Evropská kosmická agentura řadí v posledních letech své vědecké projekty do tří kategorií – S (malé), M (střední) a L (velké). Největší pozornost pochopitelně přitahují projekty ze třetí kategorie, které můžeme označit za vlajkové lodě výzkumu. Jsou největší, nejdražší, mají nejsmělejší cíle a nesou špičkovou techniku. Zatím nebyl v novém programu Cosmic Vision vypuštěn žádný kosmický průzkumník, ale to neznamená, že se nic neděje. Právě naopak – první exempláře kategorií S (Cheops) a M (Solar Orbiter) se pomalu chystají na start a pozadu nezůstává ani první zástupce kategorie L.

Mise JUICE (JUpiter Icy Moon Explorer) má startovat v roce 2022 a je určená k výzkumu Jupiteru a jeho měsíců. Půjde o velkou výzvou, na kterou je potřeba se důkladně připravit. Důležité kroky se v tomto směru již dělají. Projekt vstoupil do testovací kampaně termálního vývojového modelu (TDM – Thermal Development Model) a předletového modelu (PFM – Proto-Flight Model). Nás může těšit, že evropská kosmická agentura plánuje na toto téma hned několik článků, z nichž tento je první. Rozhodli jsme se této krásné možnosti využít a založili jsme pro Vás seriál Evropský vědecký JUICE, ve kterém budou vycházet překlady článků z webu ESA na toto téma.

Jednou z největších výzev při této misi bude široké rozpětí teplot, kterému musí odolat nejen samotná konstrukce sondy, ale i její vědecké přístroje. Aby měli inženýři jistotu, že drahá sonda bez problémů přežije jak přeletovou fázi meziplanetárním prostorem, tak i pobyt v chladném okolí největší planety Sluneční soustavy, bude muset před samotným startem proběhnout celá řada zkoušek. První z nich, označovaná jako test tepelného vývojového modelu (TDM – Thermal Development Model) byla před nedávnem úspěšně dokončena.

Úkolem této zkoušky, která probíhala od 5. do 10. května v technologickém středisku agentury ESA v Nizozemí, bylo ověřit správné fungování palubního systému řízení hospodaření s teplem. Bylo nutné zjistit, zda tento systém dokáže sondu ochránit před extrémními teplotami během celé komplexní mise. Po startu se totiž JUICE vydá na 88 měsíců dlouhou cestu meziplanetárním prostorem, během které provede hned několik průletů kolem planet – nejprve kolem Země, pak kolem Venuše, Marsu a zase kolem Země. Teprve pak se vydá vstříc plynnému obru jménem Jupiter.

Během této cesty bude sonda čelit vlivům intenzivního ohřívání slunečními paprsky, což bude nejhorší v okolí oběžné dráhy Venuše, ale také musí umět vzdorovat chladnému prostředí. Vždyť u Jupiteru bude běžně vystavena teplotám kolem -200°C a v době, kdy zalétne do stínu planety, budou teploty ještě nižší. Systém hospodaření s teplem sondy JUICE je navržen tak, aby minimalizoval dopady vnějšího prostředí na samotnou sondu. Základ tvoří vysoce efektivní vícevrstvá izolace MLI (Multi-Layer Insulation). Materiál, který se použije k obalení vnějších povrchů sondy je označován jako StaMet, přičemž bude pokrytý vrstvou černého kaptonu 160XC.

Vrstva izolace MLI pomůže s tlumením vnějších teplot během maximálního přiblížení ke Slunci, ale také omezí úniky tepla z interiéru sondy během práce u Jupiteru. Díky této izolační vrstvě bude možné snížit energetické nároky na palubní ohřívače především v době, kdy budou energii potřebovat palubní přístroje pro svá měření, nebo kdy se budou odesílat data na Zemi. Poptávka po energii bude jedním z kritických faktorů během provozu, protože sonda bude mít pouze omezený zdroj elektřiny. Solární panely sice budou velké a moderní, ale Jupiter obíhá daleko od Slunce, takže na solární panely dopadne 25× méně paprsků než u Země. Dobrá pasivní tepelná izolace navíc bude mít i pozitivní vliv na snížení hmotnosti celé sondy, což bývá u většiny kosmických misí velký strašák. Když bude mít sonda dobrou izolaci, nebude muset nést tak velké/těžké radiátory a ohřívače.

Ověřovací tepelná zkouška (thermal verification test) byla nutná k ověření pasivních tepelných ztrát sondy v chladném i teplém prostředí. K této zkoušce se použil plnorozměrový model TDM, který je tvořen zjednodušenou verzí struktury letového exempláře. Středový válec byl nahrazen základní šestihrannou strukturou a vysokozisková antona HGA (High Gain Antenna) byla simulována jednoduchým, bíle natřeným hliníkovým diskem o stejném průměru, jako bude mít letový exemplář HGA). Pro zkoušku to bylo odpovídající, protože HGA se bude používat jako deštníkovitý štít celé konstrukce během maximálního přiblížení ke Slunci.

Samotný TDM postavily firmy Airbus Defence a španělská Space S.A.U. jakožto kontrakt pro Airbus Defence a francouzskou Space SAS. Některé prvky konstrukce a systém hospodaření s teplem byly vyrobeny v portugalské firmě HPS a rakouské RUAG. V útrobách modelu nebyly žádné vědecké přístroje, takže odvod tepla ze základní platformy, kde přístroje budou, simulovaly přidané ohřívače. Samotný TDM byl zabalený v izolaci MLI a technici jej umístili do největší evropské komory, která dovede simulovat kosmické podmínky. Komoru označovanou jako LSS (Large Space Simulator) najdeme v technologickém středisku evropské kosmické agentury ESTEC v Nizozemí. 5. května se spustily kompresory a z komory o průměru 9,4 metru byl postupně odčerpán vzduch. Vzniklé vakuum je podobné podmínkám, které sonda zažije ve vesmíru a po celou dobu zkoušek byla udržována stejná úroveň.

V první fázi zkoušek přišel ke slovu simulátor Slunce – systém vysoce výkonných lamp a zrcadel, který dokázal zvýšit teplotu vnějších částí TDM až na téměř 200°C. Ohřívaná byla pochopitelně část, která má během skutečného letu mířit ke Slunci. V době, kdy lampy svítily, byly stěny komory ochlazovány kapalným dusíkem na teplou -180°C, aby strana odvrácená od lamp (Slunce), zažívala stejně chladné podmínky, jaké zažije letový exemplář ve vesmíru. Během těchto zkoušek měla vrstva MLI udržet vnitřní teplotu na příjemných 35°C.

Dalším krokem byla studená fáze testů, při kterých se simulovaly nízkoteplotní podmínky u Jupiteru. K tomu stačilo pokračovat v chlazení stěn komory a vypnout lampy simulující Slunce. V horké fázi (blízko Slunce u Venuše) se nepočítá s chodem vědeckých přístrojů), ale ve studené fázi (u Jupiteru) už ale samozřejmě pracovat budou. Aby byly zkoušky kompletní, došlo v této fázi ke zvýšení výkonu vnitřních ohřívačů, které simulovaly chod vědeckých přístrojů.

Po dokončení zkoušek byl do komory opět napuštěn vzduch, takže došlo k vyrovnání tlaků a teplot s vnějším prostředím. Oficiálně byly tepelné zkoušky ukončeny 12. května, když se otevřely dveře komory LSS. „Zkouška byla velmi úspěšná a proběhla opravdu hladce,“ sdělil Ared Schnorhk, sestavovací, integrační a testovací manažer z ESA a dodal: „Díky tomu jsme mohli zařadit i dodatečnou testovací fázi, při které simulátor Slunce pracoval na střední výkon. V dalších týdnech budeme analyzovat měření nasbíraná více než 380 termočlánky. Výsledky poskytnou pevné základy pro kritické posouzení návrhu CDR (Critical Design Review) mise JUICE, které by mělo začít v polovině letošního prosince.“

Jednotlivé díly celé mise však mají do konce letošního roku naplánováno ještě mnoho testů. za všechny můžeme jmenovat:

• Zkouška vzorků (pattern test) antény RIME (tento přístroj bude hledat  kapalnou vodu pod povrchem ledových měsíců)
• Kvalifikace diody GALA (laserový výškoměr, který zmapuje profily terénu měsíců)
• Doručení inženýrského modelu s použitím reprezentativního plnorozměrového modelu struktury sondy
• začátek funkční validační kampaně

Po dokončení již změněného posouzení CDR, bude možné zahájit integraci letového modulu sondy JUICE. Ta během své vědecké mise důkladně prozkoumá bohatý systém Jupiterových měsíců včetně detailních studií tří přirozených satelitů této planety, které mají potenciál k tomu, že se pod jejich povrchem ukrývá kapalná voda – Ganymed, Europa a Callistó.

JUICE bude kroužit kolem Jupiteru a kolem těchto měsíců bude pravidelně prolétávat. Celá mise bude korunována velkým finále – sonda vstoupí na oběžnou dráhu kolem měsíce Ganymedu a stane se tak první lidskou sondou, která bude obíhat kolem nezemského měsíce.

Na palubě JUICE bude nejdokonalejší vědecké vybavení, jaké kdy letělo do vnějších oblastí Sluneční soustavy. Jedná se o deset špičkových přístrojů a jeden experiment, který využije komunikační systém sondy k měřením pozemskými přístroji.

Palubní vybavení umožní vědcům porovnávat výsledky nasbírané u jednotlivých ledových měsíců a prozkoumat potenciál těchto objektů k tomu, zda mohou hostit obyvatelná prostředí jako jsou podpovrchové oceány. Kromě toho bude sonda studovat i samotný Jupiter, jeho atmosféru, magnetosféru a prstence.

Zdroje informací:
http://sci.esa.int/

Zdroje obrázků:
http://www.esa.int/¨…/17065944-1-eng-GB/Exploring_Jupiter.jpg
http://sci.esa.int/science-e-media/img/f0/JUICE_TDM_in_LSS_20180503-7.jpg
http://sci.esa.int/science-e-media/img/ea/JUICE_TDM_in_LSS_20180503-1.jpg
http://sci.esa.int/science-e-media/img/ec/JUICE_TDM_in_LSS_20180503-3.jpg
http://sci.esa.int/science-e-media/img/ed/JUICE_TDM_in_LSS_20180503-4.jpg
http://sci.esa.int/science-e-media/img/f2/JUICE_TDM_in_LSS_20180503-9.jpg