Юнона (англ. Juno, также Jupiter Polar Orbiter) — автоматическая межпланетная станция НАСА, запущенная 5 августа 2011 года для исследования Юпитера^[2]. Это второй проект в рамках программы New Frontiers. Целью миссии является выход аппарата на полярную орбиту искусственного спутника газового гиганта в 2016 году, изучение магнитного поля 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. «Юнона» станет первым аппаратом на солнечных батареях, предназначенным для изучения весьма удалённого от Солнца Юпитера. «Юнона» также станет и первым аппаратом, сделавшим снимки северного и южного полюсов Юпитера. Предыдущим космическим миссиям до сих пор не удавалось сфотографировать полюсы Юпитера, также это невозможно сделать с Земли.

Подготовка миссии и полёт

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 Штерн в мае 2007 года заявил^[3], что в 2008 финансовом году будут закончены фазы предварительного проектирования и достигнуто состояние готовности проекта к реализации^[4].

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^[5].

Запуск произведён 5 августа 2011 года. Для запуска использована ракета-носитель Атлас-5 версии 551. Время полёта к Юпитеру составит 5,2 года. Дата выхода на орбиту — август 2016 года^[2]. Зонд планируется направить по вытянутой полярной орбите с периодом обращения около 11 земных суток, с максимальным приближением к планете менее 5000 км^[6][7].

Основная миссия должна продлиться более года. В отличие от предыдущих аппаратов, исследовавших Юпитер и имевших радиоизотопные термогенераторы (РИТЭГ) 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-час каждый. Общая мощность вырабатываемой энергии — 490 Вт в начале миссии и 420 Вт к моменту её завершения^[1].

Испытания

13 марта 2011 года на испытательном стенде Lockheed Martin Space Systems «Юнона» успешно прошла двухнедельные температурные испытания в вакуумной камере^[8].

Стоимость

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^[9]. 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^[10].

Прошедшие события

30 августа 2012 года на расстоянии 483 миллиона километров от Земли была выполнена первая коррекция траектории полёта. Главный двигатель Leros-1b был включен на 29 минут 39 секунд^[11].

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^[12]. Он проработал около 30 минут и израсходовал 376 килограммов топлива. После выполнения манёвра скорость зонда изменилась на 388 метров в секунду^[13]. Обе коррекции были выполнены для проведения гравитационного манёвра с облётом Земли, запланированного на 9 октября 2013 года^[11].

Февраль 2013 года — зонд преодолел расстояние в 1 млрд км.

17 марта 2013 года «Юнона» пересекла орбиту Марса и направилась в сторону Земли.

С 29 мая 2013 года станция находится в фазе полета, получившей название Inner Cruise 3, который продлится до ноября 2013 года^[14].

9 октября 2013 года «Юнона» совершила гравитационный манёвр у Земли в 559 км от её поверхности для разгона аппарата^[15]. Приращение скорости аппарата после гравитационного маневра составило 7,3 км/с. Скорость зонда после совершения гравитационного маневра составила 40 000 км/ч. Также было проведено тестирование научных приборов, в ходе которого произошла нештатная ситуация — зонд ушел 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 только в июле 2016 года, после выхода зонда на орбиту Юпитера.

Планируемые события

В июле 2016 года, после пятилетнего перелёта, преодолев 2,8 млрд км (18,7 а. е.), «Юнона» выйдет на орбиту Юпитера. В течение одного земного года аппарат должен сделать 33 оборота вокруг Юпитера, каждый из которых будет занимать 11 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^[16].

В октябре 2017 года аппарат будет сведен с орбиты и направлен в атмосферу газового гиганта, где сгорит. Таким образом будет предупреждено возможное столкновение в будущем с одним из галилеевых спутников Юпитера (где допускается возможность существования жизни, поэтому их загрязнение биологическим материалом с Земли нежелательно).

Анализ полученной от аппарата информации займет несколько лет.

Задачи и инструменты

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^[17][16].

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 изучение динамики процессов в магнитосфере, а также определение трёхмерной структуры магнитосферы на полюсах Юпитера^[18][16].

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 др. 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^[19].

Внутренняя структура: Gravity Science Experiment (GCE) — путём измерения гравитационного поля прибор построит карту распределения масс на Юпитере^[20].

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^[21]). 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 удаленной точке орбиты сам Юпитер при такой детализации будет иметь размер 75 пикселей в поперечнике, а Ио, даже если будет находиться прямо над Юноной, на расстоянии около 345 тыс. км, будет иметь размер около 16 пикселей в поперечнике, изображения остальных спутников будут ещё менее четкими). Кроме того, из-за телекоммуникационных ограничений, Юнона сможет передавать на Землю лишь 40 Мб данных (от 10 до 1000 фотографий) из каждого 11-дневного орбитального периода^[22]. Предполагается, что прежде чем радиация Юпитера выведет из строя электронику камеры, та, за восемь витков аппарата вокруг планеты, успеет сделать достаточное количество снимков^[23].

Солнечные панели

«Юнона» является первой миссией к Юпитеру, использующей солнечные панели вместо радиоизотопных термоэлектрических генераторов. Находясь на орбите Юпитера, «Юнона» будет получать всего 4 % от того солнечного света, который аппарат мог бы получать на Земле^[24], однако улучшения в технологии изготовления и эффективности панелей в течение последних десятилетий смогли позволить использовать солнечные панели приемлемых размеров на расстоянии в 5 а.е. от Солнца.

«Юнона» использует три симметрично расположенных массива солнечных панелей. Каждый из этих массивов составляет 2,7 метра в ширину и 8,9 метров в длину. Один из массивов немного уже других, его ширина составляет 2,091 метров, что сделано для облегчения складывания панелей при старте. Общая площадь всех панелей — 60 квадратных метров. Если бы панели использовались на орбите Земли, они бы производили около 15 киловатт энергии. На орбите Юпитера мощность составит всего 486 ватт, при этом со временем она уменьшится до 420 ватт из-за воздействия радиации^[25]. Солнечные панели будут находиться под солнечным светом практически в течение всей миссии.

На борту также находятся два литий-ионных аккумулятора, которые будут питать аппарат во время прохождения в тени. Аккумуляторы будут заряжаться, когда доступны излишки энергии^[16].

Фигурки LEGO и табличка Галилея

На борту космического аппарата находится табличка, посвященная Галилео Галилею. Табличка была представлена Итальянским космическим агентством, её размер составляет 7,1 на 5,1 сантиметров, а вес — 6 грамм. 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^[26]. В римской мифологии Юпитер окутал себя покровом облаков, чтобы скрыть свои проступки. Юнона же наблюдала его с горы Олимп поверх облаков и могла понять истинную сущность Юпитера. Фигурка Юноны держит в руках увеличительное стекло, как символ поиска истины, а Юпитер — молнию.

Хотя все фигурки LEGO производятся из пластмассы, эти фигурки были сделаны из алюминия, чтобы выдержать экстремальные условия во время полёта^[27].

Примечания