы знаем, что, летая по полярной орбите "Юнона" будет смотреть на Юпитер сверху и снизу. Чтобы закончить на мажорной ноте, я попытался найти несколько эффектных ракурсов того, что мы можем увидеть в течение следующих месяцев. А помог мне в этом замечательный планетарий-песочница SpaceEngine.

Юпитер всегда виден нам с Земли полностью освещенным. А вот аппарат на его орбите может сделать фото полумесяца планеты. А тень от одного из галилеевых спутников дополнительно украсит картину.

22.jpg

Четыре галилеевых спутника часто образуют эффектные фигуры. На заднем фоне видно созведие Ориона и Плеяды.

23.jpg

Можно увидеть и прямую линию.

24.jpg

Вид на северный полюс и Магеллановы облака.

25.jpg

Вид на южный полюс и созвездие Большой Медведицы.

26.jpg

attentioneer.jpg

Записи из этого журнала по тегу «космические аппараты»


промо lozga ноябрь 4, 2014 17:00
Разместить за 20 жетонов
Привет! Добро пожаловать в блог, посвященный популяризации космонавтики, астрономии, и, шире, науки и прогресса человечества. Если вы зашли ко мне впервые, рекомендую почитать длинные серии постов по тегам: Серия "Незаметные сложности космической техники". Рассказы о том, как и почему ракеты и…

  • 1
"Бедность" недостаточно точно описывает этот и предыдущие КА. Точнее это назвать длительной деградацией. Кстати, вот это:
> электроника должна получить всего 25 килорад (250 зиверт) за всю миссию, при этом электроника рассчитана на вдвое большую дозу

..значит что на борту есть обычная электроника, которая при некоторых фокусах становится "космической" с небольшой предельной дозой, порядка 50крад. Отсутствие плутония, уродская орбита, многократные угрозы закрытия и в целом стагнировавшая технология таких КА ("Горизонты" и "Даун" в той же категории) указывают на глубокую деградацию. Остаётся лишь удивляться что всё это стоит порядка гигабакса за сеанс, и это тоже яркий признак деградации -- уменьшение отдачи на затраты.

На мой взгляд вы слишком сгущаете краски. И электроника там точно космическая, бытовая вообще не сможет работать в таких условиях.

У меня факты, а не краски. "Космическая" начинается от 100крад, а всё что меньше -- это результат фокусов, которые весьма полезны и умны, но делаются лишь из-за отсутствия альтернативы. Берётся чип с промышленным температурным диапазоном, по возможности в военном исполнении (без зелёного припоя), испытывается в ускорителе, и если результат небезнадёжен, упаковывается в защитный корпус для снижения дозы. Получается дорого и красиво, а внутри всё как у людей.


Никто не делает специальный радхард дизайн под ожидаемую серию из сотни чипов, а когда делают, цена получается на уровне сотен килобаксов. Но так можно сделать лишь некоторые, а массу более мелких приходится использовать в адаптированном виде. Кроме того, некоторые типы чипов принципиально невозможно сделать в радхарде, например большую флэш-память. В "Кассини" полетела коммерческая DRAM с кучей костылей, чтобы она могла работать в космосе. Это кстати не относится к новой волне радхарда в РФ -- потребность независимости от импорта уже заставила сделать много интересных вещей, абсолютно неизвестных на западе. Поэтому в этом плане РФ сейчас совершает прорыв на первое-второе место, не знаю как там с китайцами.

Бытовая может работать в таких условиях. Проблема лишь в том что без фокусов и костылей работать она будет недолго и ненадёжно. Люди, владеющие этими фокусами и способные делать костыли, заслуживают свой хлеб с маслом, икрой и фуагрой.

Вас в НАСА на работу не приняли, что ли?
И правильно сделали, наверное. Зачем им инженер, рассуждающий о несуществующей "технологии КА".

Я беседую с владельцем журнала, а не с анонимными борзописцами. Однако благодарю что засветились -- галочка избавит меня от вашего общества до конца времени.

Финансирование по остаточному принципу?

Просто ничтожно малый рынок. Один чип может стоить сто килобаксов, но если их всего сделают сто штук, это 10 мегабаксов -- ошибка округления в бизнесе, где проекты измеряются в гигабаксах. Когда есть гарантированный спрос и административный ресурс, как сейчас в РФ, радхард внезапно появляется в относительном изобилии, и стоит всё ещё больших, но уже не дурных денег.

А на вояджерах, там настоящая радстойкая электроника стоит?

Дискретные транзисторы и ТТЛ размером 10мкм, магнитная память -- такая электроника когда-нибудь деградирует от дислокаций решётки, оставленных после пролёта галактических ионов. Гораздо раньше деградирует лампа передатчика, а может и уже деградировала.

Универсальныйший научный комбайн! Который пожнёт неимоверное количество "открытий чудных".

Американцы - вот настоящая движущая сила человечества! (В отличие от)

Edited at 2016-07-04 04:05 (UTC)

Я бы вам посоветовал поменьше фанатизма.

Я всего лишь реально смотрю на вещи.

Это ж нью-йоркский свядомый змагар-ляцвин. Он по-другому не может.

Зачем же бедному Лего-Галилею пупырь на темячке отлили? А Юпитеру и Юноне нормальную голову сделали.
Надеюсь, это будет единственный косяк на этом аппарате.
Ждём сочных фото! И неожиданных научных результатов.

Как я понимаю, это гнездо для головного убора.

хотелось бы узнать тип магнетометра, который в миссии используется.
явно должен быть компонентным и иметь офигительный динамический диапазон.

Я больше жду фоток с теневой стороны. У Cassini эффектно получилось.

Кассини на другой орбите, ему такое фото было гораздо удобней снять. Я вечером гляну в NASA's eyes или Орбитере, какая там будет орбита точно.

Так, я тут глянул NASA's eyes, и Юнона будет тормозить в районе терминатора. Если они ничего не нахимичат с прецессией орбиты, то плоскость останется такой же, и она всю миссию будет летать в районе терминатора. Плюс, я где-то читал или слышал, когда готовил материал, что аппарат не будут пускать в тень Юпитера, ибо солнечные панели. Так что я бы не надеялся на такие фотки.

Разумеется, это всё подделка, никакого зонда нет, фотки нарисованы, а автор блога на содержании у госдепа.

Юпитера, госдепа, автора блога и вас тоже нет :)

Самая лучшая статья про Юнону и Юпитер, что я читал. Класс!

  • 1
?

Log in