Зонд JUNO летит к Юпитеру

 

   

Старт АМС Juno (Юнона)

5 августа 2011 г. в 12:25:00.146 EDT (16:25:00 UTC) со стартового комплекса SLC-41 Станции ВВС США «Мыс Канаверал» стартовые команды компании United Launch Alliance при поддержке боевых расчетов 45-го космического крыла по заказу NASA произвели запуск PH Atlas V (модель 551, номер AV-029). На межпланетную траекторию была выведена АМС Juno («Юнона»), задача которой - изучение Юпитера с полярной орбиты искусственного спутника планеты. 
    Расчетная дата запуска Juno - 5 августа - была названа еще в апреле. Стартовое окно в этот день продолжалось с 15:34 до 16:43 UTC. Буквально за несколько минут до старта возникли замечания к гелиевой системе на «Центавре», повлекшие серию отсрочек в общей сложности на 51 мин. Специалистам все же удалось уложиться в стартовое окно, и переноса на другой день не потребовалось. (В случае серьезных неисправностей или плохих погодных условий пуск можно было сдвигать вплоть до 26 августа. К счастью, задействовать этот резерв не пришлось.) 

 

    Через 11 мин после старта связка из ступени Centaur и КА Juno вышла на промежуточную опорную орбиту с параметрами: 

    >- наклонение-28.8°; 
    >- высота в перигее - 187 км; 
    >- высота в апогее - 214 км; 
    >- период обращения - 88.36 мин. 

    После получасовой баллистической паузы над Индийским океаном было выполнено второе включение двигательной установки (ДУ) «Центавра», обеспечившее перевод станции на отлетную траекторию. Отделение КА произошло в 17:18:11.12 UTC над Австралией. Первый сигнал с борта станция Сети дальней связи в Канберре приняла вскоре после отделения. Аппарат сообщил, что развертывание солнечных батарей прошло штатно, зарядный ток нормальный. 
    Обработка траекторных данных показала, что станция выведена на траекторию, близкую к расчетной. По состоянию на 30 августа, когда Земля уже почти не возмущала движение Juno, параметры ее гелиоцентрической орбиты составляли: 

    >- наклонение - 0.066°; 
    >- перигелий - 1.009 а. е. (151.0 млн км); 
    >- афелий - 2.269 а. е. (341.7 млн км); 
    >- период обращения - 766.4 сут. 

    В каталоге Стратегического командования США «Юноне» присвоили номер 37773 и международное обозначение 2011-040А. 
    Американская межпланетная станция Juno станет девятым рукотворным объектом, достигшим Юпитера. До нее планету-гигант исследовали с пролетной траектории шесть американских аппаратов (Pioneer 10 и 11, Voyager 1 и 2, Cassini и New Horizons) и один европейский (Ulysses). На орбите вокруг Юпитера работал пока только один КА - Galileo. 
    Juno станет вторым искусственным спутником Юпитера и будет изучать его атмосферу, магнитосферу, а также искать твердое ядро. Стоимость миссии, включая создание КА, запуск и управление полетом, - 1.1 млрд $. 
    Выполнив один гравитационный маневр у Земли (9 октября 2013 г. аппарат пройдет на высоте всего 500 км над нашей планетой), станция достигнет своей цели 5 июля 2016 г. Предполагается, что «Юнона» проработает у Юпитера чуть больше года: вход КА в его атмосферу запланирован на 16 октября 2017 г. 
    Один оборот вокруг Юпитера станция будет совершать за 11 суток, приближаясь к планете на расстояние около 4600 км в перииовии и удаляясь на 2.8 млн км в апоцентре орбиты. Большую часть витка аппарат будет экономить энергию, а его солнечные батареи - подзаряжать аккумуляторы. 
    На борту космического аппарата находится памятная табличка, посвященная Галилео Галилею и предоставленная Итальянским космическим агентством. На ней изображен сам Галилей и нанесена надпись, сделанная им в январе 1610 г., когда он впервые наблюдал спутники Юпитера. 

    На борту находятся также три фигурки LEGO - самого Галилея, римского бога Юпитера и его жены Юноны. В римской мифологии Юпитер окутал себя покровом облаков, чтобы скрыть свои проступки. Юнона же наблюдала его с горы Олимп поверх облаков и смогла понять истинную сущность Юпитера. 

    LEGO-фигурка Юноны держит в руках увеличительное стекло как символ поиска истины, а игрушечный Юпитер - молнию. Обычно фигурки LEGO производят из пластмассы, но предназначенные специально для космической миссии сделали из алюминия, чтобы они выдержали экстремальные условия во время полета. 

Носитель Atlas V (551)

    Второй ступенью служит криогенный РБ (Разгонный Блок), построенный на базе эксплуатируемых уже почти 50 лет верхних ступеней Centaur. Для увеличения топливной загрузки баки блока удлинены, так что общая длина его составляет 12.68 м при диаметре 3.05 м. В составе ДУ используется форсированный кислородно-водородный двигатель RL10A-4-2 фирмы Pratt & Whitney, оснащенный соплом с раздвижным насадком. 
    В этом пуске были использованы и пять СТУ фирмы Aerojet созданные специально для семейства ракет Atlas V. По размерам (длина 20 м, диаметр 1.58 м, масса 47 т, тяга 170 тс) они сопоставимы с первой ступенью МБР MX Peacekeeper, несколько крупнее СТУ GEM носителей Delta, но меньше ускорителей PH Аriane 5. 

Научные задачи миссии

    Хотя Юпитер и изучают, с помощью АМС вот уже почти 40 лет (Pioneer 10 был запущен в марте 1972 г. и прошел вблизи Юпитера в декабре 1973 г.), планета-гигант по-прежнему не открыла всех своих тайн. Вот лишь несколько нерешенных вопросов: 

    >- Как сформировался Юпитер? 
    >- Сколько воды и кислорода содержится в его атмосфере? 
    >- Какова внутренняя структура Юпитера? 
    >- Вращается ли планета как твердое тело или различные слои имеют разную скорость вращения? 
    >- Есть ли у Юпитера твердое ядро, и если да, то насколько большое? 
    >- Каков механизм возникновения мощного магнитного поля планеты? 
    >- Как связаны различные феномены атмосферы Юпитера (вихри, полосы) с внутренними процессами? 
    >- Каков механизм полярных сияний на планете? 
    >- Как выглядят полюса Юпитера? 



    Цель 1. Изучение происхождения Юпитера и его внутреннего строения. 
    Существующая теория формирования Солнечной системы говорит, что все началось с гигантского газопылевого облака, из которого образовалось Солнце. Как и Солнце, Юпитер главным образом состоит из водорода и гелия. Таким образом, планета, скорее всего, сформировалась на раннем этапе развития Солнечной системы, захватив большую часть «строительного материала», оставшегося после рождения нашей звезды. Но как именно происходило образование Юпитера - остается неясным. Возможно, сначала сформировалось массивное планетарное ядро и своей гравитацией захватило весь окружающий газ? Или область туманности сразу стала собираться в одно целое, формируя при этом планету? Различия между этими сценариями огромны. 
    Еще более важный вопрос: состав и роль ледяных планетезималей в формировании Солнечной системы. Планетезималью называется небесное тело на орбите вокруг протозвезды, образующееся в результате постепенного слипания более мелких тел, состоящих из частиц пыли протопланетного диска. Непрерывно притягивая к себе новый материал и накапливая массу, планетезимали растут, пока под действием силы тяжести отдельные слагающие их фрагменты не начинают уплотняться. Уплотняющееся вещество увеличивает температуру в центре, начинается плавление - и образуется протопланета. 

    Ледяные планетезимали, вероятно, доставляли на прото-Землю такие материалы, как вода и углерод, которые являются «кирпичиками» жизни. В отличие от Земли, гигантская масса Юпитера позволила этой планете удержать первоначальный «строительный материал». Значит, изучая планету-гигант, можно проследить историю нашей Солнечной системы. «Юнона» измерит количество воды и аммиака в атмосфере Юпитера и определит, есть ли у планеты твердое ядро. А это, в свою очередь, даст информацию для ответа на вопрос о происхождении гигантской планеты и тем самым - всей Солнечной системы. 

    Juno также составит карту гравитационных и магнитных полей, что позволит лучше понять внутреннюю структуру планеты и измерить массу ее ядра. 

    Цель 2. Изучение атмосферы. 
    Насколько далеко вглубь Юпитера проникают разноцветные полосы его атмосферных потоков? Это один из интереснейших вопросов о гигантской планете. «Юнона» впервые определит структуру движения атмосферы Юпитера ниже верхнего слоя облаков, измерит состав, температуру и характер движения газовых масс. 

    Цель 3. Изучение магнитосферы Юпитера. 
    Глубоко в атмосфере Юпитера, под давлением в несколько миллионов атмосфер, водород сжат настолько, что переходит в металлическое состояние. Протоны и электроны в нем существуют раздельно, поэтому металлический водород является хорошим проводником электричества. Мощные токи, возникающие в слое жидкого металлического водорода, порождают гигантское магнитное поле Юпитера. А оно, в свою очередь, направляя частицы в атмосферу планеты, вызывает самые мощные полярные сияния в Солнечной системе. 

 

    «Юнона» впервые будет изучать заряженные частицы и магнитные поля возле полюсов планеты-гиганта, одновременно наблюдая полярные сияния в ультрафиолетовом диапазоне, что позволит лучше понять механизм этого явления. Кроме того, магнитное поле Юпитера и его взаимодействие со спутниками послужит своего рода моделью взаимодействия магнитного поля молодой звезды с планетами. 

 

    «С помощью Juno мы изучим один из первых шагов, самое раннее время в истории нашей Солнечной системы, - объясняет Скотт Болтон (Scott Bolton), научный руководитель миссии. - Мы попробуем ответить на вопросы: что произошло сразу после образования Солнца? Что позволило сформировать планеты и почему планеты имеют немного другой состав, чем Солнце?» 

 

    «Если мы поймем роль, которую играл Юпитер в пору формирования планет, - продолжает ученый, - узнаем, как он регулировал их появление, в том числе и Земли, а также, возможно, даже самой жизни, то будем знать, как искать другие планеты, подобные Земле. Станет ясно, какую роль в их рождении играют планеты-гиганты, которые мы уже обнаружили у других звезд. Юпитер можно сравнить с Розеттским камнем. Он образовался раньше, чем все остальные наши планеты, имеет наибольшую массу и хранит в зашифрованном виде практически всю историю Солнечной системы. A Juno просто предстоит расшифровать то, что Юпитер может нам сообщить». 

 

 

 
    Будет ли «Юнона» встречаться со спутниками Юпитера? Да, но таких встреч будет немного, и они будут не очень близкими, лишь до 100-200 тыс км. Кроме того, на Juno просто нет оборудования для детальной съемки спутников, ведь основная цель проекта - сам Юпитер. 

    26 августа для проверки бортовой камеры «Юнона» сфотографировала Землю и Луну с расстояния 9.6 млн км: оба небесных тела выглядели небольшими яркими дисками на фоне черного неба. «Это удивительное зрелище, которое люди наблюдают так редко. Снимок показывает, как Земля выглядит со стороны, - это особый взгляд на нашу роль и место во Вселенной», - отметил научный руководитель миссии Скотт Болтон.

    Тут я (Алексей Хохлов) не могу удержаться от реплики: во время последнего сближения АМС Juno с Землёй, её камера сделала ещё несколько снимков Земли и Луны, которые стали ещё более удивительным зрелищем:

 

 

 

**************************************************************************************

Я привёл сокращённый вариант статьи Александра Ильина, посвящённой миссии Juno и написанной в начале его путешествия, с моими иллюстрациями и видео. Целиком эта статья доступна ЗДЕСЬ.