De eerste Europese missie naar Jupiter bereidt zich voor op lancering vanuit Zuid-Amerika – Spaceflight Now

De 1,7 miljard dollar kostende Jupiter Icy Moons Explorer-missie van de European Space Agency is klaar voor lancering op donderdag vanuit Frans-Guyana en begint aan een cruise van acht jaar naar de grootste planeet in het zonnestelsel voordat het het eerste ruimtevaartuig ooit wordt dat in een baan om een ​​van zijn manen draait. jaren 2030.

De missie, bekend onder de afkorting JUICE, heeft een kaartcamera met hoge resolutie en een grondradar aan boord om de bevroren landschappen van drie van de grootste manen van Jupiter – Ganymedes, Callisto en Europa – in kaart te brengen, en een reeks spectrometers om de samenstelling van hun manen te meten. ijzige korsten. Na de lancering zal het JUICE-ruimtevaartuig een insectachtige reeks antennes en armen inzetten die zijn uitgerust met sensoren om de deeltjes en dynamische plasmavelden rond Jupiter en zijn manen te bestuderen.

“We zullen Jupiter en zijn ijzige manen, Europa, Ganymedes en Callisto, verkennen, met speciale aandacht voor Ganymedes, een uniek lichaam in het zonnestelsel, de enige maan met een magnetisch veld en de grootste maan van de zon,” zei Olivier Weetas , projectwetenschapper voor de JUICE-missie bij ESA. “Het belangrijkste doel is om te begrijpen of er bewoonbare omgevingen zijn tussen die ijzige manen rond een gigantische planeet zoals Jupiter.”

Wetenschappers geloven dat Europa, Ganymedes en Callisto oceanen van vloeibaar water herbergen onder hun ijzige korsten.

“We gaan met name de oceanen met vloeibaar water in de ijzige manen karakteriseren,” zei Waitassy. “Dus de vraag is, waar bevinden die oceanen zich, hoe ver onder het oppervlak van de manen, hoe diep is die oceaan? Hoeveel water hebben we? Wat is de samenstelling van dat water?”

JUICE heeft 10 wetenschappelijke instrumenten ontwikkeld door onderzoeksteams in Europa, de Verenigde Staten en Japan. Volgens de European Space Agency (ESA) is de missie uitgerust met “de krachtigste remote-sensing, geofysische en in-situ payload-complement dat ooit aan het buitenste zonnestelsel is geleverd”.

Door Italië geleide radar zal de ijzige korst die de manen van Jupiter bedekt, onderzoeken en structuren 9 kilometer onder het oppervlak onthullen. De hoofdcamera van JUICE zal beelden vastleggen van de wolken- en ringpatronen van Jupiter en het chaotische en bekraterde terrein van Europa, Callisto en Ganymedes.

“Om de kwestie van bewoonbaarheid te begrijpen, moeten we het Jupiter-systeem wereldwijd verkennen”, zei Wetase. “Dus om Jupiter te bestuderen, zijn atmosfeer, zijn weer, zijn sterk roterend magnetisch veld, zijn vulkanische maan Io, de andere manen in het systeem, en hoe al deze lichamen met elkaar verband houden.”

Het JUICE-ruimtevaartuig, gebouwd door Airbus, is ingesloten in de neuskegel van een Arianespace Ariane 5-draagraket voor lancering om 8:15:01 uur EDT (1215:01 UTC) vanuit het Guyana Space Center, een door Europa geleide ruimtehaven in Kourou, Frans-Guyana. Ariane 5 zal van het lanceerplatform springen met 2,9 miljoen pond stuwkracht van zijn hoofdmotor op waterstof en twee aan de zijkant gemonteerde solide raketaanjagers.

De Europese raket maakt zijn voorlaatste vlucht met het ruimtevaartuig JUICE. De definitieve lancering van de Ariane 5-raket met een communicatiesatelliet is gepland voor juni, waarna de backbone-raket zal worden ontmanteld ten gunste van Europa’s nieuwe generatie Ariane 6-raket, die nog in ontwikkeling is.

Ariane 5 is een van de krachtigste operationele raketten ter wereld, met 115 missies op zijn naam, waaronder de historische lancering van de James Webb Space Telescope op eerste kerstdag 2021.

De JUICE van 13.141 pond (5.961 kilogram) zal ongeveer 28 minuten op een Ariane 5-raket rijden en genoeg snelheid oppikken om aan de zwaartekracht van de aarde te ontsnappen en naar het zonnestelsel te gaan. Na het scheiden van de bovenste trap van de Ariane 5, zal JUICE verbinding maken met een grondstation en de twee vleugels van de twee stroomgeneratoren van de zonnepanelen onthullen, elk gerangschikt in een kenmerkende kruisvormige formatie.

De zonnepanelen zijn de grootste die ooit zijn gebouwd voor een interplanetair ruimtevaartuig, met een totale lengte van bijna 27,1 m en een oppervlakte van 85 vierkante meter. Dankzij het grote formaat kan JUICE genoeg energie opwekken voor het ruimtevaartuig en zijn wetenschappelijke instrumenten op Jupiter, ongeveer vijf keer verder van de zon dan de aarde. De 23.560 zonnecellen van het ruimtevaartuig zullen 850 watt vermogen opwekken.

“Op aarde zou zo’n oppervlak (zonnepaneel) een hele weg met huizen van stroom kunnen voorzien, maar op Jupiter kan het maar één magnetron tegelijk van stroom voorzien”, schreven ESA-functionarissen in de JUICE-persgroep.

Grondcontrollers van het Spacecraft Operations Center van de European Space Agency in Darmstadt, Duitsland, zullen toezicht houden op de JUICE-cruise naar Jupiter. De eerste 17 dagen na de lancering zullen instrumenten, antennes en giek worden ingezet.

“Het ruimtevaartuig heeft het grootste deel van het afgelopen decennium nodig gehad om te ontwerpen en te ontwikkelen, en is nu klaar voor lancering bovenop een Ariane V-draagraket”, zegt Alessandro Atzi, ESA’s payload-systeemingenieur voor de JUICE-missie. “Dus we hebben het over een vrij groot ruimtevaartuig met een aantal echt verbazingwekkende hoofdkenmerken. De zeer grote high-gain antenne, enorme zonnepanelen, 85 vierkante meter, vele, vele inzetbare gieken. Dus direct na de lancering zal er een veel werk om ervoor te zorgen dat alles correct wordt ingezet, zodat we aan onze missie kunnen beginnen.

Het European Space Agency selecteerde de JUICE-missie voor ontwikkeling in 2012 en versloeg voorstellen voor een röntgenastrofysisch observatorium en een zwaartekrachtgolfdetectiemissie in een wedstrijd voor financiering in het ruimtewetenschappen Cosmic Vision-programma van het bureau.

Ondanks een flinke boost van de Ariane 5-raket, zal het JUICE-ruimtevaartuig geen directe route naar Jupiter nemen. Het zal eenmaal om de zon draaien voordat het in augustus 2024 terugkeert om langs de aarde en de maan te vliegen, een manoeuvre om de zwaartekracht te gebruiken om de baan van de sonde te hervormen. De flyby zal de eerste keer zijn dat een ruimtevaartuig een door zwaartekracht ondersteunde manoeuvre uitvoert met zowel de aarde als de maan.

Een soortgelijke door zwaartekracht ondersteunde flyby met Venus staat gepland in augustus 2025, gevolgd door nog twee vluchten op aarde in 2026 en 2029. Op een kritiek moment zal JUICE zijn hoofdmotor afvuren om in juli 2031 in een baan om de aarde te worden gebracht door de zwaartekracht van Jupiter. Deze prestatie zal het begin zijn van een reeks van 35 vluchten vanaf Ganymedes, Callisto en Europa, waarbij nauwkeurige metingen worden gedaan van de dikte van Europa’s wereldwijde ijskap en het zoeken naar organische moleculen.

“Jupiter, het is echt een miniatuur zonnestelsel,” zei Waitassy.

Dan, in het jaar 2034, zal JUICE in een baan rond Ganymedes zelf draaien om een ​​gedetailleerd onderzoek uit te voeren.

Het ruimtevaartuig zal proberen het bestaan ​​van een diepe ondergrondse oceaan op Ganymedes te bevestigen. De laserhoogtemeter, voornamelijk gefinancierd door Duitsland, zal de getijdenvervorming meten om wetenschappers te helpen meer te weten te komen over de veronderstelde binnenomtrek van Ganymedes en gegevens te verzamelen voor een wereldwijde topografische kaart van de grootste maan van het zonnestelsel.

JUICE-instrumenten zullen een kaart met hoge resolutie van het ijzige oppervlak genereren en het magnetische veld van Ganymedes onderzoeken. Wanneer JUICE bijna geen brandstof meer heeft, zullen grondverkeersleiders het ruimtevaartuig op een ramkoers met Ganymedes sturen om ervoor te zorgen dat het geen andere manen in het Jupiter-systeem besmet, wat toekomstige missies op zoek naar leven zou kunnen belemmeren.

Veel van de doelen van JUICE volgen op ontdekkingen van NASA’s Galileo-missie, die van 1995 tot 2003 door het Jupiter-systeem toerde.

De JUICE-missie zal niet alleen op Jupiter zijn. NASA is van plan om in oktober 2024 Jupiters Europa Clipper-ruimtevaartuig van meerdere miljarden dollars te lanceren vanuit het Kennedy Space Center in Florida.

De Europa Clipper wordt gelanceerd op een krachtigere raket, de Falcon Heavy van SpaceX, en zal in april 2030, een jaar voor JUICE, in een baan rond Jupiter komen. De twee missies vullen elkaar aan, waarbij JUICE zich richt op Ganymedes en de Europa Clipper die klaar staat om Europa te bestuderen, een van de beste kandidaten voor een bewoonbare wereld elders in het zonnestelsel.

“Jupiter, het is echt een miniatuur zonnestelsel,” zei Waitassy.

Wetenschappers in de Verenigde Staten en Europa zoeken naar mogelijkheden om gecoördineerde waarnemingen uit te voeren tussen het Europa Clipper-ruimtevaartuig en het JUICE-ruimtevaartuig.

“We hebben beide sporen in het systeem bestudeerd en we kunnen zien dat we geweldige wetenschap op Europa kunnen doen, wanneer de twee ruimtevaartuigen deze maan samen kunnen observeren”, zei Weetas. “Een voorbeeld is de Clipper-flyby, vier uur later gevolgd door de JUICE-flyby.”

Een andere robotmissie die momenteel in een baan om Jupiter draait, is NASA’s Juno-ruimtevaartuig, dat de gasreus in 2016 bereikte en nu 50 banen rond de planeet heeft voltooid. De Juno wetenschappelijke lading was ontworpen om de atmosfeer en de interne structuur van Jupiter te bestuderen, maar wetenschappers hebben onlangs de reikwijdte van de missie uitgebreid om de grootste maan van Jupiter in beeld te brengen.

Europa Clipper en JUICE worden het derde en vierde ruimtevaartuig dat in een baan om Jupiter draait, na een reeks one-shot flybys die begonnen met NASA’s Pioneer 10 en 11 sondes in 1973 en 1974.

De gevoelige avionica van het JUICE-ruimtevaartuig bevindt zich in een met lood beklede kluis om het te beschermen tegen de harde straling rond Jupiter.

“Massa, kracht, alles is echt geoptimaliseerd voor dit soort missies”, zegt Justin Byrne, hoofd wetenschappelijke programma’s bij ruimtevaartuigbouwer Airbus Defence and Space. “Straling is dodelijk voor elektronica, en tenzij je het beschermt, zal elektronica kapot gaan. We zullen geheugenbeschadigingen krijgen en uiteindelijk computerstoringen.”

JUICE gaat dieper het universum in dan enig Europees ruimtevaartuig ooit alleen heeft gereisd. De Huygens-sonde van de European Space Agency, die landde op de Saturnusmaan Titan, is begonnen aan een reis naar Saturnus met NASA’s Cassini-ruimtevaartuig.

Het JUICE-ruimtevaartuig is redundant gebouwd, met twee computers en back-ups voor de meeste grote systemen, aldus Byrne.

“Bovendien, omdat Jupiter zo ver weg is, kunnen we het niet rechtstreeks controleren”, zei Byrne.

Radiosignalen doen er ongeveer anderhalf uur over om de heen- en terugreis tussen de aarde en Jupiter te maken. Hiervoor moesten ingenieurs het JUICE-ruimtevaartuig ontwerpen met onafhankelijke software om problemen op te sporen en zichzelf lang genoeg in een veilige configuratie te plaatsen om te wachten op commando’s van controllers op aarde.

JUICE’s 2,5 meter brede (2,5 meter) high-gain antenne zal wetenschappelijke beelden en gegevens terugzenden naar de aarde. Wetenschappers van onderzoeksinstellingen over de hele wereld gaan de metingen analyseren.

“We gaan het leven met sap niet ontdekken,” zei Wetase. “Maar toch zullen we interessante aspecten van het leven en de bewoonbaarheid bestuderen.”

Een ionenmassaspectrometer op JUICE zal waterdamp en andere deeltjes in de ijle atmosfeer van de ijzige manen meten. Een ander instrument zal verticale kenmerken van de atmosfeer van de satellieten meten.

“Echt, het meest interessante aspect van de missie is om erachter te komen waar dit water is?” zei Wetassi. “Wat is de samenstelling qua zout? Hoe verhoudt zich dat tot de bewoonbaarheid van die manen?”

E-mail de auteur.

Volg Stephen Clark op Twitter: @medewerker.