Czwartkowy start misji JUICE pokrzyżowała pogoda. Kolejna próba czeka nas jutro

Sonda JUICE miała w czwartek rozpocząć swoją podróż przez Układ Słoneczny. Urządzenie Europejskiej Agencji Kosmicznej miało być wyniesione przez rakietę Ariane 5 z portu kosmicznego w Gujanie Francuskiej. Wylot zaplanowany został na godzinę 9.15 czasu lokalnego (w Polsce - 14.15). Niestety, z powodu niekorzystnych warunków atmosferycznych - a konkretnie ryzyka wyładowań atmosferycznych - start został przeniesiony na piątek na godzinę 14.14.

- Nasze stacje naziemne są gotowe do startu - informowała od środy Gabriela Ravera, dyrektor operacji naziemnych misji JUICE.

Celem misji JUICE są badania Jowisza i trzech jego dużych księżyców: Ganimedesa, Kallisto i Europy. Są to tzw. lodowe światy, pod których grubymi lodowymi skorupami mogą istnieć oceany płynnej wody. Ganimedes, największy księżyc w Układzie Słonecznym, jest większy od planety Merkury i jako jedyny z księżyców w naszym systemie planetarnym posiada własne pole magnetyczne. Kallisto to pozostałość po "młodości" Jowisza i okazja do zbadania, jak powstawał system ciał niebieskich dookoła gazowego olbrzyma. Ostatni cel misji, Europa, jest jednym z miejsc w Układzie Słonecznym, gdzie mogą panować warunki do podtrzymania życia.

Sonda będzie też badać samego Jowisza i jego otoczenie. Przeprowadzone zostaną badania atmosfery, środowiska magnetycznego planety, wulkanicznego księżyca Io i mniejszych księżyców. Przykładowo naukowcy będą chcieli dowiedzieć się, jak z upływem czasu zmienia się górna warstwa atmosfery gazowego olbrzyma, a także dlaczego Wielka Czerwona Plama maleje. Będą też badać zorze polarne Jowisza oraz jego pierścienie.

Dotarcie do Jowisza nie będzie proste. Po wystrzeleniu z Ziemi sonda w sierpniu 2024 roku ponownie minie naszą planetę i Księżyc. W sierpniu 2025 roku nastąpi przelot koło Wenus, w sierpniu 2026 roku ponowny przelot koło Ziemi i kolejny w 2029 roku. Manewry te noszą nazwę asyst grawitacyjnych i ułatwiają skierowanie obiektu na właściwe tory. Dotarcie do Jowisza ma nastąpić w lipcu 2031 roku, czyli za 8 lat. Od lipca 2031 roku do listopada 2034 roku nastąpi łącznie 35 przelotów w pobliżu lodowych księżyców Jowisza, a w grudniu 2034 sonda ma wejść na orbitę wokół Ganimedesa.

Głównym realizatorem misji jest ESA. W projekcie współpracuje także NASA, japońska agencja kosmiczna JAXA, jak i izraelska agencja kosmiczna ISA. Wkład w niektóre elementy misji ma też Polska. W projekt zaangażowanych jest 18 instytucji, 23 kraje, 83 firmy i ponad 2000 osób. Koszt misji to około 1,6 miliarda euro.

JUICE to duża sonda wyposażona w 10 instrumentów naukowych (dziewięć kierowanych przez Europę, a jeden przez NASA), jeden eksperyment o nazwie PRIDE związany z pomiarami przy pomocy ziemskich radioteleskopów, a także jeden monitor promieniowania (RADEM). JUICE jako pierwsza w historii sonda kosmiczna wejdzie na orbitę wokół księżyca innego niż ziemski. Jako pierwsza zmieni również orbitę z obiegającej inną planetę na orbitę wokół księżyca tej planety.

Polska ma w misji udział zarówno naukowy, jak i techniczny. Naukowa część polskiego zaangażowania w misję związana jest przede wszystkim z Centrum Badań Kosmicznych PAN (CBK PAN), które odpowiadało za przygotowanie jednego z kluczowych instrumentów sondy - RPWI (ang. Radio & Plasma Waves Investigation).

- Jego zadanie będzie polegało na badaniu pola elektromagnetycznego pyłu otaczającego poszczególne księżyce - wyjaśniła prof. dr hab. Hanna Rothkaehl, kierownik Zakładu Fizyki Plazmy Centrum Badań Kosmicznych PAN, która kierowała polską grupą naukowców nad tym urządzeniem. - Pomiar gradientów tych pól pozwoli na zajrzenie pod powierzchnię i między innymi na analizę właściwości ukrytych oceanów. Umożliwi też badanie księżycowych jonosfer, atmosfer i magnetosfer - dodała.

Urządzenie zbudowano z 10 czujników i trzech odbiorników. Posiada cztery sondy Langmuira (LP-PWI) do pomiarów plazmy i pola elektrycznego, magnetometr z trzema antenami oraz analizator pola elektrycznego (RWI) do pomiarów radiowych. System zamontowany jest wewnątrz bloku elektroniki EBOX, w którym znajdują się zasilacze niskiego napięcia (LVPS A&B) oraz jednostki przetwarzania cyfrowego (DPU A&B). Instrumentem można mierzyć pole elektryczne aż do częstotliwości 1,6 MHz oraz badać charakterystyki plazmy termicznej. Jego anteny i odbiorniki średniej i wysokiej częstotliwości posłużą do pomiarów pól elektrycznych i magnetycznych w emisjach radiowych w zakresie częstotliwości 80 kHz-45 MHz.

Na pytanie, czy czujniki sondy będą mogły wykryć ewentualne ślady życia, prof. Rothkaehl odpowiedziała, że "próbnik nie ma na pokładzie sensorów, które mogłyby wykryć ślady biologiczne, ale ma instrumenty mogące zauważyć ewentualne związki chemiczne związane z życiem, obecne na przykład w atmosferze któregoś księżyca". - Atmosfera Ganimedesa zostanie zbadana przy tym wyjątkowo dokładnie, bo na koniec misji sonda ma się na tym księżycu rozbić. Z tego powodu musi między innymi przejść przez procedury i testy związane ze sterylizacją. Chodzi o wykluczenie zagrożenia, że docelowy obiekt zostanie "zakażony" ziemskimi formami życia - opowiedziała.

Oprócz Polaków budową RPWI zajmowali się badacze ze Szwecji, Wielkiej Brytanii, Francji, Austrii, Czech i Japonii. - Nasza grupa zbudowała centralny komputer, niektóre sensory i części mechaniczne - przekazała prof. Rothkaehl. Jak opisywała, "najpierw musieliśmy określić cele pomiarów, sposoby ich prowadzenia, kodowania danych. Budowaliśmy kolejne modele instrumentu i je testowaliśmy, najpierw na Ziemi, potem na pokładzie satelity". - Trzeba wyeliminować wszelkie zakłócenia i mieć ponad 100-procentową gwarancję bezawaryjności. Jeśli coś się zepsuje w czasie misji, nie będzie jak tego naprawić, a do Jowisza sonda będzie leciała ponad 7,5 roku. Co więcej, przejdzie przez wiele asyst grawitacyjnych i na przykład w pobliżu Wenus może osiągnąć temperaturę 300 stopni Celsjusza, a w innym miejscu - minus 200 stopni - tłumaczyła. Zaznaczyła, że "w układzie Jowisza panuje potężne promieniowanie, więc wszystkie pokładowe systemy trzeba przed nim zabezpieczyć".

Zapytana, co w tych pracach okazało się największym wyzwaniem, odpowiedziała, że "najtrudniej było chyba skorelować działanie wszystkich układów i wyeliminować wszystko, co mogłoby je zakłócać". - Sensory będą tak czułe, że mierząc pola elektryczne i magnetyczne, będą "zaglądały" pod powierzchnię Ganimedesa. To wymagało wieloletnich, cierpliwych, żmudnych testów. Nad całym układem pracowaliśmy ponad 10 lat. Jesteśmy podekscytowani, że się udało - przyznała.

W Centrum Badań Kosmicznych PAN w innym zespole we współpracy z Niemiecką Agencją Kosmiczną stworzony został instrument SWI (ang. Sub-millimeter Wave Instrument). Jak wyjaśnił mgr inż. Konrad Skup z Laboratorium Satelitarnych Aplikacji Układów FPGA CBK PAN, to "radar, który będzie prowadził badania z użyciem fal milimetrowych". Polscy naukowcy zaprojektowali prototypy instrumentów i wykonali modele lotne.

- Dzięki niemu dowiemy się, z czego składa się atmosfera Jowisza, czy w gejzerach Europy znajdują się cząsteczki organiczne, wskazujące, że pod jego powierzchnią jest życie i poznamy, z czego zbudowane są lodowce na powierzchni Ganimedesa - poinformował Konrad Skup. Jak dodał kierownik wykonawczy polskiego projektu, "instrument uchyli też rąbka tajemnicy dotyczącej składu powierzchniowego księżyców Jowisza, przy odrobinie szczęścia ujawniając, czym jest tajemnicza ciemna substancja na powierzchni Kallisto". - Z całą pewnością zaskoczy nas też kilkoma innymi odkryciami - stwierdził.

- Byliśmy odpowiedzialni za zaprojektowanie, wykonanie i przetestowanie trzech podsystemów - przekazał mgr inż. Skup. Chodzi o komputer pokładowy dla instrumentu, system zasilania pokładowego dla instrumentu oraz radiator, czyli specjalną płytę wielkości tarczy rycerskiej umieszczoną wewnątrz satelity, "której celem jest wypromieniowanie ciepła generowanego przez instrument, tak aby detektory pracowały w możliwie niskiej temperaturze".

Konrad Skup przyznał, że "projekt był niewątpliwie trudny". - Z jednej strony SWI jest jednym z największych instrumentów na pokładzie JUICE, skomplikowanym, w którym powierzono nam zadania wykonania równie złożonych podsystemów. Niektóre z rozwiązań wykorzystaliśmy z naszych wcześniejszych projektów, takich jak STIX w ramach misji Solar Orbiter, czy Cassis na pokładzie ExoMars. Do innych musieliśmy dojść całkowicie od zera - opowiadał.

We współpracy z Centrum Badań Kosmicznych PAN "za montaż elektroniki komputera instrumentu RPWI oraz systemu zasilania instrumentu SWI" - jak przekazano w komunikacie - odpowiadała firma Creotech Instruments". To polski producent systemów i podzespołów satelitarnych oraz zaawansowanej elektroniki przeznaczonej m.in. do systemów sterowania komputerami kwantowymi. Firma osiągnęła zdolność do budowy mikrosatelitów, czyli satelitów o wadze od 10 do 150 kilogramów. Zespół inżynierów elektroników spółki w partnerstwie z hiszpańskim oddziałem AIRBUS D&S CRISA brał udział w testowaniu oraz charakteryzacji modeli kwalifikacyjnego (EQM) oraz lotnego (PFM), podsystemów zasilania (PCDU/EPS), a także baterii całej sondy JUICE - przekazano.

Prezes Creotech Instruments dr hab. Grzegorz Brona zwrócił uwagę, że misje kosmiczne o tak dużej skali jak zbliżająca się do startu misja JUICE to wydarzenia, które szeroko komentuje cały świat i nie tylko sektor kosmiczny. - Jako ludzkość pierwszy raz tak dokładnie zbadamy warunki fizyczne panujące w środowisku Jowisza, największej planety Układu Słonecznego - podkreślił Brona. Zaznaczył, że w przedsięwzięcie zaangażowani są specjaliści z różnych krajów, firm i "sztab wybitnych ekspertów z wąskich dziedzin".

Jak wyjaśnił wiceprezes firmy Jacek Kosiec, instrumenty badawcze biorące udział w misjach badających głęboki kosmos, jak dzieje się to w tym przypadku, muszą odpowiadać znacznie wyższym wymaganiom i oczekiwaniom co do niezawodności w porównaniu do np. satelitów przeznaczonych do operowania na orbicie ziemskiej. - Musimy brać pod uwagę, że komunikacja z sondą JUICE od momentu nadania przez nią komunikatu do chwili odbioru przez sondę sygnału zwrotnego będzie trwać blisko dwie godziny, dlatego kluczowym dla powodzenia misji jest wysoki poziom autonomiczności systemów oraz ich niezawodności w ekstremalnie trudnych warunkach próżni z wysoką radiacją i zmiennymi temperaturami - wskazał.

Do tej pory Jowisza badało dziewięć sond kosmicznych. Najpierw przeleciały obok niego sondy Pioneer 10 (w 1973 roku), Pioneer 11 (w 1974 roku), Voyager 1 i Voyager 2 (w 1979 roku), Ulysses (w 1992 roku). Potem wokół gazowego olbrzyma krążyła sonda Galileo (1995-2003), w 2000 roku w drodze w stronę Saturna przeleciała w pobliżu sonda Cassini-Huygens, a w 2007 roku sonda New Horizons (w drodze do Plutona). Od 2016 roku wokół planety krąży sonda Juno. Sonda JUICE ma prowadzić badania w latach 2031-2035, a Europa Clipper - od 2030 do 2035 roku. Wszystkie te sondy to misje amerykańskie, z wyjątkiem europejskiej JUICE i wspólnych amerykańsko-europejskich Ulysses i Cassini-Huygens.