https://www.nasa.gov/missions/europa-clipper/nasas-europa-clipper-uses-mars-to-go-the-distance/ 1 марта американская межпланетная станция Europa Clipper совершит пролёт Марса на высоте 884 км. Красную планету будут снимать камеры EIS и E-THEMIS, а также зондировать радар REASON. Гравитация Марса и коррекции траектории отправят Europa Clipper к Земле, а уж наша планета – к Юпитеру.
https://science.nasa.gov/mission/europa-clipper/ Спутник Юпитера Европа с молодой ледяной поверхностью и предполагаемым подлёдным океаном привлекает NASA ещё со времён пролётов Voyager-1 и Voyager-2. Интерес усилился благодаря первому искусственному спутнику Юпитера Galileo, обнаружившему новые косвенные указания на существование океана. Высокий уровень радиации и значительная удалённость от Солнца удорожают исследования Европы космическими аппаратами – неудивительно, что первые проекты её изучения не укладывались в небольшие бюджеты и отвергались ещё на стадии рассмотрения концепции. Стало ясно, что необходим аппарат только самого дорогого (флагманского) класса.
https://en.wikipedia.org/wiki/Europa_Orbiter https://en.wikipedia.org/wiki/Jupiter_Icy_Moons_Orbiter Новый проект – спутник Европы Europa Orbiter – разрабатывался в 1999-2002 годах и дошёл до этапа предварительного проектирования и бюджета в $1 млрд, после чего был закрыт из-за роста стоимости при небольшом времени работы и скромной научной нагрузке. Такая же судьба была и у появившегося после Europa Orbiter проекта многомиллиардного монструозного атомохода киловаттного класса JIMO (2003-2005 годы) стартовой массой 36 тонн (!).
https://en.wikipedia.org/wiki/Jupiter_Europa_Orbiter Учёные не оставляли попыток получить аппарат для Европы, указывая его среди первых приоритетов в десятилетних обзорах Национальных академий наук США (как на 2003-2013 годы, так и на 2013-2022 годы). Для финансовой устойчивости новый проект стал международным: в 2008 году его обсудили, а в 2009 году выбрали NASA и ESA, назвав Europa Jupiter System Mission-Laplace (EJSM-Laplace). NASA нацелилось на Европу и Ио, а ESA, трезво оценив свои возможности, обратило внимание на Ганимед и Каллисто. EJSM-Laplace был разделён на два независимых аппарата: американский спутник Европы Jupiter Europa Orbiter (JEO) и европейский спутник Ганимеда Jupiter Ganymede Orbiter (JGO). В проекте EJSM-Laplace пожелали принять участие японское и российское космические агентства: JAXA предложило свой зонд для исследования магнитосферы Юпитера JMO, а Роскосмос – перелётный и посадочный аппараты для Европы. Всё изменилось в 2011 году после резкого сокращения планетного подраздела бюджета NASA – совместные проекты распались. Европейцы на основе JGO создали новый проект – Juice, о котором подробнее сообщалось
здесь.
Многолетняя борьба за спутник Европы опять закончилась ничем. Для снижения стоимости пришлось пойти на непростые решения: отказаться от спутника в пользу пролётного аппарата без исследований Ио и заменить радиоизотопные генераторы солнечными батареями. В таком виде в 2012-2013 годах появился Europa Multiple Flyby Mission, получивший в 2013-2014 годах скромное финансирование на рассмотрение и защиту концепции. Необходимых на реализацию проекта $2 млрд NASA даже не собиралось запрашивать, намереваясь осуществить в ближайшее десятилетие лишь один проект флагманского класса – Mars 2020 Rover. Стоит заметить, что обычно для создания чего-либо агентство сначала делает запрос в проекте бюджета на финансирование, а потом в случае получения денег от Конгресса утверждает реализацию задуманного. В истории полёта к Европе всё было наоборот – Конгресс неоднократно (в 2014-2017 годах) выделял финансирование больше запрашиваемого, вынуждая NASA разрабатывать «нежеланный» агентством аппарат! Это произошло благодаря влиятельному стороннику проекта, одержимому исследованием космоса и особенно Европы не меньше, чем некоторые полётами на Марс – конгрессмену-республиканцу от Техаса в 2001-2019 годах Джону Калберсону.
https://www.planetary.org/articles/1120-a-mission-to-europa-just-got-got-more-likely Калберсон (слева), заявлявший о Европе, что «нам не нужно ждать, чтобы отправиться на поиски жизни в другую систему. Она прямо здесь, у нас на заднем дворе», был опытным лоббистом. В деле защиты исследований Европы и космоса в целом он объединил усилия с некоммерческой общественной организацией – Планетарным обществом США и его главой Биллом Наем (справа). Конгрессмен боролся не только за пролётный аппарат, но и за предварительную разработку посадочного аппарата Europa Lander. Увы, Europa Lander сам по себе получался многомиллиардным, поэтому шансов у него не было. Кроме того, имело смысл заранее выбрать наиболее интересные и безопасные районы для посадки. Работы по пролётному аппарату, получившему в 2017 году название Europa Clipper в честь клиперов девятнадцатого века, пошли обычным порядком лишь со сменой руководства NASA. С 2018 года агентство стало запрашивать и получать необходимые для запуска в начале 2020-х годов суммы. Что касается Калберсона, то в 2018 году он проиграл выборы – возможно, в числе прочего и потому, что «интересовался водой на Европе больше, чем качеством воды у своих избирателей».
https://science.nasa.gov/mission/europa-clipper/europa-clipper-multimedia/ Много времени занял выбор ракеты-носителя и траектории перелёта к Юпитеру. Прямой полёт обеспечивала только крайне дорогая SLS; проверенный путь с гравитационными манёврами у Венеры и Земли был долгим и требовал подготовки аппарата к соответствующему тепловому режиму. В итоге ракета-носитель Falcon Heavy компании SpaceX продемонстрировала необходимую надёжность, а баллистики подобрали траекторию с пролётами Земли и Марса без Венеры.
[url=https://link.springer.com/article/10.1007/s11214-024-01069-z]https://link.springer.com/article/10.1007/s11214-024-01069-z] [url=https://link.springer.com/article/10.1007/s11214-024-01069-z]https://link.springer.com/article/10.1007/s11214-024-01069-z]https://link.springer.com/article/10.1007/s11214-024-01069-z] [url=https://link.springer.com/article/10.1007/s11214-024-01069-z]https://link.springer.com/article/10.1007/s11214-024-01069-z]https://link.springer.com/article/10.1007/s11214-024-01069-z]https://link.springer.com/article/10.1007/s11214-024-01069-z] [url]https://link.springer.com/article/10.1007/s11214-024-01069-z]https://link.springer.com/article/10.1007/s11214-024-01069-z]https://link.springer.com/article/10.1007/s11214-024-01069-z]https://link.springer.com/article/10.1007/s11214-024-01069-z]https://link.springer.com/article/10.1007/s11214-024-01069-z] [url]https://link.springer.com/article/10.1007/s11214-024-01069-z[/url]
Цель Europa Clipper – выяснить, есть ли под ледяной корой Европы условия для существования жизни. Это можно сделать, изучив ледяную кору и океан под ней (выяснить толщину коры, убедиться в наличии океана, оценить объём океана, солёность и другие параметры, обнаружить возможное взаимодействие океана с поверхностью), а также строение второго галилеева спутника Юпитера (в частности, присутствуют ли необходимые для жизни источники энергии и ингредиенты) и его геологию (в частности, есть ли недавняя активность). Приборов для поиска самой жизни на аппарате нет.
Europa Clipper была создана «кузницей» большинства американских межпланетных станций JPL (Лабораторией реактивного движения) совместно с APL (Лабораторией прикладной физики университета Джонса Хопкинса).
https://link.springer.com/article/10.1007/s11214-024-01070-5#Sec44 Крупнейшая межпланетная станция NASA представляет собой цилиндр с усечённым конусом с одного конца и коробчатой структурой с другого конца размерами 4,7x3x4 метра. Стартовая масса – 5800 кг (по данным NASA перед запуском, хотя ранее заявлялось 6000 кг), сухая масса – 3241 кг. Остальное приходится на топливо (монометилгидразин и смесь оксидов азота) для 24 (!) одинаковых двигателей. Трехосная система ориентации использует те же двигатели и маховики. Для сбережения части электроники и научных приборов установлен радиационно-защитный отсек из 9,2-мм листов сплава алюминия и цинка. Система терморегулирования включает в себя не только многослойную экранно-ваккуумную теплоизоляцию с радиаторами и нагревателями, но и активную систему насосов и трубопроводов с жидкостью. Для электроснабжения используются две пятисекционные солнечные батареи (каждая секция размером 4,13x2,47 метра) общей площадью рекордные 102 квадратных метра (размах более 30 метров), выдающие к концу срока службы в системе Юпитера 728 Ватт (у первопроходца использования солнечных батарей в системе Юпитера американской Juno – 60 квадратных метров и 420 Ватт, у европейской Juice 85 квадратных метров и 820 Ватт) и три литий-ионных аккумулятора. Связь с DSN осуществляется с помощью 3-метровой антенны высокого усиления, меньшей антенны среднего усиления и шести малых антенн в X- и Ka-диапазонах.
https://www.nasaspaceflight.com/2024/10/europa-clipper-launch/ Europa Clipper оснащён внушительным комплектом из 9 научных приборов общей массой 82 кг:
- блок камер в карданном подвесе EIS (APL) из широкоугольной и узкоугольной цветных камер (4096×2048 с шестью фильтрами) видимого диапазона с захватом «краешков» ИК и ультрафиолета для съёмки 90% поверхности Европы с разрешением не менее 100 метров. С высоты 50 км разрешение будет 11 метров и 0,5 метра соответственно;
- тепловая камера E-THEMIS (Университет штата Аризона) в трёх ИК-диапазонах для поиска аномалий температуры поверхности Европы и исследования её тепловых свойств с разрешением примерно от 100 метров до 10 км;
- видовой ультрафиолетовый спектрограф Europa-UVS (Юго-Западный исследовательский институт) для исследования экзосферы Европы, изучения состава поверхности, поиска гейзеров (с получением их состава) и полярных сияний. Аналогичный прибор расположен на европейской Juice;
- картирующий инфракрасный спектрометр MISE (JPL) со специальной системой активного охлаждения для получения данных о составе поверхности Европы;
- магнитометр ECM (Калифорнийский университет в Лос-Анджелесе и Мичиганский университет) с выдвижной штангой длиной 8,5 метра для определения толщины ледяной коры, глубины и проводимости подлёдного океана Европы, обнаружения гейзеров, исследования экзосферы Европы и магнитосферы Юпитера;
- плазменный комплекс PIMS (APL) из четырех чаш Фарадея для исследования ионосферы Европы, безусловно необходимого в интересах работы магнитометра ECM;
- масс-спектрометр MASPEX (Юго-Западный исследовательский институт) для непосредственного определения атомного, молекулярного и изотопного состава экзосферы Европы и гейзеров;
- анализатор пыли SUDA (Университет штата Колорадо в Боулдере), масс-спектрометр для непосредственного определения элементного, молекулярного и изотопного состава частиц льда и пыли в экзосфере Европы;
- двухчастотный радар REASON (Техасский университет в Остине) с выдвижными антеннами (две 17,6-метровых и четыре 2,76-метровых) для зондирования Европы на глубину до 30 км с целью исследования поверхности (с определением её топографии, шероховатости, состава), измерения толщины ледяной коры (с определением её структуры), обнаружения подлёдного океана (с определением его объёма) и гейзеров. Вертикальное разрешение – 30 метров на глубине от 0,3 км до 3 км и 300 метров на глубине от 1 до 30 км.
Отдельно от перечисленной девятки научных приборов упоминаются гравитационно-радиозатменный эксперимент (Центр космических полетов имени Годдарда) для измерения гравитационного поля (а значит и внутренней структуры) и исследования экзосферы Европы с помощью штатного радиокомплекса Europa Clipper, а также размещённый на аппарате детектор радиации RadMon (APL).
Europa Clipper очень похож на Juice, хотя полезная нагрузка несколько иная, поскольку работать ему придётся в более сложной радиационной обстановке. Сильно упрощён плазменно-волновой комплекс, нет лазерного высотомера, но впечатляют характеристики основных приборов и наличие пары масс-спектрометров для непосредственного исследования вещества в окрестностях Европы. Аппарат изготовлен из материалов с наименьшим выделением веществ при интенсивном облучении; эти материалы были дополнительно прогреты до 90°-120° перед сборкой для дегазации.
Europa Clipper несёт своеобразное «послание в бутылке» – танталовую пластину (18x28 см) с выгравированными словами «вода» на 103 языках и аудиозаписью этих слов в виде волновых форм. Кроме того, на пластине выгравированы стихи Ады Лимон «Во славу тайне: стихотворение для Европы», уравнение Дрейка, радиочастоты для межзвёздной связи, портрет планетолога-исследователя Европы Рона Грили (1939-2011), а также расположен микрочип с 2,6 миллионами имён (включая моё), собранных заранее на сайте проекта. Возникает вопрос: а что будет с этой пластиной, если Europa Clipper завершит свою работу падением на Ганимед? Вряд ли такое «послание в бутылке» сохранится целым…
В проекте бюджета NASA на FY2025 указана стоимость проекта Europa Clipper (без запуска) с начала и до завершения: $5 миллиардов!
Во время сборки аппарата возникали сложности. В 2019 году команда учёных и инженеров из JPL во главе с Кэрол Рэймонд не справилась с созданием инновационного магнитометра ICEMAG и он был заменён более простым, дешёвым и менее точным магнитометром ECM команды из двух университетов во главе с Маргарет Кивельсон. Это несколько усложнило программу полёта, так как для калибровки ECM нужно время от времени вращать весь аппарат. В мае 2024 года, когда межпланетная станция уже была готова отправиться на космодром, появились подозрения, что МОП-транзисторы в системе электропитания могут выйти из строя при дозе радиации меньше ожидаемой в результате изменения производственного процесса компанией Infineon Technologies. После обширного тестирования и анализа инженеры NASA признали транзисторы пригодными для основной программы полёта.
Запуск Europa Clipper состоялся 14 октября 2024 года в 12:06 EDT (19:06 МсК) с площадки LC-39A Космического центра имени Кеннеди. Ракета-носитель Falcon Heavy (в одноразовом варианте) компании SpaceX двумя включениями второй ступени направила аппарат на отлетную траекторию к Марсу.
Пролёты Марса и Земли (3 декабря 2026 года) обеспечат перелёт к Юпитеру.
11 апреля 2030 года Europa Clipper пройдет в 200 км от Ганимеда и после шестичасовой (!) работы двигателей выйдет на орбиту вокруг Юпитера. Первый пролёт Европы должен состояться в начале 2031 года; всего до июня 2034 года их запланировано 49. В плане полёта также 7 пролётов Ганимеда и 9 пролётов Каллисто. Сейчас предполагается, что после ещё нескольких дополнительных пролётов Европы для предотвращения её загрязнения Europa Clipper упадёт на Ганимед в сентябре 2034 года.
В июле 2031 года в систему Юпитера должен прибыть европейский Juice. Планируются совместные исследования – будем надеяться, что несостоявшийся проект EJSM-Laplace возродится в виде успешной общей работы обоих аппаратов.
