Znajdź zawartość

Czy można naprawić urządzenie, które znajduje się w odległości ponad 600 milionów kilometrów i uległo mechanicznemu uszkodzeniu? Jak się okazuje, można. Dokonali tego naukowcy odpowiedzialni za misję Juno krążącą na orbicie Jowisza. Naukowcy z Southwest Research Institute właśnie podzielili się szczegółami niezwykłego przedsięwzięcia, jakiego podjęli się w grudniu 2023 roku. JunoCam to kamera działająca w kolorze i w zakresie światła widzialnego, której głównym celem jest robienie zdjęć przeznaczonych dla opinii publicznej. W ten sposób NASA chce zwiększyć zainteresowanie przeciętnego zjadacza chleba misjami w kosmosie. Dostarczone przez nią obrazy przyczyniły się też do dokonania ważnych odkryć. Jednostka optyczna JunoCam znajduje się poza wzmocnioną tytanem osłoną przed promieniowaniem, która chroni instrumenty naukowe Juno przed szkodliwym promieniowaniem kosmicznym. Twórcy misji byli przekonani, że JunoCam przetrwa osiem orbit wokół Jowisza, nie wiedzieli jednak, jak będzie sprawowała się dalej. Okazało się, ze przez pierwsze 34 orbity kamera pracowała niemal idealnie. Podczas 47. orbity na zdjęciach zaczęły pojawiać się błędy. Inżynierowie wiedzieli, że prawdopodobną przyczyną uszkodzenia jest promieniowanie, jednak który element uległ uszkodzeniu? Zaczęto szukać odpowiedzi i okazało się, że doszło do uszkodzenia regulatora napięcia. Opcji naprawy zepsutego urządzenia, znajdującego się ponad 600 milionów kilometrów od Ziemi nie było zbyt wiele. Eksperci zdecydowali się na wyżarzanie. To technika obróbki metali, podczas której materiał jest podgrzewany, utrzymywany w wysokiej temperaturze, a następnie powoli studzony. Mimo, że proces ten nie jest do końca przez naukę rozumiany, może on prowadzić do zmniejszenia liczby defektów w materiale. Wiedzieliśmy, że wyżarzanie może czasem zmienić strukturę takiego materiału jak krzem na poziomie mikroskopowym. Nie wiedzieliśmy, czy to coś pomoże. Nakazaliśmy więc jednemu z podgrzewaczy JunoCam podniesienie temperatury do 25 stopni Celsjusza – to dużo cieplej niż typowa temperatura pracy kamery – i czekaliśmy wstrzymując oddech, mówi Jacob Schaffner z Malin Space Science Systems, który zaprojektował kamerę. Wkrótce po wyżarzaniu kamera zaczęła dostarczać obrazów dobrej jakości, jednak pojazd coraz bardziej zbliżał się do planety, był narażony na coraz silniejsze promieniowanie. I do 55. orbity błędy były już na wszystkich zdjęciach. Eksperci próbowali różnych metod obróbki obrazu, ale nic nie pomagało. Zostało kilka tygodni do przelotu w pobliżu księżyca Jowisza, Io. Postanowiliśmy postawić wszystko na jedną kartę, maksymalnie rozgrzać podgrzewacz JunoCam i przekonać się, czy więcej wyżarzania coś da, stwierdził Michael Ravine. Obrazy przesłane w pierwszym tygodniu wyżarzania były nieco lepsze. Później zaś doszło do dramatycznej poprawy jakości obrazu. Do dnia 30 grudnia 2023 roku, kiedy Juno przeleciała zaledwie 1500 kilometrów od powierzchni Io, JunoCam pracowała niemal tak dobrze, jak w dniu wystrzelenia misji. Do dzisiaj satelita Juno okrążył Jowisza 74 razy. Podczas ostatniej, 74. orbity, znowu pojawiły się błędy na zdjęciach. Inżynierowie mają nadzieję, że kolejne wyżarzanie ponownie poprawi jakość fotografii. Od czasu pierwszych eksperymentów z naprawą JunoCam zespół odpowiedzialny za misję zastosował różne wersje wyżarzania w różnych instrumentach naukowych i podsystemach inżynieryjnych. Uzyskano świetne wyniki. Juno uczy nas, jak zbudować i utrzymywać pojazd kosmiczny zdolny do tolerowania promieniowania. To ważna lekcja nie tylko dla misji Juno, ale też dla satelitów krążących wokół Ziemi. Sądzę, że zdobyte doświadczenia zostaną zastosowane w przypadku satelitów wojskowych i komercyjnych oraz w innych misjach NASA, główny naukowiec misji Juno z Southwest Research Institute, Scott Bolton. « powrót do artykułu

Ziemia, nasza planeta jest chroniona przed niebezpiecznym dla życia promieniowaniem kosmicznym i słonecznym dzięki swojemu polu magnetycznemu, które otula ją swoim kokonem. Naładowane elektrycznie cząstki „ześlizgują się" po liniach pola i omijają naszą planetę. To coś, za co powinniśmy być wdzięczni, bo nie wszystkie planety posiadają takie pole ochronne. Są też jednak planety, których pole magnetyczne jest znacznie silniejsze od ziemskiego. Na przykład Jowisz. To, co jest zaletą dla życia na planecie chronionej takim „polem siłowym", może być problemem dla kogoś z zewnątrz, kto zechce taką planetę zbadać. To dlatego, że takie pole samo jest źródłem silnego promieniowania. Na Jowiszu życia najpewniej nie ma, ale jego pole magnetyczne jest co najmniej kłopotliwe dla ziemskich misji badawczych. Promieniowanie, naładowane elektrycznie i rozpędzone cząsteczki, którymi „sieje" gazowy olbrzym i jego księżyce, to poważne zagrożenie dla delikatnej aparatury sond. Dlatego misja badawcza Juno planowana jest w szczególny sposób. Jowisza badała już misja Galileo w latach 1995-2003, ale nie wchodziła ona w obszar największego zagrożenia i dlatego jej elektronice wystarczała stosunkowo umiarkowana osłona. Trzeba też zauważyć, że w miarę postępu układy elektroniczne stają się coraz bardziej skomplikowane i podatne na zakłócenia. Sonda Juno będzie zmuszona przechodzić przez strefę największego promieniowania, wokół równika planety. Konieczna jest więc solidna osłona antyradiacyjna, która ochroni główny komputer, układy zarządzania energią, elektronikę przyrządów pomiarowych i drobniejsze układy. Całość zamknięta będzie w sześciennym „sejfie", którego każda ściana ma prawie metr kwadratowy powierzchni, centymetr grubości i 18 kilogramów wagi. Na materiał osłony wybrano tytan. Ołów stanowiłby co prawda lepszą osłonę, ale jest zbyt miękki, żeby przetrzymać wibracje startowe, z innymi materiałami trudno zaś pracować. Sama osłona to jednak mało, żeby serce i mózg sondy wytrzymały piętnastomiesięczną misję wokół Jowisza. Dlatego większość elektroniki wykonano nie z krzemu, ale z tantalu i wolframu. Wszystkie układy zapakowane są ciasno, aby chroniły się wzajemnie. Wszystkie połączenia i kable chronione są koszulkami z metalowego oplotu. Również trajektoria sondy projektowana jest tak, by zminimalizować ekspozycję na promieniowanie. Obecnie pancerna skrzynia, przez którą Juno nazywany jest żartobliwie „czołgiem" jest instalowana na swoim miejscu i poddawana wymagającym testom. Do startu pozostał jeszcze ponad rok, ale to wbrew pozorom nie jest dużo czasu. Do 5 sierpnia 2011 wszystko musi być przygotowane i sprawdzone setki razy, żeby zagwarantować powodzenie misji kosztującej 700 milionów dolarów.