Polskie instrumenty badawcze zbadają księżyce Jowisza w misji ESA

© Astronika

Misja JUICE (Jupiter Icy Moon Explorer) to projekt realizowany przez Europejską Agencję Kosmiczną. Polega na wystrzeleniu ważącej 5 ton sondy, która ma dotrzeć do układu Jowisza, gdzie zbada trzy jego lodowe księżyce: Ganimedesa, Europę i Kallisto. Szacowany budżet przedsięwzięcia to ok. 1,6 mld EUR. 

Start rakiety z kosmodromu w Gujanie Francuskiej ma nastąpić dzisiaj o godz. 14.15 czasu polskiego, oczywiście pod warunkiem, że okoliczności będą sprzyjające, natomiast otwarcie się instrumentów badawczych w przestrzeni kosmicznej (RWI i LP-PWI) planowane jest pomiędzy 25 a 30 kwietnia br. 

Instrumenty pomiarowe i komponenty funkcjonalne dla misji JUICE opracowały zespoły naukowe z 16 krajów europejskich oraz USA (NASA), Japonii (JAXA) i Izraela (ISA). Za ich pomocą zbadane zostaną cechy fizykochemiczne satelitów Jowisza m.in. pod kątem technicznych możliwości budowy w przyszłości załogowych habitatów. Naukowcy zamierzają także dogłębnie zbadać unikalne i złożone środowisko Jowisza, będącego przykładem rozpowszechnionych we wszechświecie gazowych olbrzymów. Skupią się na badaniu jego atmosfery, magnetosfery i pierścieni. Chcą także zgłębić wiedzę na temat formowania się gazowych gigantów oraz możliwości istnienia, obecnie lub w przeszłości, życia na planecie lub w obrębie całego jej układu. Istnieje bowiem hipoteza, że pod lodową skorupą trzech największych księżyców Jowisza kryją się oceany słonej wody w stanie płynnym. Te zaś mogą nieść informacje na temat możliwości rozwoju życia na wzór tego, które kryje się w stale pogrążonych w mroku głębinach ziemskich oceanów.

Polskie Centrum Badań Kosmicznych PAN przewodziło pracom związanym z powstaniem konstrukcji mechanicznych i komputera głównego instrumentu RPWI. Jest współautorem narzędzia badającego pole elektromagnetyczne w szerokim zakresie częstotliwości i liderem 

zarządzającym konstrukcją i przygotowaniem urządzenia oraz programu do zbierania, przetwarzania i publikowania zebranych danych. Instrument RPWI przeznaczony jest do scharakteryzowania emisji radiowych i środowiska plazmowego Jowisza i jego księżyców lodowych. Składa się z 10 czujników i 3 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 EBOX, w którym znajdują się zasilacze niskiego napięcia (LVPS A&B) oraz jednostki przetwarzania cyfrowego (DPU A&B). RPWI pozwala na pomiary pola elektrycznego aż do częstotliwości 1,6 MHz oraz scharakteryzowania plazmy termicznej. Anteny i odbiorniki średniej i wysokiej częstotliwości posłużą do pomiarów pól elektrycznych i magnetycznych w emisjach radiowych w zakresie częstotliwości 80 kHz-45 MHz.

Polscy inżynierowie z firmy Astronika przygotowali dwa rodzaje urządzeń. Są to anteny RWI (Radio Wave Instrument) oraz wysięgniki LP-PWI (Langmuir Probe – Plasma Wave Instrument) w ramach instrumencie RPWI. Anteny RWI posiadają trzy wzajemnie prostopadłe anteny, które zapewniają możliwość kierunkowego odbioru emisji radiowych obecnych w środowisku plazmy wokół układu Jowisza. Z kolei LP-PWI to cztery trzy metrowe wysięgniki, które pozycjonują w różnych kierunkach czujniki pomiarowe (sondy Langmuira). 

© Astronika

Największą trudność stanowiło spełnienie wszystkich wymagań jednocześnie. Sprzęt musi być jednocześnie ultralekki i ultrawytrzymały, a do tego po otwarciu i uruchomieniu osiągać naprawdę spore rozmiary. Antena RWI w trakcie startu i lotu ku układowi Jowisza będzie złożona do wymiarów zaledwie 26 cm, a w wyznaczonym miejscu na orbicie będzie musiała rozłożyć się do długości 2,5 metra. Zadaniem drugiego instrumentu LP-PWI, który waży zaledwie 1,3 kg, jest pozycjonowanie czujników pomiarowych w odległości trzech metrów od sondy.

Dodatkową trudnością jest rozpiętość temperatur, która podczas misji wahać się będzie od plus 250 st. C, podczas przelotu koło Wenus, do -230 st.C w okolicach Jowisza, co wymagało zastosowania unikalnych materiałów i powłok. CBK PAN i Astronika współpracowały z szeregiem krajowych podwykonawców, takich jak Worktech, Creotech Instruments S.A., jak również z Politechniką Warszawską, Politechniką Koszalińską, firmami ELPOD, Gutronic i Wareluk S.C. oraz Instytutem Technologii Elektronowej, Powłoka S.C. i Instytutem Lotnictwa.

Creotech Instruments S.A. odpowiadał za montaż elektroniki dwóch instrumentów badawczych umieszczonych na pokładzie sondy: komputera instrumentu RPWI oraz systemu zasilania instrumentu SWI, przeznaczonego do badania rozkładu temperatury, składu oraz dynamiki stratosfery i troposfery Jowisza, a także egzosfer i powierzchni lodowych księżyców.

JUICE będzie pierwszą sondą kosmiczną w historii, która wejdzie na orbitę księżyca innego niż ziemski. Prace naukowe podczas misji JUICE zaczną się około sześć miesięcy po dotarciu do Jowisza. Pierwsze rezultaty badań będą możliwe do osiągnięcia około 2032 roku. Pewne dane będą także zbierane wcześniej, podczas podróży sondy w kierunku gazowej planety. Wtedy także otrzymamy pierwsze wykonane w trakcie misji obrazy.

Duża część polskich aktywności związanych z budową urządzeń pokładowych misji JUICE została sfinansowana w ramach programu opcjonalnego ESA PRODEX, który wspiera budowę instrumentów naukowych. Polskie firmy w nim uczestniczą i dzięki temu biorą udział w realizacji najważniejszych misji ESA m.in. JUICE, ATHENA, ARIEL, czy w najnowszej przygotowywanej misji COMET INTERCEPTOR. Projekt JUICE i jego finansowanie w ramach ESA PRODEX koordynowany jest przez Ministerstwo Edukacji i Nauki. 

Źródło: polskiprzemysl.com.pl