Polski udział w badaniach Jowisza

JUpiter ICy moons Explorer (JUICE) to ważna misja Europejskiej Agencji Kosmicznej, mająca na celu poszerzenie wiedzy o Jowiszu i jego lodowych księżycach: Europie, Kallisto i Ganimedesie. Istotnym podzespołem sondy jest ponad 10-metrowy manipulator magnetometru – służy on do umieszczenia części instrumentów pomiarowych z dala od magnetycznych zakłóceń statku kosmicznego. Grupa SENER wygrała przetarg na zaprojektowanie, wyprodukowanie, przetestowanie i zamontowanie właśnie tego elementu.

Wyzwania dla polskich inżynierów

Manipulator składa się z konstrukcji o długości 10,6 metra, w której zastosowane zostaną m.in. takie rozwiązania, jak połączenie stopów tytanu z włóknami węglowymi, na które SENER posiada patent. W momencie startu konstrukcja będzie złożona na trzy segmenty. Dopiero po wejściu na orbitę zostaną uruchomione mechanizmy rozkładające i synchronizujące, za których konstrukcję również będzie odpowiadać spółka SENER.

Duże wyzwanie w tej misji stanowi długość manipulatora, wymóg magnetycznej „czystości” oraz bardzo szeroki zakres temperatur, na jakie będzie wystawiona sonda (ponad 500 ºC). To właśnie za przeprowadzenie symulacji i testów w takich ekstremalnych warunkach odpowiada zespół inżynierów z SENER Polska. Wykonają oni symulację FEM (Finite Element Method – Metoda Elementów Skończonych) komponentów wchodzących w skład manipulatora oraz stworzą stanowisko symulujące warunki mikro grawitacji, które zostanie wykorzystane do finalnych testów na Ziemi.

Zadaniem manipulatora jest odpowiednie ustawienie oraz ochrona pięciu spośród dziesięciu instrumentów naukowych przenoszonych przez sondę JUICE. Te pięć urządzeń zostanie wykorzystane do wykonania eksperymentów badających fale magnetyczne (instrument J-MAG) oraz radiowe i plazmowe (instrument RPWI). Ten ostatni powstaje z udziałem Centrum Badań Kosmicznych Polskiej Akademii Nauk. Zadaniem tych instrumentów jest zbadanie, czy naprężenia w wymienionych księżycach spowodowane wpływem grawitacji ogromnego Jowisza nie prowadzą do możliwości wystąpienia wody w stanie płynnym pod ich lodowymi czapami.

Kosmiczna Wizja ESA - w poszukiwaniu oceanów na księżycach Jowisza

Misja JUICE ma sztywno określony termin startu – przełom maja i czerwca 2023 roku. Wynika on ze wzajemnego położenia Ziemi, Wenus i Marsa oraz wykorzystania pięciu asyst grawitacyjnych wokół nich. Z tego powodu ESA zastosowała kilka rozwiązań, mających zredukować ryzyko opóźnień. Jeśli sonda nie byłaby gotowa w wyznaczonym terminie, to następna możliwość startu pojawi się rok później, ale wówczas podróż zamiast 7,5 roku potrwa ponad 9 lat i skróci się czas, jaki sonda będzie mogła pracować na orbicie księżyców Jowisza.

Po pierwsze zmniejszono liczbę modeli pośrednich sondy, które zostaną zbudowane przed tzw. modelem lotnym. Skrócono również plan testów. Po drugie zastosowano tzw. podejście konserwatywne w odniesieniu do podsystemów, co oznacza, że misja w dużym stopniu oparta jest o komponenty, które już wcześniej były wykorzystywane w misjach kosmicznych. To powoduje, że wśród wykonawców należy spodziewać się głównie doświadczonych firm z zapleczem.

Sonda JUICE to pierwsza duża misja w ramach programu Cosmic Vision (pol. Kosmiczna Wizja) Europejskiej Agencji Kosmicznej. Będzie to zarazem pierwsza europejska sonda, która ma dotrzeć do układu Jowisza. Jej głównym zadaniem będzie zbadanie układu tej planety, koncentrując się na jej lodowych księżycach, na których mogą występować oceany: Europie, Ganimedesie oraz Kallisto. Misja poświęcona będzie badaniom układu Jowisza w odniesieniu do dwóch podstawowych tematów: eksploracji możliwej do zamieszkania strefy w obrębie księżyców galileuszowych oraz eksploracji układu Jowisza jako archetypu układu planety - gazowego giganta.

Po wystrzeleniu w przestrzeń kosmiczną za pomocą rakiety Ariane 5, sonda JUICE będzie leciała przez 7,5 roku korzystając w dużym stopniu z asysty grawitacyjnej (w celu zaoszczędzenia paliwa i energii) wokół Ziemi, Wenus i - na końcu - Marsa. Po wprowadzeniu na orbitę Jowisza, JUICE wykona kilka przelotów trwających 3,5 roku. Po ich zakończeniu sonda zostanie wysłana na orbitę wokół Ganimedesa - największego księżyca Jowisza, stając się pierwszym statkiem kosmicznym, który wejdzie na orbitę wokół lodowego księżyca w zewnętrznej części Układu Słonecznego.

Warto dodać, że sondy w stronę Jowisza planuje wysłać również amerykańska agencja kosmiczna NASA.