Юнона (космический аппарат)

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
«Юнона» («Джуно»)
Juno, Jupiter Polar Orbiter
JUNO - PIA13746.jpg
«Юнона»(рисунок художника)
Заказчик

NASA/JPL

Производитель

Соединённые Штаты Америки Lockheed Martin

Оператор

Соединённые Штаты Америки NASA

Задачи

Исследование атмосферы, магнитного поля и магнитосферы, внутренней структуры Юпитера, составление карты ветров

Спутник

Юпитера

Выход на орбиту

5 июля 2016 года[1]

Запуск

5 августа 2011, 12:25:00 UTC

Ракета-носитель

«Атлас-5» версии 551

Стартовая площадка

Соединённые Штаты Америки Канаверал SLC-41

Длительность полёта

4,9 года

NSSDC ID

2011-040A

SCN

37773

Стоимость

Около 1 млрд долларов

Технические характеристики
Масса

3625 кг

Размеры

3,5 м x 3,5 м,
или 20 м с развёрнутыми солнечными панелями[2]

Мощность

420 Вт

Источники питания

Три лепестка солнечных батарей из 18 698 элементов

Движитель

LEROS-1b[en] (основной)

Витков за день

1/53.5 с переходом на 1/14 витка (с 19.10.2016)

Логотип миссии

Juno mission insignia.svg

Сайт проекта
Commons-logo.svg «Юнона» («Джуно») на Викискладе

«Юнона» (также «Джуно», от англ. Juno, Jupiter Polar Orbiter) — автоматическая межпланетная станция НАСА, запущенная 5 августа 2011 года для исследования Юпитера[3]. Это второй проект в рамках программы «Новые рубежи». Выход аппарата на полярную орбиту газового гиганта произошёл 5 июля 2016 года. Целью миссии является изучение гравитационного и магнитного полей планеты, а также проверка гипотезы о наличии у Юпитера твёрдого ядра. Кроме того, аппарат должен заняться исследованием атмосферы планеты — определением содержания в ней воды и аммиака, а также построением карты ветров, которые могут достигать скорости в 618 км/ч[4]. «Юнона» также продолжит изучение районов южного и северного полюсов Юпитера, начатое АМС «Пионер-11» в 1974 году (северная полярная область)[5] и АМС «Кассини» в 2000 (южная полярная область)[6].

«Юнона» стала вторым космическим аппаратом, вышедшим на орбиту вокруг Юпитера, после «Галилео», находившегося на орбите вокруг газового гиганта с 1995 по 2003 год[7].

Космический аппарат питается от солнечных батарей, что более характерно для аппаратов, работающих около планет земной группы, в то время как в полётах ко внешним планетам чаще всего используют РИТЭГи. Солнечные батареи «Юноны» являются крупнейшими солнечными батареями, использующимися автоматическими межпланетными станциями на данный момент для выработки электроэнергии. Кроме того, три солнечные батареи играют важнейшую роль в стабилизации аппарата[8].

Название космического корабля происходит из греко-римской мифологии. Бог Юпитер закрыл себя завесой облаков, чтобы скрыть свои проделки, но его жена, богиня Юнона, смогла заглянуть сквозь облака и увидеть его истинную натуру[9].

Подготовка миссии и полёт[править | править вики-текст]

В июне 2005 года миссия находилась в стадии предварительного проектирования. Строительством аппарата занималась компания Lockheed Martin Space Systems под управлением Лаборатории реактивного движения НАСА. Глава директората научных программ НАСА Алан Cтерн в мае 2007 года заявил[10], что в 2008 финансовом году будут закончены фазы предварительного проектирования и достигнуто состояние готовности проекта к реализации[11].

В процессе работ время разработки некоторых компонентов «Юноны» было продлено по сравнению с запланированными сроками. Одной из причин задержки стало землетрясение в Центральной Италии в 2009 году, которое нанесло повреждения заводу, производившему компонент АМС[12].

Запуск «Юноны»

Запуск произведён 5 августа 2011 года. Для запуска использована ракета-носитель «Атлас-5» версии 551 c двигателем РД-180 российского производства[13]. Время полёта к Юпитеру составило 4,9 года. Дата выхода на орбиту — 5 июля 2016 года[3]. Зонд планировалось направить по вытянутой полярной орбите с периодом обращения около 11 земных суток, с максимальным приближением к планете менее 5000 км[14][15]; летом 2015 года были внесены коррективы: решено изменить орбиту так, чтобы один оборот вокруг Юпитера зонд совершал не за 11 земных суток, как предполагалось ранее, а за 14.

«Юнона» после отделения от разгонного блока «Центавр» и перед раскрытием солнечных батарей (в представлении художника)

Основная миссия должна продлиться более года. В отличие от предыдущих аппаратов, исследовавших Юпитер и имевших радиоизотопные термоэлектрогенераторы (РИТЭГи) для обеспечения энергией, на «Юноне» установлены три солнечные батареи длиной 8,9 м (из них одна имеет ширину 2,1 м, а остальные — 2,9 м) с повышенной на 50 % по отношению к прошлым миссиям эффективностью и устойчивостью к радиации, и два литий-ионных аккумулятора, ёмкостью по 55 ампер-часов каждый. Общая мощность вырабатываемой энергии — 490 Вт в начале миссии и 420 Вт к моменту её завершения[2].

Испытания[править | править вики-текст]

13 марта 2011 года на испытательном стенде Lockheed Martin Space Systems «Юнона» успешно прошла двухнедельные температурные испытания в вакуумной камере[16].

Стоимость[править | править вики-текст]

На начальном этапе проектирования, в 2005 году, планировалось, что стоимость миссии не превысит 700 миллионов долларов США при условии, что пуск будет осуществлён не позднее 30 июня 2010 года[17]. Однако впоследствии сумма затрат была пересмотрена в бо́льшую сторону. В декабре 2008 года было заявлено, что учитывая инфляцию и перенос запуска на август 2011 года, общий бюджет миссии немного превысит 1 миллиард долларов[18].

Прошедшие события[править | править вики-текст]

Траектория «Юноны» в околосолнечном пространстве; отмечены 30-дневные интервалы.

30 августа 2012 года на расстоянии 483 миллиона километров от Земли, за пределами орбиты Марса была выполнена первая коррекция траектории полёта. Маршевый двигатель LEROS-1b[en] был включен на 29 минут 39 секунд[19].

14 сентября 2012 года была выполнена вторая коррекция орбиты. Главный двигатель «Юноны» начал работать в пятницу в 15:30 UTC, когда аппарат находился в 480 миллионах километров от Земли[20]. Он проработал около 30 минут и израсходовал 376 килограммов топлива.

В результате двух коррекций скорость зонда увеличилась на 388 метров в секунду[21], а траектория полёта была направлена обратно к Земле для проведения гравитационного манёвра с облётом Земли, запланированного на 9 октября 2013 года[19].

К февралю 2013 года зонд преодолел расстояние в 1 миллиард километров.

17 марта 2013 года «Юнона» второй раз пересекла орбиту Марса уже по направлению к Земле.

С 29 мая 2013 года станция находилась в фазе полёта, получившей название Inner Cruise 3, которая продлилась до ноября 2013 года[22].

Снимок Южной Америки, сделанный камерой «Юноны» при пролёте Земли в октябре 2013 года

9 октября 2013 года «Юнона» совершила гравитационный манёвр у Земли в 559 км от её поверхности для разгона аппарата[23]. Приращение скорости аппарата в ходе гравитационного маневра составило 7,3 км/с; скорость зонда после совершения гравитационного маневра почти утроилась и составила около 40 000 км/ч (11,1 км/с) относительно Солнца. Также было проведено тестирование научных приборов, в ходе которого произошла нештатная ситуация — зонд ушёл в спящий режим; проблему удалось полностью устранить 17 октября. Во время сближения с Землей «Юнона» сделала снимки побережья Южной Америки и Атлантического океана; также был сделан снимок Юпитера (расстояние в тот момент составляло 764 млн км). Следующие снимки будут произведены уже с орбиты Юпитера.

5 июля 2016 года космический зонд «Юнона», преодолев 2,8 миллиарда км (18,7 а. е.), достиг орбиты Юпитера.

Планируемые события[править | править вики-текст]

Будущая орбита «Юноны» относительно радиационных поясов Юпитера

27 августа состоится первое сближение «Юноны» с Юпитером. В этот день зонд начнет полномасштабное изучение планеты-гиганта с помощью всех своих приборов. В этот же день будут получены первые детальные снимки Юпитера при помощи JunoCam[24].

Аппарат должен сделать 37 оборотов вокруг Юпитера, каждый из которых будет занимать 14 земных дней. Вращение аппарату будет придано таким образом, чтобы каждый из научных приборов выполнил свою задачу.

В ноябре 2016 года в течение 20 дней «Юнона» совершит 2 калибровочных витка вокруг планеты для подстройки научной аппаратуры.

С помощью инструментов, работающих в инфракрасном и микроволновом диапазонах, «Юнона» измерит тепловое излучение, исходящее из глубин планеты. Эти наблюдения позволят дополнить картину предыдущих исследований состава планеты, оценив количество и распределение воды, и, следовательно, кислорода. Эти данные помогут дать представление о происхождении Юпитера. Кроме того, «Юнона» будет исследовать конвекционные процессы, которые управляют общей циркуляцией атмосферы. С помощью других приборов будут собраны данные о гравитационном поле планеты и о полярных областях магнитосферы[25].

В феврале 2018 года аппарат будет сведён с орбиты и направлен в атмосферу газового гиганта, где сгорит[1]. Сделано это будет для предупреждения столкновения в будущем с одним из галилеевых спутников Юпитера (где допускается возможность существования жизни, поэтому их загрязнение биологическим материалом с Земли нежелательно)[26].

Анализ полученной от аппарата информации займёт несколько лет.

Задачи и инструменты[править | править вики-текст]

«Юнона» на стадии конструирования. Тесты на вращательном стенде.

Структура атмосферы:
Microwave Radiometer (MWR) — микроволновый радиометр; фиксирует излучение с длиной волны 1,3—50 сантиметров, состоит из шести отдельных радиометров; основная цель — исследование глубоких слоёв атмосферы Юпитера. Проникающая способность — 550 километров вглубь облаков планеты. MWR должен помочь ответить на вопрос о том, как формировался Юпитер, а также о том, насколько глубоко заходит циркуляция атмосферы, обнаруженная космическим аппаратом «Галилео». Радиометр исследует количество аммиака и воды в атмосфере[25][27].

Видеорепортаж «Голоса Америки» о последних приготовлениях перед запуском космического аппарата. Рассказывается о миссии аппарата и об основных деталях конструкции

Магнитное поле:
магнитометр Flux Gate Magnetometer (FGM) и прибор для регистрации положения относительно магнитного поля планеты Advanced Stellar Compass (ASC).
Эти инструменты служат целям картирования магнитного поля и изучения динамики процессов в магнитосфере, а также определения трёхмерной структуры магнитосферы на полюсах Юпитера[25][28].

Программа для исследования магнитосферы на полюсах:
Jovian Aurora Distribution Experiment (JADE) предназначен для исследования полярных сияний на Юпитере.

Energetic Particle Detector (JEDI) будет фиксировать распределение ионов водорода, гелия, кислорода, серы и других на полюсах.

WAVES — спектрометр для исследования областей полярных сияний.

UV spectrograph (UVS) — спектрограф ультрафиолетового излучения; будет фиксировать длину волны, положение и время для фотонов ультрафиолетового спектра; будет предоставлять спектрограмму ультрафиолетового излучения из областей полярного сияния[29].

Внутренняя структура:
Gravity Science Experiment (GSE) — путём измерения гравитационного поля прибор построит карту распределения масс на Юпитере[30].

Съёмка поверхности:
JunoCam (JCM) — трёхцветная неподвижная видеокамера, единственная на зонде. Произведена по той же технологии, что и камера MARDI марсохода Кьюриосити, и имеет 2-МП сенсор (1600 на 1200 пикселей) Kodak KAI-2020. Камера спроектирована таким образом, что наиболее детализированные снимки будут получены лишь во время максимальных сближений зонда с планетой на высотах 1800—4300 км от облаков и будут иметь разрешение 3—15 км на пиксель (для сравнения: телескоп «Хаббл» с расстояния 600 млн км в 2009 году смог получить снимок планеты с разрешением 119 км на пиксель[31]). Все остальные изображения будут иметь значительно более низкое разрешение, около 232 км на пиксель, поэтому возможности камеры не позволят снимать ей спутники Юпитера (в самой удалённой точке орбиты сам Юпитер при такой детализации будет иметь размер 75 пикселей в поперечнике, а Ио, даже если она будет находиться прямо над «Юноной», на расстоянии около 345 тыс. км, будет иметь размер около лишь 16 пикселей в поперечнике; изображения остальных спутников будут ещё менее чёткими). Кроме того, из-за телекоммуникационных ограничений «Юнона» сможет передавать на Землю лишь 40 Мбайт данных (от 10 до 1000 фотографий) из каждого 14-дневного орбитального периода[32]. Предполагается, что прежде, чем радиация Юпитера выведет из строя электронику камеры, та за восемь витков аппарата вокруг планеты успеет сделать достаточное количество снимков[33].

Солнечные батареи[править | править вики-текст]

«Юнона» является первой миссией к Юпитеру, использующей солнечные батареи вместо радиоизотопных термоэлектрических генераторов. Находясь на орбите Юпитера, «Юнона» будет получать всего 4 % от того солнечного света, который аппарат мог бы получать на Земле[34], однако улучшения в технологии изготовления и эффективности батарей в течение последних десятилетий смогли позволить использовать солнечные батареи приемлемых размеров на расстоянии в а. е. от Солнца.

«Юнона» использует три симметрично расположенных массива солнечных батарей. Каждый из этих массивов составляет 2,7 метра в ширину и 8,9 метра в длину. Один из массивов немного у́же других, его ширина составляет 2,091 метра, что сделано для облегчения складывания батарей при старте. Общая площадь всех батарей — 60 м². Если бы батареи использовались на орбите Земли, они бы производили около 15 киловатт энергии. На орбите Юпитера мощность батарей составит всего 486 ватт, при этом со временем она уменьшится до 420 ватт из-за воздействия радиации[35]. Солнечные батареи будут находиться на солнечном свету практически в течение всего полёта.

На борту также находятся два литий-ионных аккумулятора, которые будут питать аппарат во время прохождения в тени. Аккумуляторы будут заряжаться, когда будут доступны излишки энергии[25].

Интересные факты[править | править вики-текст]

Фигурки LEGO на борту космического аппарата

На борту космического аппарата находится табличка, посвящённая Галилео Галилею. Табличка была представлена Итальянским космическим агентством, её размер составляет 7,1 на 5,1 сантиметра, а вес — 6 граммов. На табличке изображен сам Галилей, а также надпись, сделанная им в январе 1610 года, когда он впервые наблюдал объекты, которые впоследствии стали известны как галилеевы спутники.

Также на борту находятся три фигурки LEGO — Галилея, римского бога Юпитера и его жены Юноны[36]. Фигурка Юноны держит в руках увеличительное стекло, как символ поиска истины, а Юпитер — молнию. Хотя фигурки LEGO производятся из пластмассы, эти фигурки были сделаны из алюминия, чтобы выдержать экстремальные условия во время полёта[37].

Хронология полёта[править | править вики-текст]

Дата Событие Статус
5 августа 2011 Запуск Успех[38]
31 августа 2012 Первая коррекция гравитационного маневра для увеличения скорости Успех[39]
18 сентября 2012 Вторая коррекция маневра для возвращения к Земле по пути к Юпитеру для увеличения скорости Успех[40]
13 августа 2013 Пройдена половина пути до Юпитера Успех[41]
9 октября 2013 Гравитационный манёвр у Земли для увеличения скорости до 40 000 км/ч (11,1 км/с) Успех[42]
10 октября 2013 Переход в «безопасный режим» Временное
самоотключение[43]
12 октября 2013 Выход из «безопасного режима» Успех[44]
29 июня 2016 Передача первых фотографий Юпитера и его спутников с Юноны Успех[45]
30 июня 2016 Передача «песни солнечного ветра» из системы Юпитера Успех[46]
5 июля 2016 Переход на орбиту вокруг Юпитера Успех[47]
6 июля 2016 Включение пяти научных инструментов после их отключения перед выходом на орбиту Юпитера Успех[48]
13 июля 2016 Передача первых снимков с орбиты Юпитера на Землю Успех[49]
27 августа 2016 Максимальное сближение с Юпитером ожидается сегодня. [50]
19 октября 2016 Переход с 53,5 на 14-дневную орбиту ожидается через 1 месяц 22 дня. [51]
Февраль 2018 Уничтожение космического аппарата путём сведения его с орбиты в атмосферу Юпитера Планируется [1]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. 1 2 3 Juno – Mission Overview, NASA (21 сентября 2015). Проверено 8 декабря 2015.
  2. 1 2 Juno Spacecraft Information — Power Distribution. Spaceflight 101 (2011). Проверено 6 августа 2011. (англ.)
  3. 1 2 NASA запустило межпланетную станцию к Юпитеру.
  4. Winds in Jupiter’s Little Red Spot almost twice as fast as strongest hurricane
  5. Fred W. Price. The Planet Observer's Handbook. — Cambridge University Press, 2000. — P. 233.
  6. Map of Jupiter's South. NASA (23-03-2008).
  7. Американский космический аппарат Juno. Досье. ТАСС (5 июля 2016). Проверено 5 июля 2016.
  8. NASA — Juno’s Solar Cells Ready to Light Up Jupiter Mission. Проверено 4 октября 2015.
  9. NASA’s Juno Spacecraft Launches to Jupiter. NASA (August 5, 2011). Проверено 5 августа 2011.
  10. SpaceRef.Com. Statement of Alan Stern before the Subcommittee on Space and Aeronautics, House Committee on Science and Technology (англ.) (6 мая 2007). Проверено 27 мая 2007. Архивировано из первоисточника 24 августа 2011.
  11. Имеется в виду завершение фазы «B» (Phase B) в стандартном процессе реализации проектов НАСА (см.)
  12. NASA Juno spacecraft will target Jupiter (англ.). NetworkWorld.com (6 апреля 2010). Проверено 25 марта 2011. Архивировано из первоисточника 24 августа 2011.
  13. А. Ильин. Космическая станция Juno (Юнона) летит к Юпитеру.
  14. A new spacecraft will orbit Jupiter for over a year (англ.). Thunderbolts.info. Проверено 20 ноября 2012. Архивировано из первоисточника 24 ноября 2012.
  15. Профиль миссии «Юнона» на сайте NASA Science (англ.). NASA Science. Проверено 20 ноября 2012. Архивировано из первоисточника 24 ноября 2012.
  16. Juno Marches On (англ.). NASA (22 марта 2011). Проверено 25 марта 2011. Архивировано из первоисточника 24 августа 2011.
  17. NASA Selects New Frontiers Mission Concept Study (англ.). NASA Jet Propulsion Laboratory (1 июня 2005). Проверено 25 марта 2011. Архивировано из первоисточника 24 августа 2011.
  18. NASA Moving Ahead with 2011 Juno Mission to Jupiter (англ.). Spacenews (Space.com) (9 декабря 2008). Проверено 25 марта 2011. Архивировано из первоисточника 24 августа 2011.
  19. 1 2 NASA’s Jupiter-Bound Juno Changes its Orbit (англ.). NASA. Проверено 20 ноября 2012. Архивировано из первоисточника 24 ноября 2012.
  20. Deep Space Maneuver (англ.). NASA. Проверено 20 ноября 2012. Архивировано из первоисточника 24 ноября 2012.
  21. Ильин А. (2012). «Манёвры «Юноны»». Новости космонавтики. Проверено 2012-11-20.
  22. Juno Position & Status (7 июня 2013). Архивировано из первоисточника 13 июня 2013.
  23. Зонд «Джуно» вернулся к нормальной работе, пролетев мимо Земли, РИА Новости (12 октября 2013). Проверено 12 октября 2013.
  24. Астрономы-любители «собрали» первое видео облета Юпитера зондом Juno. РИА Новости (23 августа 2016). Проверено 23 августа 2016.
  25. 1 2 3 4 Juno Launch. Пресс-кит NASA за август 2011 года (англ.). NASA. Проверено 20 ноября 2012. Архивировано из первоисточника 24 ноября 2012.
  26. Planetary Protection | Mission Juno (англ.).
  27. Juno instruments. Microwave Radiometer (англ.). Висконсинский университет в Мадисоне. Проверено 20 ноября 2012. Архивировано из первоисточника 24 ноября 2012.
  28. Juno instruments. Magnetic Field Investigation (англ.). Висконсинский университет в Мадисоне. Проверено 20 ноября 2012. Архивировано из первоисточника 24 ноября 2012.
  29. Juno instruments. Polar Magnetosphere Suite (англ.). Висконсинский университет в Мадисоне. Проверено 20 ноября 2012. Архивировано из первоисточника 24 ноября 2012.
  30. Juno instruments. Gravity Science Experiment (англ.). Висконсинский университет в Мадисоне. Проверено 20 ноября 2012. Архивировано из первоисточника 24 ноября 2012.
  31. Collision leaves giant Jupiter bruised (09.09.2009).
  32. Junocam will get us great global shots down onto Jupiter’s poles (05.08.2011).
  33. Juno instruments. JunoCam (англ.). Висконсинский университет в Мадисоне. Проверено 20 ноября 2012. Архивировано из первоисточника 24 ноября 2012.
  34. Juno Spaceflight Information. Spaceflight 101. Архивировано из первоисточника 4 февраля 2012.
  35. Juno prepares for mission to Jupiter. Machine Design. Архивировано из первоисточника 4 февраля 2012.
  36. LEGO Figures Flying On NASA Jupiter Probe (англ.). FoxNews (5 августа 2011). Проверено 8 августа 2011. Архивировано из первоисточника 24 августа 2011.
  37. LEGO Figures Flying On NASA Jupiter Probe (англ.). Space.com. Проверено 20 ноября 2012. Архивировано из первоисточника 24 ноября 2012.
  38. Ракета-носитель с зондом Juno стартовала с мыса Канаверал - НАСА. РИА Новости (5 августа 2011). Проверено 5 июля 2016.
  39. Зонд "Джуно" выполнил первую из двух коррекций для возвращения к Земле. РИА Новости (31 августа 2012). Проверено 5 июля 2016.
  40. Juno выполнил второй маневр для возвращения к Земле по пути к Юпитеру. РИА Новости (18 сентября 2012). Проверено 5 июля 2016.
  41. Американский зонд "Джуно" преодолел половину пути к Юпитеру. РИА Новости (13 августа 2013). Проверено 5 июля 2016.
  42. Спутник НАСА, совершив гравитационный маневр вокруг Земли, устремится к Юпитеру (9 октября 2013). Проверено 5 июля 2016.
  43. Зонд «Джуно» выпал в «безопасный режим» во время пролёта мимо Земли. РИА Новости (10 октября 2013). Проверено 5 июля 2016.
  44. Зонд «Джуно» вернулся к нормальной работе, пролетев мимо Земли. РИА Новости (12 октября 2013). Проверено 5 июля 2016.
  45. Tony Greicius. Juno Closes in on Jupiter. NASA (4 июля 2016). Проверено 5 июля 2016.
  46. Зонд Juno передал «песню солнечного ветра» из системы Юпитера. РИА Новости (30 июня 2016). Проверено 5 июля 2016.
  47. Научный зонд Juno вышел на орбиту Юпитера (5 июля 2016).
  48. Mission Status Report:Team Begins Powering up Science Instruments | Mission Juno (англ.). NASA (6 July 2016). Проверено 13 июля 2016.
  49. Зонд Juno передал первые снимки Юпитера. ТАСС (13 июля 2016). Проверено 13 июля 2016.
  50. Зонд Juno начал передавать на Землю сигнал с орбиты Юпитера. РИА Новости (5 июля 2016). Проверено 5 июля 2016.
  51. Juno Enters Orbit Around Jupiter. NASA (5 июля 2016). Проверено 5 июля 2016.

Ссылки[править | править вики-текст]