Radiația intensă din jurul lui Jupiter a modelat fiecare aspect al misiunii Juno, în special pe orbita lui Juno. Datele arată că există un decalaj între centurile de radiații care înconjoară Jupiter și vârfurile de nor ale lui Jupiter. Juno va trebui să „înfige acul” și să călătorească prin acest decalaj, pentru a minimiza expunerea la radiații și pentru a-și îndeplini obiectivele științifice. Adăugându-se la complexitatea misiunii Juno, se remarcă faptul că proiectarea navei spațiale, obiectivele științifice și cerințele orbitale s-au format reciproc.
Nu eram sigur cu ce întrebare să începeți acest interviu: Cum au format condițiile din jurul lui Jupiter, în special radiațiile sale extreme, orbita lui Juno? Sau, cum a fost necesară orbita pentru ca Juno să supraviețuiască radiațiilor extreme ale lui Jupiter să formeze obiectivele științei lui Juno? Sau, în sfârșit, cum au conturat obiectivele științei pe orbita lui Juno?
Scott Bolton, investigatorul principal al NASA pentru misiunea Juno în Jupiter. Credit de imagine: NASA
După cum puteți vedea, misiunea Juno pare a fi un nod din Gordian. Sunt sigur că toate cele trei întrebări au trebuit să fie adresate de mai multe ori, răspunsurile formând celelalte întrebări. Pentru a ajuta la deblocarea acestui nod, am vorbit cu Scott Bolton, investigatorul principal al NASA pentru misiunea Juno. În calitate de persoana responsabilă pentru întreaga misiune a lui Juno, Scott are o înțelegere completă a obiectivelor științifice ale lui Juno, proiectarea lui Juno și calea orbitală pe care Juno va urma în jurul lui Jupiter.
DE EXEMPLU: Bună Scott. Vă mulțumesc că ați luat timpul pentru a vorbi cu mine astăzi. Radiația lui Jupiter este un mare pericol la care trebuie să se confrunte Juno, iar bolta de titan a lui Juno este concepută pentru a proteja electronica lui Juno. Orbita lui Juno este parțial modelată de radiațiile din jurul lui Jupiter. Cum a format radiația din jurul lui Jupiter pe orbita lui Juno?
„… Știam că regiunea din jurul Jupiter este într-adevăr proastă, periculoasă și dură cu radiații…”
SB: Ei bine, ne-a limitat alegerile, să zicem. Orbita lui Juno a fost aleasă printr-o combinație de oportunități pentru măsurători științifice, care aveau nevoie de un anumit fel de geometrie sau locație a navei spațiale pentru a efectua, și faptul că trebuia să evităm cât mai bine puteam regiunea cea mai periculoasă, practic, în sistem solar. Acest lucru ne-a impus să fim foarte apropiați de Jupiter și orientări polare. Trecem peste stâlpii lui Jupiter. Știam că regiunea din jurul Jupiter este într-adevăr proastă, periculoasă și dură cu radiații, dar niciodată nu am intrat acolo cu o navă spațială. Deci nu suntem deloc siguri cât de dur este sau exact cum are forma. Avem doar câteva idei.
Dar, prin analogii cu Pământul și prin modelare, am fost capabili să ne dăm seama de o modalitate de a îndeplini obiectivele științifice pe care le-am dorit și de a rămâne în continuare în afara celor mai proaste regiuni. Juno intră peste stâlpi și se va scufunda foarte aproape de Jupiter într-un mod în care credem că va fi între centurile de radiații și atmosfera lui Jupiter.
Pe Pământ există o fereastră minusculă între propriile centuri de radiații - care nu sunt aproape la fel de periculoase precum Jupiter, dar au o formă similară - și atmosfera Pământului. Există un decalaj și avem dovezi că există și un decalaj și la Jupiter și că aruncăm ace.
DE EXEMPLU: De unde provin dovezile pentru acest decalaj, decât să ne uităm la centurile Van Allen ale Pământului? Au existat observații de la oricare dintre observatoarele NASA care ar arăta că ar exista un decalaj similar în jurul lui Jupiter?
SB: Am folosit telescoape radio precum VLS (Very Large Array) și alte telescoape radio din întreaga lume care pot privi Jupiter, iar la anumite frecvențe văd ceea ce se numește radiații de sincrotron. Radiația sincrotronă este electroni cu energie foarte mare, care se mișcă aproape de viteza luminii și degajă emisii radio. Ei o dau într-o geometrie foarte specifică bazată pe fizica relativistă. Putem vedea asta și ne spune ceva despre modul în care este modelată radiația și cum este distribuită populația de electroni cu energie mare. Acest lucru este utilizat în modele și putem indica faptul că ar trebui să existe un pic de decalaj, în parte, deoarece atunci când ne uităm la radiația respectivă, se pare că acesta se apropie de Jupiter. Dar avem o rezoluție limitată, așa că, deși există un indiciu că există un decalaj între Jupiter și centurile sale de radiație, nu există nicio dovadă pozitivă.
DE EXEMPLU: Deci, Juno în sine va fi dovada pozitivă că există un decalaj între Jupiter și centurile sale de radiație?
SB: Da. Și atunci avem o altă măsurare care ne ajută să înțelegem acest lucru. Nava spațială Galileo care a orbitat pe Jupiter la mijlocul anilor 90 conținea o sondă care a intrat în atmosfera lui Jupiter pentru a afla din ce a fost făcută. Sonda respectivă a luat unele măsurători cu unele instrumente foarte brute, aproape ca contoarele Geiger, iar datele din aceste măsurători indicau un vârf al radiațiilor și apoi un gol aproape de Jupiter. Deci, asta ne-a dat dovezi suplimentare că există un decalaj. Deși este un set de date foarte limitat, acesta este în concordanță cu modelele de la radiotelescoape.
DE EXEMPLU: Trebuie să fi avut în minte anumite obiective științifice pentru misiunea Juno, deci cum a reușit această înțelegere a centurilor de radiație ale lui Jupiter și a orbitei necesare pentru a le evita, au conturat obiectivele științifice ale misiunii Juno? A obligat să fie abandonate cu totul obiective?
„De fapt, obiectivele științei au condus practic orbita.”
SB: Nu deloc. De fapt, obiectivele științei au condus practic orbita. Asta ne-a determinat să vrem să ne apropiem cu adevărat. Întrebarea a fost cât de aproape putem obține că este în siguranță și de câte ori putem orbita? Așadar, aș spune că ceea ce face radiația, nu ne-a schimbat orbita atât cât limitează numărul de ori pe care îl putem orbita. Așadar, am avut un timp limitat de viață și, din cauza acestui timp limitat de viață, am intrat pe o orbită care ne-a permis să mapăm cât mai repede planeta. Vrem să zburăm pe ea foarte îndeaproape, la multe lungimi diferite care sunt distanțate uniform.
Obiectivele științifice și constrângerile centurilor de radiații ne-au spus că Juno va dura doar atât de mult, așa că trebuie să faceți harta realizată într-un timp limitat. Așadar, există un pic de compensare. Poate a existat o modalitate de a proteja Juno mai mult cu mai mult titan, mai scut, pentru a dura puțin mai mult, dar devine atât de rău la sfârșit, încât nu sunt sigur dacă îl protejăm mai mult, încât va dura mai mult.
„Dacă aș fi putut să pun suficient combustibil la bord, aș fi putut schimba orbita în mijlocul misiunii ...”
DE EXEMPLU: Diminuarea rentabilităților, cred?
SB: Dreapta. Deci, limitările ingineriei și practicile a ceea ce putem lansa pe o rachetă sunt ceea ce ne-a limitat. Dacă aș fi fost capabil să pun suficient combustibil la bord, aș fi putut schimba orbita în mijlocul misiunii pentru a ne permite să dureze mai mult. Totuși, aceasta ar necesita o cantitate enormă de combustibil. Ceea ce se întâmplă este că, atunci când sunteți aproape de Jupiter, acesta nu este perfect simetric, așa că începe să schimbe forma orbitei lui Juno.
DE EXEMPLU: Atunci trebuie să faceți corecții pentru a menține orbita?
SB: Da, dar nu putem. Nu avem suficient combustibil pentru a face ceva de genul, așa că trebuie să trăiești cu ceea ce face Jupiter pe orbită. Așa că începe să răsucească orbita în jur și de fiecare dată când venim pe lângă Jupiter începe să răsucească orbita puțin mai mult. O folosim puțin științific, dar realitatea este că trebuie să trăim doar ceva. Pentru prima jumătate a misiunii, dacă modurile sunt corecte, nu va trebui să ne ocupăm de cantitatea maximă de radiații, dar spre a doua jumătate a misiunii începe să se înrăutățească. Nu putem evita centurile de radiație atât cât am putut la început. Acesta este practic ceea ce limitează timpul de viață al misiunii Juno.
DE EXEMPLU: Deci, Jupiter afectează în permanență orbita lui Juno și ai o capacitate limitată de a face față?
SB: Este corect. Se datorează faptului că Jupiter nu este o sferă perfectă.
DE EXEMPLU: Și unul dintre obiective este să mapăm gravitația lui Jupiter?
SB: Da, pentru a afla cât de exact este imperfectă o sferă [râs.] Și apoi să aflați despre asta cum este structura interioară și, de aici, cum s-a format.
DE EXEMPLU: Acesta pare un moment bun pentru a întreba care este forma orbitei lui Juno? Cât de aproape de Jupiter va ajunge și cât de departe va ajunge în timpul orbitei sale?
„… Suntem în apropierea lunilor exterioare, lângă Callisto sau cam așa ceva.”
SB: Este o elipsă, ca majoritatea orbitelor, iar cel mai apropiat punct de apropiere este la aproximativ 5.000 km (3100 mile) deasupra vârfurilor norului și așa se numește perijove. Pe de altă parte, suntem afară lângă lunile exterioare, lângă Callisto sau cam așa ceva.
DE EXEMPLU: Așadar, la o distanță destul de mare.
SB: Da, este destul de departe. Pentru a finaliza o orbită, va dura Juno 14 zile. Și atunci cealaltă orientare este chiar peste stâlpi. Chiar peste polul nord și sud. Dar nu intrăm imediat pe acea orbită. Mai întâi trebuie să tragem rachetele noastre și ajungem într-o orbită mult mai mare, care durează aproximativ 53 de zile, iar distanța pe care o parcurgem de Jupiter este cu atât mai departe. Pe parcursul primelor câteva luni, avem suficient combustibil pentru a modifica orbita pentru a obține ceea ce ne dorim în cele din urmă, iar acest lucru necesită câteva luni.
DE EXEMPLU:Așadar, Juno este alimentat cu energie solară, în afară de combustibilul său pentru a-și schimba orbita. Trebuie să rămâneți expus la soare, așa că trebuie să fi fost un plus în proiectarea orbitei dvs.?
„… În general, evităm umbre sau ocultări ale lui Jupiter.”
SB: Da, aceasta a fost o constrângere suplimentară în sensul că vreau să evit să intru în umbra lui Jupiter. Vreau ca panourile solare să vadă mereu soarele. Putem parcurge perioade scurte de timp fără asta, dar, în general, evităm umbre sau ocultări ale lui Jupiter.
DE EXEMPLU: Acesta este unul dintre motivele pentru care orbita te duce atât de departe de Jupiter? Pentru a evita intrarea în umbra lui Jupiter?
SB: Da, este corect. Deși ai putea evita acest lucru chiar dacă ai fi atât de aproape, dacă orbitezi lateral. Nu trebuie să mă duc în spatele lui Jupiter, chiar dacă orbita era mică. Dar trebuie să calculați toate acestea și să vă asigurați.
DE EXEMPLU: Toate instrumentele lui Juno vor fi active pe toate orbitele? Sau unele dintre orbitele sunt dedicate anumitor senzori și instrumente?
SB: În general, toate instrumentele sunt active. Dar avem orbite care sunt axate pe anumite lucruri bazate pe cerințe de indicare. De exemplu, măsurarea gravitației. Când dorim să măsurăm câmpul de gravitație, trebuie să ne asigurăm că antena este îndreptată către Pământ cât mai mult posibil. Așa măsurați câmpul de gravitație, vă uitați la semnalul pe care Juno îl trimite înapoi pe Pământ și măsurați deplasarea Doppler a semnalului radio și asta vă spune cum câmpul de gravitație a împins și a tras pe Juno.
Când nu măsurăm câmpul gravitațional, avem alte instrumente care ar prefera să fie îndreptate direct către Jupiter. Încă pot prelua datele în timp ce măsurăm câmpul de gravitație, dar este mai bine dacă îndreptăm direct către Jupiter. Putem tolera asta, deoarece rețelele solare sunt încă îndreptate spre soare și putem rămâne în continuare în comunicare cu nava spațială, doar nu putem obține măsurarea completă a câmpului gravitațional.
„… La sfârșitul misiunii nu se așteaptă ca celulele solare să funcționeze la fel de bine ca la început.”
Avem deci câteva orbite care sunt dedicate acelei geometrii. Desigur, atunci când ne dedicam acestui lucru, era să putem închide sistemul de gravitație dacă nu îl folosim. Dar cred că estimările noastre sunt acum că puterea noastră este suficientă pentru a putea fi capabile să le menținem în același timp în același timp. Indiferent dacă facem sau nu acest lucru, nu este necesar, dar la sfârșitul misiunii nu se așteaptă ca celulele solare să funcționeze la fel de bine ca la început.
DE EXEMPLU: Asta din cauza radiațiilor? Din același motiv pentru că electronica este sensibilă, celulele solare se vor degrada în timp?
SB: Asta e corect. Deci, le-am protejat, dar nu știm cât de bine va funcționa exact. Nu-l avem în planurile noastre, dar îl putem acomoda cu ideea că la sfârșitul misiunii, dacă nu avem suficientă putere pentru a rula totul, putem începe să închidem unele instrumente care au am făcut cea mai mare parte a științei pe care am vrut să le facem. Putem face felul în care instrumentele sunt active și care nu.
DE EXEMPLU: Deci, asta vă oferă o anumită flexibilitate a misiunii dacă radiațiile sunt mai severe decât sugerează modelarea? Veți avea o anumită flexibilitate pentru a acorda prioritate aproape de sfârșit?
SB: Este corect. Momentan, modelele noastre sugerează că nu va trebui să facem asta, dar putem să transformăm acel cadru dacă trebuie.
DE EXEMPLU: Mă întreb despre modelarea detaliată pe care ați făcut-o pentru radiația lui Jupiter și misiunea Juno și mă uit la informațiile disponibile pe site-urile site-ului NASA și alte surse. S-a sugerat că toate instrumentele lui Juno nu trebuie să supraviețuiască celor 33 de orbite, nu? Există un fel de cel mai bun caz de supraviețuire a instrumentelor? Am citit că JIRAM (Jupiter Infrared Auroral Mapper) și poate Junocam ar putea dura doar până la a 8-a orbită, iar Radiometrul cu microunde ar putea să dureze doar până pe orbita 11. Este un fel de scenariu cel mai bun? Sau mai mult un mijloc al drumului pe care îl urmezi pe aceste numere de orbită?
SB: Sperăm că acesta este cel mai rău caz. Sunt concepute pentru a supraviețui cu un factor de 2 marje în radiații. Este probabil un pic mai mare decât un factor de doi. Deci ar trebui să poată face asta fără o problemă. Ar fi o surpriză dacă nu au rezistat atât de mult. Așteptarea noastră este că vor merge probabil la sfârșitul misiunii. Dar nu mă bazez pe asta și nu am nevoie de asta. De la faptul că câteva dintre aceste instrumente nu-și dispun de electronice în interiorul bolții <titanium>.
DE EXEMPLU: Asta pentru că nu au nevoie de toate cele 33 de orbite pentru a-și îndeplini misiunea? Sunt prioritizate instrumentele să se afle în interiorul bolții de titan pe baza câtor orbite au nevoie pentru a-și finaliza misiunea?
"În dulap cu toate echipamentele electronice poate fi un loc destul de cald, iar unele instrumente sunt puțin mai bune atunci când este frig."
SB: Asta e corect. Așa am făcut această alegere. Evident, aveau nevoie de o oarecare protecție împotriva radiațiilor lui Jupiter, așa că există mici cutii în jurul lor, dar nu ca bolta uriașă. Există, de asemenea, și alte motive pentru care nu se află în seif. Există câteva avantaje pentru a le muta. În dulap cu toate echipamentele electronice poate fi un loc destul de cald, iar unele instrumente sunt puțin mai bune atunci când este frig. Deci există diferite meserii care au continuat. Dar l-ați caracterizat bine în sensul că nu avem nevoie pentru a îndeplini obiectivele științifice pentru ca acestea să dureze întreaga misiune. Dar așteptarea mea este că există beneficii dacă vor dura mai mult, așa că avem speranță când le-am proiectat că vor dura mai mult.
DE EXEMPLU: Scott, care este titlul tău oficial la NASA?
SB: Oficial se numește investigator principal. Așa că sunt investigatorul principal al misiunii Juno. Acesta este un titlu oficial care înseamnă doar ceva pentru oamenii NASA.
DE EXEMPLU: Deci, ați fost în proiectarea misiunii chiar de la începutul lui Juno?
SB: Oh da. Am creat întreaga chestie sau întregul proces. Ceea ce înseamnă investigatorul principal pentru persoana obișnuită este eu sunt responsabil pentru Juno. Pentru orice și tot ce este asociat cu Juno, eu sunt responsabil pentru succesul acesteia. Fie că este vorba de proiectare, de inginerie, de știință, de a-l construi la timp, de a cheltui prea mulți bani, de program, toate aceste chestii. Un alt mod de a spune asta este că, dacă ceva nu merge bine, eu sunt cel care este învinuit [râsete].
DE EXEMPLU: Ei bine, cred că multe dintre ele vor merge corect [râs.] Deci, ca mine, trebuie să anticipezi cu nerăbdare sosirea lui Juno la Jupiter. Care este partea cea mai interesantă și interesantă a misiunii lui Juno, dacă ar trebui să alegi un lucru? Sunt sigur că este aproape imposibil de răspuns. Și care ar putea fi o surpriză pentru tine? Când ne uităm la sosirea lui New Horizon la Pluton și la lucrurile surprinzătoare pe care le-am găsit acolo, sau Cassini găsirea gheizerelor de gheață, mereu pare să ne aștepte o surpriză. Care crezi că este cel mai interesant pentru Juno sau ce crezi că ar putea fi o constatare surprinzătoare?
„… Partea interesantă a lui Juno este că mergem undeva pe care nu a mai trecut nimeni până acum”.
SB: Ei bine, prin definiția surprizei, nu pot ghici. Niciuna dintre aceste lucruri nu a putut fi anticipată, motiv pentru care au fost surprize. Dar știi, partea interesantă a lui Juno este că mergem undeva pe care nu a mai plecat nimeni până acum. Vom face măsurători care nu s-au făcut niciodată. Avem instrumente care pur și simplu nu au mai fost create până acum, și să nu mai vorbim de intrarea lor în această geometrie orbitală unică unde puteți face măsurători speciale. Deci cred că anticiparea de a învăța ceva nou care ne va surprinde este partea interesantă.
Ce vom învăța cu adevărat că ne vom schimba ideile despre locul în care am venit și cum am ajuns aici? Cum este cu adevărat Jupiter? Există atât de multe puzzle-uri și este atât de important. Chiar și astăzi, lucrurile pe care le-am învățat despre propriul nostru sistem solar și lucrurile pe care le-am învățat despre alte sisteme solare, pe măsură ce am putut începe să vedem exo-planete, au făcut ca Jupiter să fie și mai important pentru noi. Este într-adevăr cheia și cred că partea interesantă este că în cele din urmă vom debloca una dintre ușile acestor secrete. Ajutăm să facem calea către misiunile viitoare să învețe și mai mult.
Celălalt lucru mi se pare interesant, chiar dacă sunt ceea ce se numește investigatorul principal și dacă întrebi NASA ce înseamnă asta și ei îți spun că sunt responsabil de tot, adevărul este că nu este o singură persoană. Este o echipă enormă care a făcut acest lucru. Acest lucru a ajutat la proiectarea acesteia, care a creat o modalitate de a face acest lucru, care a înțeles constrângerile, că a înțeles cum poate funcționa, că a dat seama de tehnologiile de care aveam nevoie pentru a face acest lucru și care, practic, a avut viziunea de a o crea și a avut capacitatea de a o implementa și de a aduce acea viziune la realitate. Sunt încântat că fac parte din această echipă de oameni care realizează acest lucru și că această echipă este de fapt doar o parte a societății noastre și a umanității noastre, care ajunge să încerce să descopere lucrurile. Lucruri precum modul în care ne încadrăm în natură și cum funcționează universul. În general, sunt foarte încântat să fac parte din ceva care încearcă să facă așa ceva.
DE EXEMPLU: Este minunat și sunt de acord complet cu cuvintele tale și cred că este interesant pentru mine și pentru cititorii Space Magazine. Este o misiune uriașă și abia așteptăm să începem să obținem unele rezultate înapoi. Și ceva imagine. Este super-interesant.
SB: Și eu. [râsete]
DE EXEMPLU: Mulțumesc că mi-ai luat timpul să îmi vorbești astăzi Scott. Sper să putem vorbi din nou. Știu că oamenii sunt foarte interesați de misiunea Juno.
SB: Cu plăcere. Să aveți o zi bună.
