Śmigłowcowy test anteny dla sondy JUICE

Antenę RIME o rozpiętości 16,6 metra przetestowano w różnych konfiguracjach podczas dwudniowej kampanii na lotnisku położonym 30 kilometrów na północny zachód od zakładów firmy Airbus we Friedrichshafen w Niemczech. W czerwcu 2022 r. sonda JUICE (JUpiter ICy moons Explorer) o masie 5,5 tony wyruszy w podróż do Jowisza, gdzie dotrze pod koniec 2029 r. po przebyciu niemal 600 milionów kilometrów.

Przez trzy i pół roku JUICE będzie krążyć wokół gazowego giganta, badając jego turbulentną atmosferę, kolosalną magnetosferę oraz wątłe ciemne pierścienie, a także trzy największe lodowe księżyce – Europę, Ganimedesa i Kallisto. Celem jest ustalenie, czy pod lodowymi skorupami znajdują się płynne oceany, które mogą nadawać się do zamieszkania.

Kiedy statek kosmiczny wejdzie w pole grawitacyjne Jowisza, przez pierwsze dwa i pół roku wykona około 30 obserwacyjnych przelotów nad trzema księżycami, badając ich wnętrze, powierzchnię, rozrzedzoną atmosferę i interakcje magnetyczne. Ostatni rok spędzi na orbicie Ganimedesa, dokonując znacznie dokładniejszych obserwacji tego księżyca.

Na pokładzie sondy będzie znajdować się 10 najnowocześniejszych instrumentów, w tym kamery, spektrometry, radar przenikający lód, wysokościomierz, przyrządy do eksperymentów radiowych oraz czujniki do monitorowania pól magnetycznych i naładowanych cząstek w układzie Jowisza.

RIME, instrument radarowy, zoptymalizowano pod kątem penetracji powierzchni lodowych księżyców galileuszowych na głębokość nawet 9 km. Będzie dostarczał obrazy o rozdzielczości 1 x 10 km i głębokości 50 m. RIME będzie pracował z centralną częstotliwością około 9 MHz i używał anteny dipolowej o rozpiętości 16,6 m. Dwa wysięgniki anteny o średnicy 4 cm są wykonane z materiału CFRP (polimeru wzmocnionego włóknem węglowym), a ich masa to około 1300 g.

Radar nadirowy, czyli „patrzący” prostopadle w dół, emituje fale radiowe, które przenikają pod powierzchnię, gdzie wchodzą w interakcje z warstwami i strukturami o różnych stałych dielektrycznych. Zmieniające się odbicia są wykrywane na pokładzie sondy za pomocą tej samej anteny i używane do stworzenia przestrzennego obrazu (radarogramu) warstwy podpowierzchniowej. RIME będzie pierwszym instrumentem wysłanym do Jowisza i zewnętrznego Układu Słonecznego, który będzie mógł wykonywać bezpośrednie pomiary podpowierzchniowe.

Testy RIME pozwoliły inżynierom firmy Airbus zweryfikować wyniki symulacji komputerowych i zmierzyć charakterystykę radiową anteny RIME tak, jakby była zainstalowana na statku kosmicznym. Duży wpływ na tę charakterystykę ma sprzężenie elektromagnetyczne z powierzchniami statku kosmicznego, które trzeba zmierzyć w celu skalibrowania anteny.

Ze względu na wymagany zakres częstotliwości, takie testy muszą być wykonywane pod otwartym niebem i są ograniczone przez zewnętrzne zakłócenia, odbicia elektromagnetyczne oraz ogólne warunki pogodowe. Ponieważ prawdziwy statek kosmiczny nie może opuścić wnętrza budynku, skonstruowano specjalną makietę o wymiarach 3 x 2 x 2 m, na której zamontowana jest antena. Aby zminimalizować ewentualne zewnętrzne sprzężenia, antenę można obracać w pionie. Makieta leciała na polietylenowej linie około 120 m pod helikopterem i 320 m nad ziemią.

Cały sprzęt testowy znajdował się w makiecie i był obsługiwany zdalnie z ziemi. Aby delikatna, zaprojektowana z myślą o przestrzeni kosmicznej antena wytrzymała próby pod śmigłowcem i napór wiatru, wysięgniki usztywniono rurami z włókna szklanego (GFRP).

Airbus jest głównym wykonawcą sondy JUICE, która powstaje w zakładach firmy w Tuluzie (Francja), Friedrichshafen (Niemcy), Stevenage (Wielka Brytania) i Madrycie (Hiszpania). Przedsiębiorstwo skierowało około 150 inżynierów do pracy nad projektem JUICE i koordynuje prace branżowego konsorcjum złożonego z ponad 60 firm.