Kolejna sonda wysłana na Jowisza będzie prawdziwym monstrum – zasilanym nuklearnie pojazdem, o setki razy większych możliwościach niż Galileo. Nigdy wcześniej w dziedzinie eksploracji kosmicznej nie zaobserwowano takiego postępu myśli technicznej.

Pod koniec bieżącego dziesięciolecia naukowcy mieli zamiar wysłać niewielką, ważącą może około 300 kilogramów sondę na orbitę wokół Europy. Celem misji miało być potwierdzenie występowania na księżycu oceanu, pomiar grubości, struktury i składu pokrywy lodowej. Choć sonda ma być niewielka, przed misją stały ekstremalne wyzwania techniczne. Po pierwsze, wysłanie sondy w kierunku Jowisza, a następnie dostanie się na orbitę wokół Europy, wymaga niesłychanej siły napędu, a więc i ogromnej ilości paliwa. Po drugie, intensywne promieniowanie w okolicy dwóch najbliższych planecie księżyców jest kolejnym utrudnieniem.

Jednak choć misja na Europę zyskała stałe miejsce w planach NASA, wymienione trudności techniczne okazały się zbyt poważnie zwiększać koszty misji, która wobec tego musiała zostać odłożona na półkę.

Chwycić problem za gardło

Mając na uwadze wycofanie się NASA z misji na Europę, naukowcy zostali zaskoczeni nowym planem NASA, który przewiduje wyłożenie około 2 miliardów dolarów w ciągu najbliższych lat na rozwój flotylli zasilanych napędem nuklearnym pojazdów kosmicznych. Nikt nie wie, ile ten program może ostatecznie kosztować – niewątpliwie kilka miliardów dolarów, z których część może pochodzić z innych amerykańskich agencji. Jednak NASA i administracja USA wspólnie opowiadają się za projektem – nazwanym Prometeusz, od imienia tytana, który wykradł bogom ogień i oddał go ludziom. Do tej pory wyłożono 6 milionów dolarów na pierwszą fazę badań.

Pierwsza z sond, JIMO (Jupiter Icy Moons Orbiter), będzie wykorzystywać silniki jonowe wspomagane przez duży reaktor jądrowy, aby oddalić się od Ziemi, a następnie zbadać księżyce Jowisza: Kalisto, Ganimedesa i Europę – każdemu poświęcając po parę miesięcy.

Jony a chemikalia

Rakietowy napęd chemiczny polega na spalaniu substancji chemicznych, w wyniku czego wydziela się ciepło, następuje zwiększenie objętości gazów wydechowych, a ich wydzielenie powoduje nadanie pojazdowi przyspieszenia rzędu 3 kilometrów na sekundę. Silniki jonowe przyspieszają zjonizowany gaz w polu elektrycznym i prędkość wydzielanie gazów nie jest ograniczona przez proces zapłonu. Użycie ksenonu pozwala w ten sposób nadać przyspieszenie rzędu 30 kilometrów na sekundę, przy użyciu tej samej ilości paliwa.

Podczas gdy orbiter Europy mógł powstać przy wykorzystaniu napędu rakietowego, wielka podróż po systemie Jowisza wymaga już czegoś więcej. JIMO ma więc zrobić, to co miał Europa Orbiter i znacznie więcej. Dlatego właśnie ta misja została wybrana do zademonstrowania siły napędu jądrowego.

Takie reaktory nuklearne, znacznie potężniejsze niż małe nieporuszające się radioizotopowe termoelektryczne generatory (RTG) użyte na Voyagerze, Galileo i Cassini, znalazły się już na orbicie ziemskiej na pokładzie radarowych satelitów. Jednak nie zostały jak do tej pory wykorzystane do poważniejszych misji kosmicznych. Silnik jonowy został umieszczony na zasilanych energią słoneczną satelitach, sondzie Deep Space 1, która dwa lata temu odwiedziła kometę, a obecnie na sondzie ESA, Start misji do Księżyca planowo w niedzielę“>SMART-1. Jednak połączenie napędu jonowego z jądrowym (NEP – Nuclear Electric Propulsion) to rzecz nowa.

Napakowany mocą

Wielka moc, jaką będzie dysponować JIMO powinna pozwolić wykryć sygnał z sondy już za pomocą zwykłej domowej anteny satelitarnej, w ramach doświadczenia edukacyjnego czy hobbystycznego. Co jednak bardziej ważne, pozwoli na duże tempo przesyłu danych 10 megabitów na sekundę zamiast 100 kilobitów, jakie osiągał Voyager czy obecnie Cassini.

Naukowcy, przyzwyczajeni na wyciskaniu danych z instrumentów pracujących przy 50 W mocy, będą mogli teraz wykorzystać setki kilowatów. Narzucającym się pomysłem są silne radary, które będą mogły się przebić przez grubą pokrywę lodową i zmierzyć, na jakiej głębokości znajduje się ocean. Jeszcze bardziej radykalne pomysły mówią o użyciu lasera, elektromagnetycznego działka i tym podobnych instrumentów, aby wybić z powierzchni materiał, który można by przeanalizować.

JIMO nie poleci wcześniej niż w 2011 roku. Jak się dzisiaj szacuje, sonda będzie ważyć z 20 ton i mierzyć 20 metrów długości. Duża bariera będzie oddzielać ładunek naukowy od reaktora, który będzie mógł wydzielać 100 kW mocy poprzez turbinę napędzaną ciepłem z reaktora. Reszta ciepła zostanie wydzielona poprzez panele rozłożone na całej długości pojazdu.

Podróż na Jowisza może zając 6-8 lat. Na orbitach Kalisto i Ganimedesa sonda spędzi po 8 miesięcy. Następnie osiągnie Europę, na której badanie może poświęcić 2,5 lat. Cała misja może potrwać około 12 lat.

JOMO ma być zaledwie pierwszą z sond wykorzystujących rozwijaną technologię – nie można poświęcać miliardów dolarów na pojedynczą misję. Jakie mogą być następne cele programu Prometeusz? Najlepsze pomysły to Neptun, lub powtórka z misji Cassini na Saturna i Tytana.

Schemat przedstawia schemat budowy sondy JIMO, który ma zbadać lodowe księżyce Jowisza.

Pytania do JIMO

Chociaż zaprojektowanie celu misji JIMO jest jeszcze przez naukowcami, poniżej zaprezentujmy kilka możliwych pytań.

  • Odnalezienie słabych punktów na Europie.Naukowcy są przekonani, że na księżycu znajduje się ocean. Pytaniem pozostaje, pod jak grubą warstwą lodu. Wielu uważa, że w okolicy kraterów będzie to 8 do 20 kilometrów. Inni wskazują, że w pewnych miejscach lub szczelinach może to być jeszcze mniej. JOMO może określić, w których rejonach ocean jest najłatwiej osiągalnych, co pomoże w ewentualnym zaplanowaniu lądowania na księżycu.

  • System Jowisza jako dynamiczne środowisko. Czy z oceanu na Europie może uformować się gejzer w miejscu pęknięcia skorupy lodowcowej? Jak tworzą się błyskawice podczas burz na Jowiszu? Jak zmienne są zorze na planecie i jak intensywne promieniowanie w jej pobliżu? Czy wulkany Io, napędzane wewnętrznym ciepłem, wybuchają w regularnych odstępach? Dobra kamera zamontowana na JIMO będzie mogła właściwie zaobserwować zmianę kształtu Io podczas pływów, a to wszystko z orbity wokół Europy. Długi czas misji JIMO i jej zdolność do przesyłu danych pozwoli na długoterminowe, szczegółowe badanie dynamiki systemu Jowisza.

  • Z czego to wszystko jest zbudowane? Czy w lodzie na Europie znajdują się cząsteczki organiczne i jak wpływa na nie promieniowanie? Jak wiele wody i amoniaku znajduje się właściwie na Jowiszu – sonda Galileo zbadała tylko jeden rejon? Z czego zbudowane są pierścienie? Mapa spektrum, od ultrafioletu po daleką podczerwień może pomóc odpowiedzieć na te pytania. Sonda może również na miejscu zbadać skład pyłu i plazmy, która może powstać w wyniku wykorzystania laserów.

  • Struktura i ewolucja lodowych księżycy. Czy Kalisto i Ganimedes posiadają oceany, a jeśli tak, to na jakiej głębokości? Czy Ganimedes ma metaliczne jądro? Sonda może wykonać ważne pomiary pola grawitacyjnego i magnetycznego księżycy, jak również dokładnych pomiarów topograficznych za pomocą altometrów laserowych i zdjęć radarowych o wysokiej rozdzielczości. Jednym z wyzwań jest takie skonstruowanie sondy, by generatory na JIMO nie oddziaływały na pomiary magnetyczne. Pomiary grawitacji są również utrudnione przy tak potężnym napędzie.

Autor

Anna Marszałek

Komentarze

  1. Zbyszek    

    Czy to nie żart ?! — Przecież “ekolodzy” zjedzą tę sadę na śniadanie, duzy reaktor = bomba co najmniej wodorowa 🙂
    A tak a pro po co wydzwignie te 20 ton w kierunku Jowisza. Czyzby 2-gą kosmiczną miał zapewnic napęd jonowy ?

    Zbyszek

  2. RoNin    

    Nareszcie — Hmmm, Energia może 100 a saturn5 ze 150Mg na niską orbitę wiec 20 to pryszcz,
    Do II ,pewnie skonstruują jakiś duży stopień co sam będzie wazył kiladziesiąt Mg.
    Cieszę się !! nareszcie my ludzie zaczynamy działać powaznie, ale kiedy ziści się Odyseja ?? moze jak dozyje za 50 lat coś ujże ???
    Tak czekam na ewolucję nas ludzi ,zamiast wydawać miliardy na “naziemne ” zbrojenia czy inne pierdoły, cóż jednak krajom pokroju iranu,pakistanu,chin czy afryce……ehh wolą się bić mordować promować mordercze ideologie czy ogłupiającą religie, kiedy człowiek jak jeden mąż świadomie spojrzy w gwiazdy ,…….
    czytał ktoś wszystkie Odyseje????

    btw: Sam jestem Ekologiem /autentycznie/ ale nie idiota i całym sercem popieram energetykę jądrową jako najlepsze ,najbezpieczniejsze i jedyne przyszłościowe rozwiązanie….

  3. RoNin    

    Nareszcie — Hmmm, Energia może 100 a saturn5 ze 150Mg na niską orbitę wiec 20 to pryszcz,
    Do II ,pewnie skonstruują jakiś duży stopień co sam będzie wazył kiladziesiąt Mg.
    Cieszę się !! nareszcie my ludzie zaczynamy działać powaznie, ale kiedy ziści się Odyseja ?? moze jak dozyje za 50 lat coś ujże ???
    Tak czekam na ewolucję nas ludzi ,zamiast wydawać miliardy na “naziemne ” zbrojenia czy inne pierdoły, cóż jednak krajom pokroju iranu,pakistanu,chin czy afryce……ehh wolą się bić mordować promować mordercze ideologie czy ogłupiającą religie, kiedy człowiek jak jeden mąż świadomie spojrzy w gwiazdy ,…….
    czytał ktoś wszystkie Odyseje????

    btw: Sam jestem Ekologiem /autentycznie/ ale nie idiota i całym sercem popieram energetykę jądrową jako najlepsze ,najbezpieczniejsze i jedyne przyszłościowe rozwiązanie….

    1. $pryt    

      Nie sądze — Przecież wiecie jak zawsze kończyły się plany misji jonowych, lub nuklearnych. No, może poleciał do Księżyca ten Smart-1, ale co tam. Misja na Mars:pomysł zarzucony. I można by tak dużo wymieniać. Prometeusz skończy się fiaskiem-ale gdyby wszedłby w realizację, to bardzo dobrze. Przecież to nowe dane naukowe!

Komentarze są zablokowane.