четверг, 6 марта 2014 г.

Земля и Вселенная. Часть 26. "Клипер" - на Европу!


    Администрация президента США выделила НАСА деньги на полет к спутнику Юпитера в поисках жизни

Спутник Юпитера, Европа. Фото: Ted Stryk / NASA
    «Национальное управление по воздухоплаванию и исследованию космического пространства США (НАСА) планирует запустить миссию на Европу - спутник Юпитера, считающийся лучшим претендентом на обнаружение инопланетной жизни в Солнечной системе, сообщает портал «Space». Космический корабль должен стартовать в 2024 году.
    Европа - одна из самых загадочных лун Солнечной системы, находящаяся более чем в 600 млн километров от Земли. Она является четвертым по величине спутником Юпитера. Ее поверхность покрыта многокилометровым слоем льда. Астрономы уверены, что подо льдом плещется гигантский океан глубиной в десятки километров, местами - вплоть до 100 километров. Для сравнения, глубина земных океанов составляет в среднем четыре километра. Объем подледного океана на Европе вдвое превышает объем всех океанов на Земле, но состав и температура у поверхности могут быть очень похожи на земные.
    Космогеохимик Джеффри Бада считает, что океан Европы - прекрасное место для обнаружения как минимум органики. Планетолог из Аризонского университета Ричард Гринберг предположил, что в океане могут жить «миллионы рыбообразных существ» и там может быть великое разнообразие микроскопических форм жизни.
    Два года назад телескопу «Хаббл» удалось сделать снимки гейзеров, с огромной силой извергающихся на 200 километров в открытый космос с территорий на южном полюсе Европы. Основываясь на ультрафиолетовых изображениях, астрономы заключили, что гейзеры состоят из горячего водяного пара, бьющего из океанических недр сквозь трещины в ледяной коре. К этому присовокупили данные зонда «Галилео», который еще в 1990-е годы зафиксировал на Европе нечто похожее на гейзеры. 

The location where water geysers may be erupting from Europa’s surface.
Image: NASA/JPL-Caltech/SETI Institute 
    Поскольку бьющие на такую высоту столбы пара  это превосходный источник для взятия пробы океанической воды, - НАСА сразу же ускорило подготовку к полету.
    В 2015 году из федерального бюджета на миссию будет выделено $15 млн. Соответствующая сумма указана в бюджетном запросе администрации президента США, направленном Конгрессу. За минувшие два года конгрессмены выделяли космическому агентству в общей сложности $155 млн на подготовку плана миссии и проекта корабля. Американская пресса отмечает, что на этот раз не Конгресс, а Белый дом впервые занес исследование Европы в проект бюджета, - это свидетельствует о формальном начале миссии, к которой НАСА готовится уже не первое десятилетие.
    Пятнадцать миллионов долларов — это небольшая дотация по сравнению с $17,5 млрд, выделенными агентству в целом на следующий фискальный год. Гораздо более солидные суммы выделят в следующем году на создание пилотируемого космического корабля «Орион» и телескопа «Джеймс Уэбб», преемника «Хаббла», а также на продление срока эксплуатации Международной космической станции до 2024 года. Пока что финансирование беспилотного полета на Европу носит предварительный характер, подчеркнула финансовый директор НАСА Бет Робинсон.
«Миссия на Европу чрезвычайно трудна, она будет проходить в среде с очень высоким уровнем радиации - предстоит многое сделать, чтобы подготовиться к этому. Мы планируем запуск в середине 2020-х годов. Нас спрашивают о суммарной стоимости миссии, но пока что, откровенно говоря, мы и сами этого не знаем», — цитирует «Space» менеджера космического агентства.
    Представитель агентства подчеркнула, что НАСА привлечет к проекту специалистов из разных областей и будет рассматривать наиболее перспективные варианты миссии, однако главный кандидат на полет уже давно известен - это космический зонд «Европа Клипер». Его название восходит к клиперам, быстроходным судам, которые были главными торговыми перевозчиками в XIX веке.


Кадр из фильма «Европа»Источник: Wayfare Entertainment Misher Films
    Инженеры НАСА проектируют «Клипер» уже больше пяти лет. Если его запуск состоится, как сейчас обещают, в 2024 году, он достигнет системы Юпитера в 2031 году. Предполагается, что корабль выйдет на орбиту Юпитера и не менее тридцати раз максимально близко подлетит к Европе. Каждое приближение зонд, укомплектованный полудюжиной научных приборов, будет исследовать разные территории. В итоге на руках у астрономов окажется детальная топография всей Европы, список присутствующих на ней химических соединений, а главное - сведения о том, что скрывается под километровыми толщами льда. «Клипер» будет пролетать мимо верхних слоев гейзеров горячего водяного пара, из которых сможет забрать образец.
    «Если эти струи связаны с подземным океаном, который, мы уверены, находится под корой, значит, в ходе будущих миссий можно будет непосредственно исследовать химический состав потенциально обитаемой среды Европы без бурения толщи льда. И это чрезвычайно будоражит», - цитирует сайт НАСА Лоренца Рота, астронома, первым заметившего фонтаны воды на снимках «Хаббла».


    Однако на данный момент в комплект «Клипера» не входит ни детектор органики, ни ДНК-секвенсор, которые могли бы проанализировать состав воды. В предварительном описании космического корабля на сайте лаборатории реактивного движения НАСА говорится, что его полезную нагрузку составят радар, который определит толщину ледяной коры и что находится под ней; инфракрасный спектрометр для исследования химических соединений на поверхности; топографическая камера высокого разрешения и масс-спектрометр для изучения атмосферы.
    По предварительным подсчетам, полет к Европе обойдется в $2 млрд. Скептики отмечают, что такая стоимость научно-исследовательской миссии в посткризисных Соединенных Штатах, переживших секвестр бюджета, потребует очень сильной корректировки. В декабре 2013 года глава отдела планетологии НАСА Джим Грин говорил, что «Клипер» на данный момент является «флагманским кораблем» агентства, однако бюджетные рамки не позволяют его запустить раньше, чем через десять лет. Исходя из бюджета на 2015 год, корабль пока что не входит в официальные долгосрочные приоритеты НАСА. Некоторые сотрудники сомневаются, что на реализацию проекта вообще хватит денег.
    «Я не была бы чересчур оптимистичной до тех пор, пока не услышу от администрации слов: „Мы хотим на Европу!“», - цитирует Wired Алису Роден, сотрудницу Центра космических полетов имени Годдарда при НАСА.
    От успеха полета к Европе автоматического зонда зависит следующий этап исследования - спуск на поверхность луны управляемых аппаратов. Многие астробиологи уже говорят о теоретической возможности ровера, который мог бы просверлить лед и проанализировать его химический состав. В частности, летом 2013 года сотрудник лаборатории реактивного движения НАСА Роберт Паппалардо опубликовал в американском научном журнале «Astrobiology» работу под названием «Научный потенциал посадочного модуля на Европе», в котором описал мобильную лабораторию по типу марсианской «Кьюриосити». Над еще более экстремальным проектом работает датская аэрокосмическая компания Copenhagen Suborbitals. В прошлом году возглавляющий ее инженер Кристиан фон Бенгтсон объявил о подготовке человеческой миссии на Европу.
    «Посадка на лед? Бурение? Превращение вашего космического корабля в субмарину? Разве это не самая крутая миссия, которую можно представить?»,  - цитировал изобретателя Vice». (05 марта 2014, 19:48)


Return to Europa: A Closer Look at Jupiter’s Moon  
    Europa Clipper Update

    «Planetary geologist Philip Horzempa returns with a new post giving an update on the proposed Europa Clipper mission.  
    President Obama’s recently released FY2014 budget proposal, unfortunately, contains no funding for a mission to Europa.  In fact, the budget document states that NASA not only is not funding such a mission, but that it cannot fund it.  Several sources of budget constraints appear to be stalling any new start.  In addition to the sequester, NASA’s Science Mission Directorate has the ongoing money drain of the Jams Webb Space Telescope (JWST).  That funding burden will not lessen until about 2017 – 2018.  One could imagine that NASA may see a funding wedge appear at about that time, with a new start for a Europa mission possible in FY 2015 or 2016.  The early years of a space project require minimal funding, allowing a program to begin Phase A and Phase B (design and definition) a few years before the fiscal “heavy-lifting” of Phases C and D (detailed design, construction and testing) .In the meantime, the Europa team has continued to refine the design of what they refer to as the Europa Clipper (see Van’s post of September 24, 2012).  Whenever they are given the “go-ahead” from the White House, they will have a mission ready to proceed to implementation. 

    The Europa science community believe they have developed a cost-effective, yet scientifically compelling, mission to the ice-covered Galilean satellite.  After considering an orbiter, the consensus is that a multi-flyby spacecraft would return more science for the same cost ceiling.

    The Europa Clipper embodies the modified FBC (faster, better, cheaper) approach.  It is seeking to capture as much of the Jupiter Europa Orbiter (JEO) flagship science as possible using a smart, elegant, lower-cost design.  This past January, the Europa team presented the results of their latest “scrub” of the Clipper mission.  This Europa Clipper design refinement can be seen here.

    The plan is to launch in 2021, followed by one Venus and two Earth gravity assists.  Six years after launch, with the gravity assist of a Ganymede flyby, the Clipper will enter orbit around Jupiter.  Over the next 2.5 years, it will perform 32 flybys during its prime mission, with closest approach altitudes of 25 - 100 kilometers (actually 34 total flybys will occur, but only 32 are optimal for science).  In order to reduce planning costs, the timeline of each flyby will be essentially identical. (Figure 1) However, the trajectory of each flyby will bring it over a different sector of Europa.  This will provide global medium-resolution coverage from the Topographic Imager. 

Figure 1.  Flyby timeline.  Click on image for a larger version

    It was felt that the Europa Clipper mission should also provide data that would feed-forward to a future soft lander.  This concept of reconnaissance has seen a rebirth at NASA, with ongoing orbital missions at the Moon and Mars.  The addition of a Reconnaissance Camera was deemed to be essential for providing images for landing site surveys ( lander-scale characterization of the surface is needed).  The Recon camera (a push-broom design) will produce 20 x n km images at resolutions of as fine as 0.5 meters.  The limitation on the number of such high-resolution images comes from the large amount of data in each photo.  In turn, the swath length will be determined by the amount of down-link time available.  The Recon camera will utilize an innovative flip-mirror to enable stereo imaging of a scene in a single pass.  It will be able to obtain views 15 degrees from nadir (Figure 2)  It is believed that about 15 candidate landing sites will need to be surveyed in order to be able to down-select to 2, a primary and a backup.  That selection will be done by some future team of Europa Lander scientists and engineers.

Figure 2. High resolution camera flip mirror to allow stereo imaging
    A separate, smaller, and gimbaled gravity science antenna will allow the collection of gravity data during flybys. (Figure 3).  Because the cameras and other remote sensing instruments are mounted to the spacecraft body, the main antenna cannot be pointed to Earth during flybys to allow tracking for gravity measurements.  The separate antenna will be kept pointed at Earth during flybys to permit the important gravity measurements that will reveal much of the internal structure of Europa.

Figure 3. Gravity science antenna
    During this latest iteration, the Europa team was allowed to raise the cost cap from $1.7 billion to a total of $2.0 billion.  (This is still less than half the estimated cost of the previously proposed Jupiter Europa Orbiter.)  This increase allowed the addition of a Magnetometer and Langmuir Probes to the payload suite.  Rounding out the instrument complement are an Ice-Penetrating Radar, a Thermal Imager, a Neutral-Mass Spectrometer and a Short-Wave Infra-Red Spectrometer.  Figure 4 shows some of the payload complement and where they will sit on the spacecraft. 

Figure 4.  Europa Clipper instruments
    The highly-capable instrument suite is one reason that the Europa Clipper would cost more than missions such as JUICE or the proposed Io Observer.  The scope and resilience of the Clipper mission means that it must survive an intense radiation exposure over its 2.5-year mission.  This data-intensive mission must also use a reliable, high-energy power source. 
    The Europa Clipper spacecraft benefits from the heritage of the Galileo and Juno Jupiter Orbiters in its approach to radiation protection.The Clipper will utilize 150 kg. of dedicated radiation shielding which is one-half of that planned for the earlier JEO (Jupiter Europa Orbiter)  proposal.  The Clipper will use a scheme of nested radiation protection for its electronics (Figure 5).

Figure 5. Nested radiation protection for the spacecraft's electronics

    For example, the Spacecraft structure and propulsion system will provide a measure of radiation protection, essentially for free.  With intelligent placement, the project will utilize much less expensive 100 and 300 kilo-rad hard parts.  Individual payload electronics have their own shielding, while the use of a central electronics vault is also part of the protection plan.  As a result of this approach, the Clipper team will not need to fund an expensive development effort to build mega-rad hard avionics.

    The Europa Clipper mission will be data-intensive.  In order to downlink this data efficiently and cheaply, the Clipper will use mass-memory-storage. The spacecraft will leisurely downlink the data from each close encounter with Europa during the two weeks between flybys.  This will avoid the more costly, and power-hungry, approach of near-real-time broadcast during flyby.
    Over the course of its prime mission, the Clipper will return a Terabit of data, including high-resolution images, radar soundings, magnetic field measurements, compostion spectra, and gravity science.  In order to return all of this date, a robust energy source is required.  There are three energy supply options, two of which are thermal-electric and one solar.
    Solar panels would be the lowest cost, highest mass option.  However, they pose the risk of not providing enough power over the lifetime of the mission.  The Europa Clipper's orbit has a low inclination causing it to pass through the most intense radiation environment in the solar system.This would cause aggressive degradation of solar cells, such that their power output would be increasingly compromised as the mission progressed.  The Juno orbiter is able to use solar power because its high-inclination polar trajectory enables it to avoid most of the high radiation zones that are concentrated over Jupiter's equator.  This is true even though it flies much closer to the gas giant than the Clipper ever will.  ESA’s JUICE spacecraft is able to use solar energy mainly because it only flies near Europa twice during its mission. 
    The proposed Io Observer would also use solar panels.  It avoids high doses of radiation by orbiting Jupiter in an inclined orbit.  Europa Clipper is unable to utilize such a high-inclination orbit because that would result in flyby velocities too great to allow its Infra-Red and Ice-Penetrating Radar to gather useful data. 
    This leaves the two thermal-electric options.  These power systems utilize the heat generated by the decay of Plutonium-238 to drive thermal-electric power conversion units.  One of these, the Advanced Stirling Radioisotope Generator (ASRG) design is actually still in development, although at a high level of maturity.  NASA chose not to pursue a Discovery mission that would have utilized one of these units.  In light of that decision, the agency will still take the two ASRG development units to flight status this year.  They will then be placed in storage, awaiting a mission.  If this power source is chosen, then the Clipper would utilize four ASRG units. 
    However, before the ASRG design would be approved for the Europa Clipper,  more work would need to be done.  
    The radiation hardness of the Generation-1 ASRG units is not sufficient for the Europa mission and there are also lifetime demonstration issues.
    The other thermal-electric option is the Multi-Mission Radioisotope Thermal-electric Generator design (MMRTG). This system is the 1st new radioisotope power system developed in over 20 years.It has advanced to actual flight status, with the first MMRTG flight unit, F-1, now sitting on the surface of Mars, powering the MSL rover.  Its backup, F-2, is in bonded storage at the Rocketdyne plant in Canoga Park.  It has been operated and has shown good performance.
    It is now slated to fly onboard the 2020 Mars Rover, i.e., MSL-2. 
    The next unit, F-3, is the flight spare for Mars 2020.It is now under construction, with completion set for this month.  If not needed for the Mars 2020 rover, then F-3 would be available for a mission to Europa.In addition to F-3, three more MMRTG units would be needed for the Clipper.  There are plans for infusing new technologies in the next generation of MMRTG.These would produce 150, or even 180 watts, as compared to 120 watts for the 1st generation. 
    There are a number of issues that need to be considered if one of the thermal-electric options is chosen.  ASRG development seems to have begun during the short-lived Prometheus program.  An engineering unit at NASA Glenn has accumulated over 10,000 hours (14 months) of operation so far.  The maturity level for the ASRG units is high, but they are more expensive than an MMRTG and have yet to fly in space.  On the other hand, their power conversion efficiency of 30% means that they are more frugal than MMRTG units (9% efficiency) with the Plutonium supply. 
    The MMRTG design has several advantages over the ASRG.  First, as noted, an MMRTG is now in space.  The design has high reliability and low cost.  In addition, the ASRG utilizes kinetic energy as one stage in it power conversion.  It is still to be determined whether the resulting vibrations would make it incompatible with a Europa mission.  If so, then the vibration-free MMRTG would be at an advantage.  In addition, the re-start of Plutonium production in the U.S. may make the use of an MMRTG for Europa more plausible.  One factor that had favored the use of ASRG units for space missions was the shrinking inventory of Pu-238 in this country.  However, if the goal of producing 1.5 – 2.0 kg of Pu-238 per year is met, then that concern will be eased.America now has about 10 kg of older, aging Pu-238.  The new Pu-238 can be blended with the old material producing the desired power density.
    Over the next 18 months the Europa project team will be conducting a comprehensive trade study, comparing all viable energy options.  The variables to be considered include cost, risk, robustness, design compatibility, and implementation feasibility.  This effort will go a long way towards choosing the most appropriate system for the Clipper. 
    The Clipper team is very interested in the idea of hosting several nanosats that would be deployed in the vicinity of Europa.  This is contingent upon the use of the Space Launch System (SLS) heavy-lifter.  Only that rocket would provide the needed mass margin required if the Clipper is to carry small satellite payload elements.  However, if pursued, the working concept for the Clipper could provide the necessary housekeeping, deployment and radio-relay capabilities.  In addition, thought is being given to utilizing an intermediate orbit insertion module that would allow several nanosats to enter orbit around Europa. 
    If these nanosats can be accommodated, then the Europa team would like to cooperate with the growing American small-sat community.  There is a desire to get feedback from engineers and scientists on the best way to use these probes.  There are a variety of options that could use a single smallsat, or a network, with instruments such as magnetometers or cameras.  These probes could be orbiters, “Ranger-style” crash landers, or even hard landers that might operate for a short time after impact.  Resource and cost constraints will be tight, but if these mini-probes  could fit, then the Europa team is interested. 
    Still to be decided this year is how, or if, a total of $75 million of new funding is to be spent.  In this year’s budget, Congress specifically earmarked that sum for development of a Europa mission.  There have been rumors that NASA’s operating plan for this year’s budget, due to be delivered to Congress soon, will seek to spend that money on other agency projects.  In response to such concerns, Senators Diane Feinstein and Barbara Boxer joined with  Congressmen Adam Schiff and John Culberson in sending a letter to NASA.  They point out to NASA that funding levels for its science programs “will remain consistent with the structure directed by Congress.”  Essentially, they are reminding the agency that the Constitution gives the power to say how the nation’s money is spent to the Congress.  The Executive branch has limited leeway in how it interprets Congress’ appropriations legislation.
    How this will turn out is difficult to gauge.  This is not the first time such a struggle has occurred.  For years, the Congress earmarked funds for development of a Solar Probe mission.  Eventually, NASA got the message and awarded a new start for the Solar Probe Plus spacecraft.  About 10 years ago, when NASA was trying to eliminate funding for the New Horizons Pluto probe, Congress specifically earmarked funding for that mission, enabling it to proceed.More recently, after the Obama Administration canceled the Ares 5 heavy lift rocket in its FY 2011 budget proposal, the Congress (especially the Senate) was not pleased.  They directed NASA to pursue an alternate heavy lifter, the SLS (Space Launch System), which is essentially a scaled-back version of the Ares 5.That launcher is now on track for its first mission in 2017.
    If NASA does agree to spend the $75 million (more like $70 million after sequestration) this year for Europa mission preparation, there are several ways that the money could be usefully spent.  Instrument development, launch vehicle requirements and power system options could be funded, as well as studies to define the loads on the Clipper during launch.  Much will also depend on whether Congress again earmarks funds for a Europa mission in the new FY 2014 budget.  If it does, then the tug-of-war with the Administration will continue with the future of Europa exploration hanging in the balance. 
    Editorial Note from Van: If you are an American citizen and you would like to see NASA continue work on the Europa Clipper, remember to let your Congressional representatives know.  Visit the Planetary Society's website for instructions on how to do so.  You can also follow the latest information on the budget on Twitter at #fundPlanetary». (May 6, 2013). 

    JPL | Чужой океан: миссия NASA на Европу.


    «Земля и Вселенная». Часть 27. «Океан на Энцеладе реален»http://artefact-2007.blogspot.ru/2014/10/27.html 

4 комментария:

  1. NASA планирует бюджетную роботизированную миссию к Европе

    "...Но, несмотря на то, что NASA не просила новых средств на изучение планет Солнечной системы, сторонники исследования Европы в Конгрессе США добились выделения $43 миллионов в 2013 году (более полутора миллиардов рублей) и $80 миллионов в 2014 году (почти 3 миллиарда рублей) на изучение спутника.

    В 2015 году разработчики миссии в NASA получат $15 миллионов (550 миллионов рублей) на геологическую разведывательную миссию к Европе. Это меньше, чем рассчитывали учёные: в Белый Дом поступал запрос от космического агентства на $17,5 миллиардов (647,5 миллиардов рублей). Но тут стоит отметить, что удовлетворение даже небольшой части финансовых потребностей является крупным шагом к реализации идеи.

    В декабре 2013 года учёные объявили, что космический телескоп "Хаббл" разглядел гейзеры водяного пара на поверхности Европы, что может быть очевидным свидетельством наличия подповерхностного океана. Как пишут в пресс-релизе NASA http://www.nasa.gov/centers/jpl/news/europa20130807.html#.UyhIM_l_tCg , этих данных вполне достаточно, чтобы предполагать, что на луне Юпитера есть условия для поддержания жизни, а быть может, и сама жизнь.

    Для доказательства гипотез необходимо взять пробы воды. Теперь понятно, что бурить толстый слой льда, скорее всего, не придётся: образцы воды из гейзеров вполне подойдут для полноценного исследования.

    "Нам не придётся искать океан на Европе — океан сам придёт к нам", — громко заявляет астробиолог Крис МакКей (Chris McKay) из NASA.

    Конечно, дешевле было бы отправить орбитальный зонд, который рассмотрел бы Европу вблизи, но, во-первых, он не сможет взять пробы грунта и воды (если она есть), а во-вторых, учёные просто не могут рассчитать оптимальную дату отправки спутника. Дело в том, что до сих пор не удалось определить регулярность гейзерных всплесков на Европе, и планетологи не понимают, когда они активизируются в следующий раз.

    "К тому же, пока что мы не в состоянии подтвердить наличие гейзеров на Европе. Для этого понадобятся последующие наблюдения в течение нескольких лет", — признаётся Курт Резерфорд (Kurt Retherford) из Юго-западного исследовательского института в Сан-Антонио, штат Техас.

    Существуют и технические проблемы, которые предстоит решить перед запуском миссии. Европа находится под сильным воздействием радиации, исходящей от Юпитера, из-за чего чувствительная электроника на борту ровера может быстро выйти из строя. Проще всего построить прочный щит, но это увеличит вес аппарата, а значит, и стоимость его выведения в космос.

    Необходимо также учитывать, что Юпитер и его спутники находятся очень далеко от Земли, и добираться орбитальному аппарату до туда придётся около шести лет.

    Добавим, что даже если в бурении Европы не будет необходимости, учёные всё равно жаждут узнать, какова толщина ледяной поверхности спутника и каковы химические характеристики недр подповерхностного океана. Так или иначе, за один полёт к Европе ответить на все многочисленные вопросы о спутнике Юпитера не удастся. Но первый шаг всё же сделать необходимо.

    Как скоро это произойдёт, пока сказать трудно. Многие миссии к Европе, запланированные исследователями в последние несколько лет, были отменены. Одна из них — Europa Orbiter, стоимость которой оценивалась в $4,7 миллиарда (170 миллиардов рублей), закрылась в 2002 году. После этого учёные придумали, как сократить затраты на $2 миллиарда, и предложили проект Europa Clipper, который получил большее одобрение.

    Тем не менее, в начале марта 2014 года глава NASA Чарльз Болден (Charles Bolden) заявил, что агентство не может себе позволить потратить более $1 миллиарда (37 миллиардов рублей). В ближайшее время представители NASA планируют сделать "запрос на получение информации" и узнать мнение учёных по поводу того, какую миссию можно организовать на эти средства". (18.03.2014, 10:30). http://www.vesti.ru/doc.html?id=1387552

    [Ф.Д. https://plus.google.com/103263750784622441418/ ]

    ОтветитьУдалить
  2. Новая миссия NASA к Европе проигнорирует прeдупрeждeниe Артура Кларка

    "...Американское космическое агентство объявило о финансировании ранее необычной миссии на Европу, которая будет заключать в себе как поиски воды, так и внеземной жизни.

    Европейская миссия направлена на создание гравитационной карты ледяной поверхности луны, поскольку многие ученые полагают, что она скрывает под собой океан. Эта карта позволит «материнскому кораблю» миссии - Cubesat размером с несколько кубиков Рубика вместе взятых - рассеять сотни крошечных чип-спутников в тех местах Европы, где наружу выходит жидкая вода.

    Идея «двух миссий в одной» - использование дешевых чип-спутников, которые сами по себе представляют космолеты-на-чипе, позволит миссии быстро реагировать на новые события, происходящие на поверхности Европы...

    На основе новых данных от Европы, астрономы предполагают, что хлоридные соли пузырятся в мировом океане ледяной луны и достигают замороженной поверхности, где их бомбардирует сера вулканов другого крупного спутника Юпитера - Ио. Новые находки должны ответить на вопросы, которые обсуждались еще со времен миссий «Вояджера» и «Галилео».

    «Скажем, мы едем на Европу, измеряем гравитацию луны с помощью квантовых инерциальных сенсоров и находим новые интересные места, где жидкая вода выходит на поверхность, - говорит Бретт Стритман, главный исследователь Draper Laboratory в Кэмбридже. - Вместо того, чтобы ждать новой миссии и финансирования, когда мы сможем спустить роботизированный аппарат в следующий раз, мы уже можем узнать, что происходит на спутнике Юпитера и отправить крошки-спутники».

    Программа NASA по инновационным передовым концептам недавно присудила 100 000 долларов лаборатории, чтобы она могла разработать план исследования Европы в ходе этой миссии и заодно и других планет по пути.

    Каждый спутник-на-чипе может нести только несколько датчиков, способных обнаруживать присутствие определенных химических элементов, но отсутствие подвижных частей означает, что у спутников-на-чипе есть весьма хорошие шансы выжить после приземления на Европу.

    Стритман и Джон Вест, руководитель программы в Draper Laboratory, позаимствовали и улучшили идею спутников-на-чипе у Мэйсона Пека, профессора механики и аэрокосмических наук в Корнельском университете, а также бывшего главного технолога NASA. Draper Laboratory также разрабатывает новый гравитационный сенсор, который сможет создать карту плотности Европы, что позволит выявить внутреннюю структуру спутника и различить жидкую и замерзшую воду на основе ее плотности. Не так давно NASA использовало похожий сенсор в миссии GRAIL, которая должна была изучать гравитационные эффекты на Луне только с помощью двух аппаратов.

    Но вместо двух аппаратов Draper Laboratory разработала технологию холодного атомного зондирования, которая сможет работать в качестве гравитационного сенсора. Холодное атомное зондирование использует комбинацию магнитов и лазерных лучей, чтобы захватывать атомы, а затем измерять эффект гравитации на основе положения атома...

    Такая технология сможет уместиться на космическом аппарате, изготовленном из нескольких спутников Cubesat — небольших спутников в виде куба, всего по 4 дюйма с каждой стороны. Команда лаборатории предполагает, что материнское судно миссии на Европу будет построено на основе трех-шести кубиков Cubesat.

    Большинство таких спутников запускают в виде недорогих миссий на борту ракет, предназначенных для более важных задач. Но предложенная миссия на Европу, скорее всего, будет задействовать собственную выделенную ракету, чтобы вывести ее на соответствующую траекторию для достижения луны Юпитера. Тем не менее Draper Laboratory надеется, что с использование малозатратных спутников Cubesat удастся значительно снизить стоимость космического полета..." (7 октября 2014, в 12:00). http://hi-news.ru/space/novaya-missiya-nasa-k-evrope-proignoriruet-preduprezhdenie-artura-klarka.html

    ОтветитьУдалить
  3. В NASA испытали прототип системы бурения льда Европы, спутника Юпитера

    "Агентство NASA в полевых условиях проверило работу системы теплового бурения (плавления) льда. Именно такая система, скорее всего, будет использоваться исследовательским аппаратом, беспилотником, отправленным на Европу, спутник Юпитера.

    При этом система получила название "VALKYRIE" (по ссылке — техническое описание системы, pdf). Испытания проводились на Аляске, ледник Matanuska.

    Кстати, полет на Европу ближе по времени, чем кажется многим. Уже в следующем году NASA получает 15 миллионов на научно-исследовательскую программу по созданию робота-подледника для Европы. Сама миссия может быть осуществлена с использованием нового корабля-тяжеловеса "Space Launch System", первый запуск (тестовый) которого запланирован на 2017 года.

    Эта система способна сократить время, требуемое для полета с Земли на Юпитер, с шести лет до двух...

    В общем, идея об экспедиции на Европу зреет и развивается, потихоньку начиная реализовываться.

    Вернемся к нашему бурильщику. Система эта получила название криобот, причем надо заметить, что это — далеко не первый криобот, сконструированный учеными. Один из наиболее успешных криоботов был сконструирован в лаборатории NASA еще в 2001 году. Тогда аппарат пробурил дыру в леднике Свальбард (Норвегия), глубиной в 23 метра.

    Ранние проекты криоботов были не очень реалистичны вследствие одной «маленькой» проблемы. Толщина льда Европы может быть около 30 километров, и энергии любого, даже очень емкого аккумулятора не хватит, чтобы пробурить хотя бы малу часть такой толщи. Но выход есть: это небольшой источник питания с ядерным топливом. Именно такой источник планируют установить на криобота "VALKYRIE".

    Международные законы запрещают испытания устройств с таким источником питания (на атомной энергии) на ледниках, поэтому ученые нашли другой выход.

    Аппарат оснастили системой на основе оптоволокна, через которое проходил лазер мощностью в 5000 Ватт. Это более эффективный способ подачи энергии для получения тепла «тепловым буром», чем в случае использования обычных электрических кабелей, поэтому аппарат может делать более глубокие буровые отверстия. Размер устройства: 1,6 метра в длину и 0,45 м — в ширину. Скорость проходки льда составляет примерно метр в час. Само собой, криобот, отправляемый на Европу, будет мощнее и больше. Испытуемая модель смогла пробурить лед на глубину в 30 метров, что является текущим рекордом среди криоботов.

    Модель, которая будет отправлена на Европу, будет оснащена еще и системой сенсоров, позволяющим «нащупать» препятствия во льду, с тем, чтобы криобот их обогнул (ведь во льду могут быть вморожены валуны, которые «тепловому буру» просто неподвластны).

    Разработка ведется с таким расчетом, чтобы в полноценную модель криобота можно было внедрить еще одного робота, который и нырнет под лед Европы после того, как "VALKYRIE" пробурит толщу льда.

    В следующем году система будет испытана на упомянутом леднике, причем это будет уже обновленная "VALKYRIE", с 3D-радаром и небольшой биохимической «лабораторией» на борту, которая проверит наличие жизни в воде подо льдом.

    Последнее испытание "VALKYRIE" на Земле — попытка пробурить 3 км толщу льда на одном из озер Южного Полюса. (ВИДЕО)". (28 июля в 19:47). http://habrahabr.ru/post/231399/

    ОтветитьУдалить
  4. НИИЯФ МГУ: миссия к Юпитеру выполнима

    "...Для исследования Европы и других спутников Юпитера Россия взялась за работу над миссией «Лаплас», названной в честь великого учёного, который построил точную теорию движения спутников Юпитера. Зарубежные космические агентства в настоящее время также работают над новыми проектами полёта к Юпитеру. Последний вариант миссии НАСА - Europa Clipper, предполагает несколько десятков пролётов космического аппарата вблизи Европы. ЕКА сосредоточилась на проекте JUICE (Jupiter Icy Moon Explorer) миссии к другому спутнику Юпитера - Ганимед.

    Один из вариантов российской миссии предполагает вывод автоматического космического аппарата на орбиту вокруг Европы, а также в этой или последующих миссиях - посадку на её поверхность (для сравнения прорабатывается также и вариант посадки на Ганимед). Над проектом работают сотрудники Института космических исследований РАН, НПО имени С.А. Лавочкина, Научно-исследовательского института ядерной физики МГУ (НИИЯФ МГУ), Института прикладной математики имени М.В. Келдыша РАН и других российских институтов.

    Юпитер, как и Земля, обладает радиационными поясами. Радиационный пояс - это название области, где концентрируются захваченные магнитным полем планеты высокоэнергичные заряженные частицы - в основном электроны и протоны. Их потоки в поясах Юпитера на 2 порядка больше, чем около Земли. Кроме того, в отличие от Земли, в радиационных поясах Юпитера имеются значительные потоки электронов очень высоких «релятивистских» энергий, то есть летящих со скоростью близкой к скорости света, вплоть до 100 мегаэлектронвольт.

    Внутри радиационного пояса Юпитера находятся орбиты трёх крупных спутников - Ио, Европы и Ганимеда. На орбите каждого спутника своя радиационная обстановка - чем ближе к планете, тем опаснее. Ближе к Юпитеру находится Ио, немного дальше Европа, и на более значительном расстоянии располагается Ганимед. Как видим, планируемый полёт к Европе сопряжён с очень большим радиационным риском.

    Стоит вспомнить, что первым искусственным спутником Юпитера был космический аппарат НАСА «Галилео». Полёт «Галилео» в системе Юпитера включал 35 сильно вытянутых витков и продолжался с 1995 по 2003 годы. При этом общее время, проведённое спутником в радиационных поясах планеты, составило примерно 2 месяца, за которые аппарат, имевший защиту толщиной около 8 миллиметров (или 2.2 г/см2) алюминия, получил дозу свыше 650 тысяч рад, что вызвало существенные радиационные повреждения. При сближении с Юпитером космический аппарат исследовал его спутники - Каллисто, Ганимед, Европу, Ио, Амальтею.

    Итак, как же минимизировать радиационный риск для космического аппарата? При исследовании выяснилось, что потоки высокоэнергичных заряженных частиц вблизи Европы в некоторой степени экранируются самой Европой. «Моделирование траекторий движения высокоэнергичных заряженных частиц в магнитном поле Юпитера относительно Европы позволило найти области на поверхности Европы и орбите вокруг неё, где радиация меньше», - пояснил сотрудник НИИЯФ МГУ Михаил Подзолко.

    Наиболее безопасными местами для посадки аппарата оказались области высоких широт и «передняя» сторона Европы относительно направления её движения по орбите, где доза радиации снижена практически в 10 раз. Для орбитального аппарата на высоте 100 километров над поверхностью наиболее безопасной будет орбита с высоким наклонением. На ней космический аппарат получит дозу порядка четверти от максимальной, то есть 250 килорад за 2 месяца за такой же защитой, как у «Галилео». На российском аппарате «Лаплас», вероятно, будет применена защита вдвое толще, что дополнительно снизит радиационную нагрузку...

    «Миссия к спутнику Юпитера Европа из разряда трудноосуществимых становится сложной, но выполнимой задачей», - сказал Михаил Подзолко. Старт полёта к Юпитеру планируется в 2026 году". (10 Фев 2015, 09:44). http://www.sinp.msu.ru/ru/post/21046

    ОтветитьУдалить