Jupiter Icy Moon Explorer

Jupiter Icy Moon Explorer (JUICE) — автоматическая межпланетная станция Европейского космического агентства, проектируемая для изучения системы Юпитера, главным образом — спутников Ганимеда, Европы и Каллисто на предмет наличия у этих лун подповерхностных океанов жидкой воды. В цели миссии JUICE входит исследование Ганимеда как богатого водой мира, что имеет важнейшее значение для оценки обитаемости Солнечной системы и определения потенциальных обитаемых зон за ее пределами. Кроме того, особое внимание будет уделено исследованиям уникальных магнитных и плазменных взаимодействий Ганимеда и Юпитера. Миссия была утверждена 2 мая 2012 года в качестве основной класса L1 в рамках программы Cosmic Vision на 2015—2025 годы^[1]. Примерная стоимость программы составляет 850 млн евро.

История программы

До 2009 года миссия называлась Jupiter Ganymede Orbiter и являлась частью международной программы (НАСА/ЕКА/Роскосмос/JAXA) Europa Jupiter System Mission, запланированной к запуску на 2020 год. 2 мая 2012 года ЕКА утвердило миссию JUICE. В ноябре 2012 ожидается подписание соглашения между ЕКА и Роскосмосом о возможном участии России в проекте, а также о предоставлении российской стороной ракеты-носителя.

Предпосылки миссии

В 1995 аппарат Галилео прибыл в систему Юпитера чтобы провести детальные исследования планеты и ее спутников, вслед за миссиями Пионеров 10 и 11, Вояджеров 1 и 2 и Улисса. Особое внимание было уделено исследованиям четырех галилеевых спутников — Ио, Европе, Ганимеду и Каллисто — у которых (за исключением Ио) были обнаружены подповерхностные океаны.

Исследования, проведенные аппаратом Кассини в начале XXI столетия, показали, что спутники Сатурна — Энцелад и Титан — так же имеют подповерхностные жидкие океаны.

Эти открытия привели к появлению новой парадигмы обитаемых миров, согласно которой ледяные спутники газовых гигантов являются благоприятными местами для зарождения жизни. Вероятно, экзопланеты, имеющие ледяные спутники с подповерхностынм океаном, могут быть гораздо более распространенным явлением во Вселенной, чем планеты наподобие нашей Земли, для появления жизни на которых требуются особые условия. Аппарат Галилео сделал важное открытие, а именно — наличие магнитного поля у Ганимеда, единственного спутника в солнечной системе, имеющего подобное поле. Ганимед и Европа, как считается, до сих пор внутренне активны из-за сильнейшего приливного воздействия Юпитера.

Миссия запущенного 5 августа 2011 года зонда Юнона сфокусирована исключительно на изучении самого Юпитера.

Сценарий миссии

• 2013 год — первая официальная публикация первоначальных сведений о миссии после её официального выбора в мае 2012 года. Вероятное подписание соглашения о сотрудничестве между ЕКА и Роскосмосом.
• Ноябрь 2014 года — окончательное утверждение миссии.
• Июнь 2022 года — запуск (резервный - 2023 год; также возможен запуск в 2021 году).
• Январь 2030 года — прибытие в систему Юпитера. До декабря 2030 года JUICE проведет на эллиптической орбите за орбитой Ганимеда, таким образом избежав влияния радиационных поясов. За этот период будут проведены детальные исследования внутренней магнитосферы Юпитера, а также наблюдения за его атмосферой. JUICE произведет 7 облетов Ганимеда.
• Декабрь 2030 года — прибытие к Каллисто. JUICE совершит 3 облета спутника и, совершив гравитационный маневр, совершит 2 облета Европы.
• Январь-сентябрь 2031 года — 9 облетов Каллисто.
• Сентябрь 2032 года — исследование Ганимеда с высоты 5000 км.
• Февраль 2033 года — исследование Ганимеда с высоты 500 км.
• Май 2033 года — исследование Ганимеда с высоты 200 км.
• Июнь 2033 — завершение миссии. Если к этому времени JUICE будет нормально функционировать, его миссия будет продлена. В этом случае продолжатся исследования Ганимеда с высоты 200 км. По истощении ресурсов аппарата, он будет сведен с орбиты и врежется в поверхность Ганимеда.

Научные цели

JUICE охарактеризует Европу, Ганимед и Каллисто с точки зрения их внутреннего строения, состава и геологической активности, определит области с подповерхностными океанами и расширит наши знания касательно возможной обитаемости этих миров. Миссия предусматривает также изучение самого Юпитера. Общее время исследований — 3,5 года.

Большую часть своей миссии JUICE будет исследовать Ганимед. Общее время исследований — 280 дней, в течение которых JUICE совершит множество облетов спутника на различной высоте.

Целевые научные исследования Ганимеда следующие:

• Характеристика подповерхностного океана и обнаружение предполагаемых подземных водоемов.
• Топографическое, геологическое и композиционное картографирование поверхности.
• Изучение физических свойств ледяной коры.
• Характеристика внутреннего строения.
• Исследование экзосферы.
• Изучение собственного магнитного поля Ганимеда и его взаимодействия с магнитосферой Юпитера.

Исследования Каллисто продлятся 200 дней, в течение которых JUICE совершит 12 витков вокруг спутника.

В связи с высокой сложностью миссии планируется только 2 облета Европы на высоте 400—500 км от поверхности (полноценное изучение этого спутника потребовало бы от JUICE порядка 50-100 облетов). Общее время изучения спутника — 36 дней. Акцент в исследовании Европы будет сделан не на поиск органики, а на понимание образования ледяной корки спутника и её состава. JUICE будет первым земным аппаратом, осуществившим сканирование поверхности Европы и определившим как минимальную толщину ледяной корки под самыми активными областями спутника, так и глубину океана под ними.

Исследования Юпитера:

• Изучение структуры, состава и динамики атмосферы.
• Изучение магнитосферы.

Характеристики

Ракетоноситель

Зонд JUICE будет выведен на орбиту европейским ракетоносителем Ариан 5, либо российским ракетоносителем Протон. В случае выбора европейского ракетоносителя полет потребует EVEE-маневра и займет 7,6 лет. Для сравнения - американский ракетоноситель Атлас доставит зонд Юнона (космический аппарат) к Юпитеру менее чем за 5 лет.

Конструкция

• High-gain антенна — от 3,2 м.
• Объем передаваемых на Землю данных — не менее 1.4 Гбайт в день.
• Источник энергии — солнечные панели площадью от 60 до 75 кв.м с вырабатываемой энергией 46 Вт/кв.м. (несмотря на то, что эффективность солнечных батарей на орбите Юпитера в 25 раз меньше, чем на земной)
• Вес аппарата при запуске — 1800 кг.
• Топливо — 2900 кг.
• Флеш-память — 48 Гбайт-1 Тбайт.
• По состоянию на ноябрь 2011 года имеются определенные трудности в обеспечении защиты будущего КА от радиации. Предполагаемая масса защиты — от 155 до 172 кг, алюминиевый сплав. Почти 60% от общей дозы облучения будут получены во время изучения Ганимеда, около 25% — в течение 2 облетов Европы. Оставшаяся доля облучения будет получена аппаратом во время исследования системы Юпитера.

Научная аппаратура

Предполагается, что КА будет иметь 11 приборов, общая масса — 104 кг.

Получение изображений:

• Узкоугольная камера (NAC), широкоугольная камера (WAC).

Спектроскопия:

• Visible Infrared Hyperspectral Imaging Spectrometer (VIRHIS).
• UV Imaging Spectrometer (UVIS).
• Sub-mm Wave Instrument (SWI).

Исследование полей и частиц:

• Магнитометр.
• Radio and Plasma Wave Instrument (RPWI).
• Particle and Plasma Instr.— Ion Neutral Mass Spectrometer (PPI-INMS).

Радиолокационное зондирование:

• Лазерный алтиметр.
• Ice Penetrating Radar (IPR).
• Radio Science Instrument (JRST+USO).

Схожие миссии

Американское агенство НАСА также имеет планы по исследованию Европы. Ранний проект Jupiter Europa Orbiter был отменен в связи с его дороговизной ($4.7 млрд.) и сокращением некоторых исследований в пользу изучения Марса. Однако на апрель 2013 в штаб-квартире НАСА намечено предварительное рассмотрение бюджетного орбитального аппарата Europa Clipper стоимостью не более $2 млрд. В случае утверждения проекта он будет выгодно отличаться от миссии JUICE в части исследования Европы: номинальный гарантированный период работоспособности Europa Clipper в районе Европы составит не менее 109 дней. Общее время исследований Европы составит 2,3 года, за которые зонд совершит 32 пролёта вокруг спутника. Самый близкий будет всего в 25 км от замороженной поверхности юпитерианского соседа. Именно в этот момент у радара будут максимальные шансы проверить толщину ледяной коры Европы и глубину (а при наиболее благоприятном стечении обстоятельств - даже соленость) лежащего под ней водного океана.

Примечания

1. ↑ JUICE is Europe’s next large science mission

См. также

• Европейское космическое агентство