Start misji JUICE już w kwietniu!

Na kwiecień planowany jest start misji kosmicznej Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA) – Juice – w kierunku księżyców Jowisza. W przygotowanie misji zaangażowane są liczne polskie podmioty, w tym Centrum Badań Kosmicznych (CBK), firma Astronika i krajowi podwykonawcy.

Już w kwietniu polscy naukowcy i inżynierowie po raz kolejny wyślą instrumenty badawcze w przełomową misję kosmiczną. Tym razem w kierunku księżyców Jowisza i w ramach flagowej misji ESA – JUICE. Trzy z dziesięciu instrumentów zostały zbudowane dzięki udziałowi polskich podmiotów, w tym CBK PAN, które stało za częścią naukową oraz projektowało prototypy instrumentów i wykonywało modele lotne, oraz firmy Astronika sp. z o.o, projektanta modeli kwalifikacyjnych i lotnych. Udział naukowców i inżynierów z Polski był kluczowy dla całego przedsięwzięcia.

Misja JUICE (Jupiter Icy Moon Explorer) zbada cechy fizykochemiczne satelitów Jowisza. Naukowcy spróbują odpowiedzieć na pytanie, czy na lodowych księżycach gazowych planet-olbrzymów mogą panować warunki do powstania i podtrzymania życia. Wcześniejsze badania wykazały, że pod grubymi lodowymi skorupami tych księżyców znajdują się oceany płynnej, słonej wody. Możliwe więc, że powstały w nich także związki organiczne, szczególnie jeśli istnieją tam wyziewy hydrotermalne, które znamy z ziemskich głębin oceanicznych. Zainteresowanie astrobiologów budzi przede wszystkim księżyc Europa.

Celem misji jest układ Jowisza, bo Jowisz wraz ze swoimi księżycami tworzy jakby miniaturę Układu Słonecznego. Instrumenty badawcze JUICE będą diagnozować głównie Europę, Kalisto i Ganimedesa. Szczególnie zależy nam na dokładnym zbadaniu Ganimedesa. Mamy nadzieję, że właśnie ten księżyc w przyszłości będzie mógł służyć jako baza przesiadkowa do eksploracji dalekiego kosmosu – mówi dr hab. Hanna Rothkaehl z CBK PAN, co-principal investigator przyrządu RPWI (Radio & Plasma Waves Investigation) na sondzie JUICE.

Okno startowe dla misji, czyli czas, w którym może wystartować rakieta z sondą na pokładzie, otwiera się 5 kwietnia 2023 roku. Start z kosmodromu w Gujanie Francuskiej planowany jest na 13 kwietnia.

Polskie akcenty i zasługi polskich zespołów

W styczniu tego roku ESA zaprosiła do Tuluzy przedstawicieli mediów w celu prezentacji oryginalnej sondy JUICE przed jej podróżą do kosmodromu w Gujanie Francuskiej. Podczas styczniowego wydarzenia została odsłonięta tablica pamiątkowa zamontowana na statku kosmicznym, będąca hołdem dla włoskiego astronoma Galileusza, który w 1610 roku jako pierwszy, przy pomocy prostego teleskopu, zaobserwował cztery największe księżyce Jowisza. Misja wystartuje więc 413 lat po tym pamiętnym wydarzeniu.

CBK PAN przewodziło pracom związanym z powstaniem konstrukcji mechanicznych i komputera głównego instrumentu RPWI. Jest współautorem narzędzia badającego pole elektromagnetyczne w szerokim zakresie częstotliwości. Pełnimy też rolę lidera zarządzającego konstrukcją i przygotowaniem urządzenia oraz programu do zbierania, przetwarzania i publikowania zebranych danych – mówi dr hab. Hanna Rothkaehl.

Instrument RPWI przeznaczony jest do charakteryzowania emisji radiowych i środowiska plazmowego Jowisza i jego księżyców lodowych. Składa się z dziesięciu czujników i trzech odbiorników. Jest wyposażony cztery sondy Langmuira (Langmuir Probe – Plasma Wave Instrument – LP-PWI) do pomiarów plazmy i pola elektrycznego, magnetometr z trzema antenami oraz analizator pola elektrycznego (Radio Wave Instrument – RWI) do pomiarów radiowych. System zamontowany jest wewnątrz bloku elektrowni 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 80–45 MHz.

Inżynierowie z polskiej firmy Astronika, znanej z wcześniejszego udziału w marsjańskiej misji NASA InSight, wspólnie z CBK PAN przygotowali dwa rodzaje urządzeń. To anteny RWI oraz wysięgniki LP-PWI na instrumencie RPWI. Anteny RWI posiadają trzy wzajemnie prostopadłe anteny, które zapewniają możliwość kierunkowego odbioru emisji radiowych w plazmie wokół układu Jowisza. Z kolei LP-PWI to cztery trzymetrowe wysięgniki, które ustawiają w różnych kierunkach czujniki pomiarowe (sondy Langmuira). Antena RWI w trakcie startu i lotu będzie złożona do długości zaledwie 26 centymetrów, a w wyznaczonym miejscu na orbicie będzie musiała rozłożyć się do długości 2,5 metra. Drugi z instrumentów, LP-PWI, który waży zaledwie 1,3 kilograma, ma za zadanie pozycjonować czujniki pomiarowe w odległości trzech metrów od sondy.

CBK PAN i Astronika w przygotowaniu ich części projektu współpracowały z szeregiem krajowych podwykonawców, wśród których znaleźli się: Worktech, Creotech Instruments S.A., Politechnika Warszawska, Politechnika Koszalińska, ELPOD, Gutronic, Wareluk S.C., Instytut Technologii Elektronowej, Powłoka S.C. i Instytut Lotnictwa.

Na orbitę obcego księżyca

JUICE będzie pierwszą sondą kosmiczną w historii, która wejdzie na orbitę księżyca innego niż ziemski. Mowa o Ganimedesie – największym księżycu Jowisza, a zarazem największym księżycu w Układzie Słonecznym, przewyższającym rozmiarami Merkurego. Będzie też ostatnią misją wyniesioną przy użyciu Ariane 5, europejskiej ciężkiej rakiety nośnej, pracującej od 1996 roku. Dzięki Ariane 5 zostało i zostanie wyniesionych sześć misji kosmicznych ESA, w tym cztery z udziałem Polski: XMM Newton (1999), Rosetta (2004), Herschel, Planck (2009), BepiColombo (2018), Webb (2021) i JUICE (2023).

Obecność polskich firm i instytutów naukowych w realizacji najbardziej zaawansowanych technologicznie projektów jest efektem wieloletnich starań, rzetelnego wywiązywania się z powierzonych zadań i docenienia rodzimego potencjału intelektualnego przez wiodących graczy tej branży. Dotychczasowa polska specjalizacja to głównie różnego rodzaju czujniki, analizatory i penetratory geologiczne, które mają już ugruntowaną renomę. Można zauważyć, że projektanci dużych misji międzyplanetarnych coraz częściej w pierwszej kolejności zwracają się z tym do naszych specjalistów. Wszystko jednak wskazuje, że najbliższe lata udowodnią gotowość naszego kraju do samodzielnego realizowania kompletnych projektów o wysokim stopniu skomplikowania, co będzie kolejnym krokiem ku dołączeniu do elity państw biorących aktywny udział w eksploracji przestrzeni kosmicznej – powiedział prezes Polskiej Agencji Kosmicznej prof. Grzegorz Wrochna.

Misja ma także na celu zbadanie księżyców pod kątem możliwości budowy na nich w przyszłości załogowych habitatów. Naukowcy zamierzają też dogłębnie zbadać unikalne i złożone środowisko Jowisza, będącego przykładem rozpowszechnionych we wszechświecie gazowych olbrzymów. Skupią się między innymi na badaniu jego atmosfery, magnetosfery i pierścieni. Chcą zrozumieć mechanizm formowania się gazowych olbrzymów oraz zbadać możliwości istnienia, obecnie lub w przeszłości, życia na planecie lub w obrębie całego jej układu. Istnieje mocno uzasadniona hipoteza, iż pod lodową skorupą trzech największych księżyców Jowisza kryją się oceany słonej wody w stanie płynnym, gdzie może rozwijać się życie na wzór tego, które kryje się w stale pogrążonych w mroku głębinach ziemskich oceanów.

Prace naukowe podczas misji JUICE zaczną się około sześć miesięcy po dotarciu sondy do Jowisza. Na pierwsze rezultaty badań trzeba będzie niestety jeszcze trochę poczekać – mogą one być dostępne dopiero około 2032 roku. Na pocieszenie możemy dodać, że pewne dane będą zbierane już dużo wcześniej, podczas podróży sondy w kierunku gazowej planety. Wtedy także otrzymamy pierwsze wykonane w trakcie misji, niezwykłe zapewne obrazy.

DPU PFM.