Na začátku června vydala Evropská kosmická agentura na svém webu článek, který byl prvním dílem seriálu. Ten měl čtenáře seznámit s vývojem systémů první velké vědecké mise v rámci programu Cosmic Vision 2015-2025 – JUICE (JUpiter ICy moons Explorer). Článek obsahoval velmi zajímavé informace a technické detaily zkoušek, které se obvykle nezveřejňují. Evropská kosmická agentura ale dobře ví, že existují fandové, kteří právě takové informace ocení a kdy jindy než u prvního projektu z kategorie velkých, spustit takový podrobnější popis. Článek nás zaujal a na jeho základě jsme vytvořili první díl nepravidelného seriálu Evropský vědecký JUICE. Jenže v dalších týdnech a měsících jsme na webu ESA jen marně čekali na nový článek z této série. Když už jsme začali mít strach, že zajímavý informační projekt skončil, vydala ESA krátce po sobě hned dva tématické články. Dnes Vám tedy přinášíme první z nich a ten druhý zveřejníme za pár dní.

Během srpna letošního roku se příprava mise JUICE zaměřila především na tepelné zkoušky strukturálního a termálního modelu (STM – Structural and Thermal Model) segmentu ramene MAG, na kterém bylo usazeno pět testovacích STM modelů vědeckých senzorů. Zkoušky proběhly v rámci vývojového programu ramene MAG a jejich úkolem bylo ověřit současné inženýrské předpoklady a garantovat celkové termální chování ramene s připojenými senzory.

Aby mohla sonda JUICE splnit své ambiciózní vědecké cíle, ponese na své palubě špičkové vědecké vybavení. Tyto přístroje se postarají o dálkový průzkum, geofyzikální měření a další místní výzkum. Cílem tohoto výzkumu je především poskytnout data o magnetosféře Jupiteru, o plasmatu a polích, která obklopují obří měsíce. Mezi přístroji proto najdeme i tyto dva exempláře:

• J-MAG – Magnetometr, který je založen na trojici senzorů (dvakrát fluxgate magnetometr a jednou skalární magnetometr) umístěné na rameni MAG. Tyto senzory budou měřit stejnosměrné proudy, vektory a magnitudu magnetického pole v okolí sondy.
• RPWI – Přístroj, který provede několik typů měření v okolí Jupiteru a jeho ledových měsíců. Jeho oblastí výzkumu budou plasmatická, vlnová, elektrická a magnetická měření včetně sledování radiových emisí a monitorování elektrických polí. Přístroj RPWI bude mít na rameni MAG dva senzory, přičemž další snímače se budou nacházet na jiných čtyřech ramenou na dalších místech sondy.

Aby se eliminovalo magnetické rušení, tedy aby citlivé senzory nebyly ovlivněny fungováním palubních přístrojů a mohly měřit skutečně přesně místní podmínky, je pětice těchto senzorů umístěna na vzdáleném konci ramene s délkou 10,6 metru. Samotné rameno MAG je tvořeno třemi částmi, které jsou vzájemně propojené pomocí kloubů. Konstrukce bude při startu uložena ve složené konfiguraci vedle jednoho z bočních panelů sondy a na plnou délku se rozloží až ve vesmíru.

Během přeletové fáze k Jupiteru budou sonda JUICE i rozložené rameno MAG vystaveny opravdu extrémním teplotním podmínkám. Když se sonda dostane ke Slunci nejblíže, bude čelit solárnímu toku s hustotou 3300 W/m², což je 2,5× více než průměrná úroveň osvětlení v blízkosti Země. U Jupiteru pak tato hodnota poklesne jen na 50 W/m², což činí pouhá 4 % úrovně osvětlení u Země.

Ani při samotné vědecké fázi u Jupiteru to sonda s ramenem MAG nebudou mít lehké. Budou si muset poradit i s mnoha zatměními, kdy se Slunce schová za planetu či měsíc. Tyto fáze mohou trvat až čtyři hodiny a teploty na sondě během nich spadnou až k -250°C. Rameno MAG a senzory na něm umístěné jsou navrženy tak, aby odolávaly tomuto extrémnímu teplotnímu rozmezí. Inženýři proto do konstrukce zapracovali systémy pasivního řízení teploty, které jsou postaveny na principu vícevrstvé tepelné izolace MLI (Multi Layer Insulation). Tuto izolační vrstvu doplňují lokální ohřívače s omezeným výkonem, aby sonda šetřila elektrickou energii, které sonda vybavená solárními panely nebude mít u Jupiteru mnoho.

Schopnost odolat extrémním teplotám s omezeným množstvím energie byla nejprve prověřena formou výpočtů, které využívají numerických teplotních modelů. Prvotní zkouška tepelné rovnováhy byla zapracována do vývojového programu ramene MAG a měla ověřit, že inženýři uvažují správným směrem a že se celé rameno i s připojenými senzory chová po termální stránce podle očekávání.

Pro zkoušku se nepoužil letový hardware, ale zjednodušený testovací exemplář STM (Structural and Thermal Model) koncového segmentu ramene MAG s délkou 3,6 metru. Pětice senzorů byla pro zkoušku také nahrazena testovacími modely, které odpovídají letovému hardwaru z hlediska teplotního chování, mechanické konfigurace a výkonu.

Během zkoušky se ve vakuové komoře simulovaly dvě extrémní teplotní situace. V testovacím středisku IABG v německém Ottobrunnu mezi 11. a 15. srpnem byla nejprve komora pomocí kapalného dusíku ochlazena na -180 °C, což simulovalo chlad hlubokého vesmíru. Naopak žár v blízkosti naší životodárné hvězdy zajistilo 22 infračervených lamp s celkovým výkonem 16 000 W. Jejich svit byl směřován na stranu vnějšího segmentu ramene MAG, která má podle plánu mířit ke Slunci. Po celou dobu zkoušek se sledovaly teploty na rameni. Nejvyšší teplota byla naměřena na povrchu tepelné izolace MLI a měla hodnotu +227°C – na opačné straně pouhých 10 centimetrů od nejteplejšího místa měla konstrukce teplotu kolem -170°C.

Následovala simulace prostředí u Jupiteru. V rámci této zkoušky byly všechny infračervené lampy zhasnuté a testovací exemplář zůstal v chladu a temnotě vakuové komory. Lokální ohřívače si řekly jen o půl wattu a přesto dokázaly udržet více než tři a půl metru dlouhé rameno a senzory nad teplotou -150°C. Většina vědeckých senzorů navíc zažívala ještě teplejší prostředí. Data z více než stovky teplotních měření jsou nyní analyzována a poslouží k aktualizaci a ověření termálních matematických modelů, což je klíčový krok v rámci vývoje ramene MAG..

Sonda JUICE provede unikátní výzkum Jupiterova systému s velkým důrazem na tři měsíce, které s velkou pravděpodobností ukrývají podpovrchový oceán – jde o měsíce Ganymed, Europa a Callistó. JUICE kolem každého z těchto měsíců, který si svými rozměry nezadá s planetami, několikrát proletí a na konci mise vstoupí na oběžnou dráhu kolem Ganymedu – největšího měsíce Sluneční soustavy. K výzkumu tohoto unikátního prostředí ponese na své palubě deset špičkových vědeckých přístrojů a jeden experiment, který použije komunikační systém sondy a pozemní vybavení. Palubní přístroje umožní hledat rozdíly mezi jednotlivými měsíci, díky kterými bychom mohli mnohem lépe pochopit tyto světy, které mohou ukrývat obyvatelné prostředí. Kromě měsíců ale JUICE prozkoumá i planetu samotnou – její atmosféru, magnetosféru a jemné prstence.

Dnes jsme se věnovali rameni MAG a dvěma přístrojům, které se na něm budou nacházet. Samotné rameno poskytne španělská firma SENER, přístroj J-MAG zajistí Imperial College z britského Londýna a přístroj RPWI má na starosti Švédský institut vesmírné fyziky (Institutet för rymdfysik, IRF) ze švédské Uppsaly.

Zdroje informací:
http://sci.esa.int/

Zdroje obrázků:
http://sci.esa.int/…/JUICE_magnetometer_boom_thermal_vacuum_test_20180810_2.jpg
http://sci.esa.int/…/JUICE_magnetometer_boom_thermal_vacuum_test_20180810_3.jpg
http://sci.esa.int/…/JUICE_magnetometer_boom_thermal_vacuum_test_20180810_1.jpg
http://www.esa.int/…/exploring_jupiter/17065944-1-eng-GB/Exploring_Jupiter.jpg
http://www.aerospace.sener/…/sener-aeroespacial-mastil-magnetometro-mision-juice-1.jpg
https://indico.cern.ch/…/JUICE_radiation_measurement_instruments_TorgeirPaulsen.pdf