Przejdź do treści

Polskie przygotowania do kosmicznej misji badania Jowisza

misja JUICE

Podróż ważącej ponad 5 ton sondy kosmicznej w stronę największej planety naszego Układu Słonecznego rozpocznie się dopiero w 2022 roku, ale przygotowania do  niej trwają już od dawna. W ambitnym projekcie Europejskiej Agencji Kosmicznej uczestniczą także Polacy z Centrum Badań Kosmicznych PAN i spółki Creotech Instruments S.A.

Ganimedes, ulubieniec mitologicznego Zuesa, którego starożytni Rzymianie nazywali Jowiszem, na olimpijskim dworze pełnił funkcję podczaszego, który roznosił bogom nektar i ambrozję. Ganimedes to także nazwa największego księżyca w Układzie Słonecznym. Za jego odkrywcę uważa się Galileusza, który zaobserwował i opisał w XVII wieku wszystkie 4 największe Księżyce Jowisza: Io, Europę, Kallisto i samego Ganimedesa. Właśnie to ciało niebieskie jest głównym, choć nie jedynym, celem misji JUICE (JUpiter ICy Moons Explorer), która w 2022 roku wyruszy w trwającą ponad 7 lat podróż w stronę najmasywniejszej planety Układu Słonecznego.

- Chociaż jak dotąd udało się odkryć ponad 70 naturalnych satelitów orbitujących wokół największego z gazowych olbrzymów, masa czterech księżyców galileuszowych stanowi niemal 99% masy materii krążącej wokół Jowisza – zwraca uwagę Jacek Kosiec, Prezes Creotech Instruments S.A. – Na ich powierzchni znajdziemy lód, a naukowcy podejrzewają, że panujące na większej głębokości warunki, w tym obecność wody w stanie ciekłym, mogą być dogodne dla powstania życia – dodaje Kosiec.

Jak to możliwe, że tak daleko od Słońca może być woda w stanie ciekłym? Potężny Jowisz tworzy ze swoją macierzystą gwiazdą - Słońcem - unikalny układ grawitacyjny. Masa Jowisza jest tak wielka, że zakłóca grawitację jego satelitów. Według matematycznych modeli, opracowanych przez naukowców, prowadzi to do rozciągania się i kurczenia największych księżyców planety. Powstałe tarcie może „rozgrzać” ich jądra do sprzyjających temperatur. JUICE leci sprawdzić tę teorię.

Misja JUICE jest jednym z najambitniejszych projektów realizowanych obecnie przez Europejską Agencję Kosmiczną, a jej łączny koszt sięga niemal 900 mln euro. Projekt jest częścią strategicznego programu naukowego ESA o nazwie „Kosmiczna Wizja” (ang. Cosmic Vision). Celem europejskiej wizji kosmicznej jest odpowiedź na najważniejsze pytania dotyczące naszego Wszechświata, czyli jakie warunki umożliwiają formowanie się planet i pojawianie się życia?, jak funkcjonuje Układ Słoneczny?, jakie fundamentalne prawa fizyki rządzą Wszechświatem? oraz jak powstał Wszechświat i z czego jest zrobiony? Cele badawcze misji JUICE są ścisłe powiązane z odpowiedzią na te pytania. Podróż do innych układów gwiezdnych w poszukiwaniu życia możliwa jest na razie wyłącznie poprzez podglądanie.

- JUICE skupia się na zebraniu danych umożliwiających opisanie warunków fizycznych panujących w tym mini układzie planetarnym, które mogłyby doprowadzić do uformowania się środowisk przyjaznych powstawaniu życia. – wyjaśnia dr hab Hanna Rothkaehl, prof. Centrum Badań Kosmicznych Polskiej Akademii Nauk. - Za cel najbardziej szczegółowych badań wybrany został Ganimedes, ponieważ, zdaniem naukowców, stanowi formę naturalnego laboratorium do analizowania ewolucji geologicznej i środowisk przyjaznych rozwojowi życia w lodowych warunkach oraz może być miejscem tworzenia przyszłych baz eksploracyjnych w Układzie Słonecznym. Sonda wykona także badania struktur geologicznych i atmosfer Europy, Kallisto oraz samego Jowisza. Zgodnie z założeniami misji badania w systemie Jowisza potrwają co najmniej trzy i pół roku, ale podróż na miejsce zajmie ponad dwukrotnie więcej czasu.

Ważący ponad 5 ton statek kosmiczny wyniesiony zostanie przez masywną rakietę Ariane 5, a w długiej podróży w stronę Jowisza wykona kilka manewrów wykorzystujących tzw. asystę grawitacyjną. Manewry te polegają na wykorzystaniu grawitacji planety lub innego ciała niebieskiego do zwiększenia prędkości i zmiany kierunku lotu statku kosmicznego. Podczas
podróży w stronę orbity Jowisza JUICE skorzysta z asysty grawitacyjnej Wenus i Marsa, a także, aż trzykrotnie, z asysty Ziemi. Skomplikowany tor lotu statku kosmicznego, który nie tylko musi dotrzeć w pobliże orbity Jowisza, ale musi to zrobić także w odpowiednim momencie (rok Jowisza, czyli czas obiegu planety wokół Słońca, to prawie 12 ziemskich lat), prześledzić można na wizualizacji przygotowanej przez Europejską Agencję Kosmiczną.

O sukcesie misji w dużej mierze zadecyduje to, czy licznym podmiotom zaangażowanym w budowę sondy JUICE uda się na czas zaprojektować i wyprodukować wszystkie elementy wchodzące w jej skład. W przeciwnym razie start zostanie przesunięty i nie wszystkie zaplanowane badania będą mogły być wykonane. Sonda musi ruszyć w podróż w stronę Jowisza w konkretnym, bardzo krótkim, bo trwającym tylko trzy tygodnie, oknie czasowym wiosną 2022 roku, aby wykorzystać koniunkcję położenia Wenus, Marsa i Ziemi. Za integrację całego systemu odpowiadać będzie Airbus Defence and Space, ale w łańcuch dostawców zaangażowanych jest wiele firm i instytucji naukowych z całej Europy.

Precyzyjne pomiary i polski udział

- Jesteśmy w trakcie weryfikacji naszych procesów produkcyjnych pod kątem zadań, za które będziemy odpowiadać uczestnicząc w projekcie JUICE. Prace przygotowawcze prowadzimy na zlecenie Europejskiej Agencji Kosmicznej – mówi Paweł Kowalczyk, który w firmie Creotech Instruments S.A. odpowiada za obszar zapewnienia jakości – Misja jest bardzo wymagająca, ponieważ sonda, zarówno przemierzając pustkę Układu Słonecznego, jak i później, pozostając przez co najmniej trzy i pół roku w systemie Jowisza, narażona będzie na ekstremalne i zmienne warunki termiczne oraz wysoką radiację, szczególnie niebezpieczną dla komponentów elektronicznych. To niezwykle ważne, żeby w tych warunkach wszystkie elementy działały bez zarzutu, bo od tego zależy powodzenie całej misji – dodaje Kowalczyk.

Firma Creotech Instruments S.A. będzie odpowiadać za montaż części elementów elektronicznych dwóch z dziesięciu instrumentów badawczych, które znajdą się na pokładzie JUICE. Projektowanie i testy tych elementów leżą w kompetencji inżynierów i naukowców z Centrum Badań Kosmicznych Polskiej Akademii Nauk, którego Creotech jest podwykonawcą. Pierwszy z instrumentów nosi nazwę SWI (ang. Sub-millimeter Wave Instrument) i będzie wykonywał badania rozkładu temperatury, składu oraz dynamiki stratosfery i troposfery Jowisza, a także egzosfer i powierzchni księżyców lodowych. Wyposażony zostanie w antenę o średnicy 30cm. Drugi instrument nazwano RPWI (ang. Radio & Plasma Wave Investigation) i składają się na niego aż cztery mniejsze instrumenty, które pozwolą zdiagnozować w szerokim zakresie częstotliwości, właściwości pola elektrycznego i magnetycznego oraz opisać ekstremalne środowisko plazmowe w układzie Jowisza.

- Dzięki RPWI dowiemy się w jaki sposób silne, pochodzące z Jowisza, pola elektryczne i magnetyczne, oddziałują na największe księżyce tej planety - Ganimedesa i Europę – wyjaśnia dr. hab Hanna Rothkaehl, prof. CBK PAN - Pole magnetyczne Jowisza jest 14 razy silniejsze od ziemskiego i w całym Układzie Słonecznym ustępuje pod tym względem jedynie plamom słonecznym, które stanowią najsilniejsze naturalne źródło promieniowania elektromagnetycznego w naszym kosmicznym sąsiedztwie.

Spółka Creotech Instruments S.A.TI jest także odpowiedzialna za zapewnienie wysoko wykwalifikowanych specjalistów-elektroników, którzy wspierają hiszpański oddział Airbus Defence & Space o nazwie CRISA w integracji lotnej elektroniki dla sondy JUICE. W tym wypadku nie chodzi o instrumenty naukowe, ale o platformę, na której oparta będzie architektura całej sondy JUICE.

- JUICE to bardzo duża i skomplikowana misja, a dodatkowym utrudnieniem, przed jakim stoją jej uczestnicy, jest sztywna data startu misji – Mówi Tomasz Zawistowski, który w Creotech, odpowiada za wsparcie CRISA jako Kierownik Projektu - Sonda będzie musiała wykonać kilka manewrów wykorzystujących asystę grawitacyjną. Do wykonania tych manewrów potrzebne jest odpowiednie ustawienie planet w naszym Układzie Słonecznym. Żeby zrealizować plan misja musi wystartować późną wiosną 2022 roku, co oznacza, że czasu jest niewiele. Dlatego Hiszpanie, znając wysokie kompetencje naszej spółki, zwrócili się do nas z prośbą o wsparcie ich prac specjalistami Creotech Instrument S.A. – tłumaczy Zawistowski.

Głębokie wody głębokiego kosmosu

Udział w misjach badających głęboki kosmos to dla każdej firmy działającej w sektorze kosmicznym nie tylko prestiż, ale też dowód unikatowych kompetencji. Oczekiwania stawiane przed uczestnikami tak złożonych projektów są bardzo wysokie, a wymagana niezawodność produkowanego sprzętu jest wielokrotnie wyższa niż ma to miejsce w przypadku budowy satelitów przeznaczonych do operowania na orbicie ziemskiej. Jacek Kosiec, Prezes Creotech Instruments S.A., zwraca uwagę, że nasze bezpośrednie kosmiczne otoczenie znamy i rozumiemy już dosyć dobrze. Dysponujemy też technologią, która gwarantuje niezawodną łączność z satelitami na orbitach bliskich Ziemi. Eksploracja głębokiego kosmosu stawia jednak przed nami zupełnie nowe wyzwania.

 

Czytaj więcej:

 

Źródło: Creotech Instruments S.A.TI

 

Na zdjęciu: Wizualizacja JUICE i satelitów Jowisza. Źródło: ESA/ATG medialab; Jowisz: NASA/ESA/J. Nichols (University of Leicester); Ganimedes: NASA/JPL; Io: NASA/JPL/University of Arizona; Kallisto i Europa: NASA/JPL/DLR