Інтенсивне випромінювання навколо Юпітера сформувало кожен аспект місії Юнони, особливо орбіту Юнони. Дані показують, що між променевими поясами, які оточують Юпітер, та хмарними вершинами Юпітера є розрив. Юноні доведеться «забити голку» і проїхати цей проміжок, щоб мінімізувати його опромінення та виконати свої наукові завдання. Додаючи складність місії Juno, це той факт, що конструкція космічного корабля, наукові цілі та орбітальні вимоги всі формували один одного.
Я не був впевнений, з якого питання розпочати це інтерв'ю: як умови навколо Юпітера, особливо його надзвичайна радіація, формували орбіту Юнони? Або як орбіта, необхідна Юноні, щоб пережити надзвичайну радіаційну форму Юпітера, поставила наукові цілі Юнони? Або, нарешті, як цілі науки сформували орбіту Джуно?
Скотт Болтон, головний слідчий NASA для місії Юнона на Юпітер. Кредит на зображення: NASA
Як бачимо, місія Юнони здається трохи гордіївським вузлом. На всі три запитання, я впевнений, їх потрібно було задавати і відповідати кілька разів, а відповіді формували інші питання. Щоб розв'язати цей вузол, я поспілкувався зі Скоттом Болтоном, головним слідчим НАСА для місії Juno. Як людина, відповідальна за всю місію Juno, Скотт має повне розуміння наукових цілей Juno, дизайну Juno та орбітального шляху, який Юнона буде проходити навколо Юпітера.
EG: Привіт Скотт. Дякуємо, що знайшли час поговорити зі мною сьогодні. Випромінювання Юпітера є великою небезпекою, з якою доводиться боротися Юноні, а титановий склепіння Юнона призначений для захисту електроніки Юнона. Але орбіта Юнони частково формується випромінюванням навколо Юпітера. Як випромінювання навколо Юпітера сформувало орбіту Юнони?
"... ми знали, що регіон навколо Юпітера насправді поганий, небезпечний і суворий з радіацією ..."
SB: Що ж, це обмежило наш вибір, скажімо. Орбіта Юнони була обрана завдяки поєднанню можливостей наукових вимірювань, для виконання яких потрібен певний вид геометрії або розташування космічного корабля, і той факт, що нам довелося уникати якнайкраще найнебезпечнішого регіону, в основному, в сонячна система. Це вимагало, щоб ми були дуже близькими до Юпітера та полярними за орієнтацією. Ми переходимо полюси Юпітера. І ми знали, що регіон навколо Юпітера насправді поганий, небезпечний і суворий з радіацією, але ми також ніколи не заходили туди з космічним кораблем. Тож ми не зовсім впевнені, наскільки це суворо, чи як саме воно формується. У нас просто є кілька ідей.
Але за допомогою аналогій із Землею та за допомогою моделювання ми змогли знайти спосіб досягти бажаних нами наукових цілей і все ж залишатися поза гіршими регіонами. Юнона заходить над полюсами і опуститься впритул до Юпітера таким чином, що, на нашу думку, опиниться між радіаційними поясами та самою атмосферою Юпітера.
На Землі є крихітне вікно між нашими власними випромінювальними поясами, які не так небезпечні, як Юпітер, але сформовані аналогічно - і атмосфера Землі. Там є розрив, і у нас є докази того, що і у Юпітера є розрив, і ми врізаємо цю голку.
EG: Звідки взялися докази цього розриву, окрім того, що якраз дивився на земні пояси Ван Аллена? Чи були спостереження будь-якої з обсерваторій NASA, які показали, що навколо Юпітера буде подібний розрив?
SB: Ми використовували радіотелескопи, такі як VLS (Very Large Array) та інші радіотелескопи по всьому світу, які можуть дивитись на Юпітера, а на певних частотах вони бачать те, що називається синхротронним випромінюванням. Синхротронне випромінювання - це дуже високоенергетичні електрони, які рухаються зі швидкістю світла, і вони виділяють радіовипромінювання. Вони виділяють це в дуже специфічній геометрії, заснованій на релятивістській фізиці. Ми можемо це бачити, і це нам щось говорить про те, як формується випромінювання, і як розподіляється популяція високоенергетичних електронів. Це використовується в моделях, і ми можемо вказати, що має бути невеликий розрив, почасти тому, що, коли ми дивимось на це випромінювання, воно виглядає так, що воно збивається, оскільки воно наближається до Юпітера. Але у нас обмежена роздільна здатність, тому, хоча є вказівка на те, що між Юпітером та його радіаційними поясами існує розрив, позитивних доказів немає.
EG: Тож сама Юнона стане позитивним доказом того, що між Юпітером та його радіаційними поясами існує розрив?
SB: Так. І тоді у нас є ще одне вимірювання, яке допомагає нам це зрозуміти. Космічний корабель "Галілео", який перебував на орбіті Юпітера ще в середині 90-х, містив зонд, який потрапив в атмосферу Юпітера, щоб з'ясувати, з чого він зроблений. Цей зонд проводив деякі вимірювання деякими дуже сирими приладами, майже як лічильники Гейгера, і дані цих вимірювань вказували на пік випромінювання, а потім на розрив, близький до Юпітера. Тож це дало нам додаткові докази того, що існує розрив. Хоча це дуже обмежений набір даних, він відповідає моделям радіотелескопів.
EG: Ви, мабуть, мали на увазі певні наукові цілі для місії Juno, тож як таке розуміння радіаційних поясів Юпітера та орбіти, необхідних для їх уникнення, формувало наукові цілі місії Juno? Чи змусило якихось цілей взагалі відмовитися?
"Насправді саме цілі науки в основному рухали орбіту".
SB: Ні, зовсім ні. Насправді саме цілі науки в основному рухали орбіту. Це те, що спонукало нас до того, щоб ми хотіли дійсно наблизитися. Питання полягало в тому, наскільки близько ми можемо зробити це безпечним і скільки разів ми можемо орбітувати? Тож я б сказав, що те, що робить випромінювання, це не змінило нашу орбіту настільки, щоб обмежити кількість разів ми можемо на орбіту. Тож у нас був обмежений час життя, і через цей обмежений час життя ми вийшли на орбіту, яка дозволила нам якнайшвидше відобразити планету. Ми хочемо пролетіти нею дуже тісно, на багатьох різних довготах, які рівномірно розташовані.
Цілі науки та обмеження радіаційних поясів казали нам, що Юнона протримається лише так довго, тож вам доведеться зробити карту за обмежений час. Таким чином, є невеликий компроміс. Можливо, був спосіб захистити Юнону довше титанієм, ширше екранування, щоб прослужити трохи довше, але в кінці цього стає так погано, що я не впевнений, чи захистимо ми його більше, щоб він довше прослужив.
"Якби мені вдалося покласти достатньо пального на борт, я міг би змінити орбіту в середині місії ..."
EG: Зменшується повернення, я думаю?
SB: Правильно. Тож обмеження техніки та практичності того, що ми можемо запустити на ракету, насправді те, що нас обмежило. Якби мені вдалося поставити на борт достатню кількість палива, я міг би змінити орбіту в середині місії, щоб ми могли довше протриматися. Це вимагало б величезної кількості палива, хоча. Що відбувається, коли ти близько до Юпітера, він не ідеально симетричний, тому він починає змінювати форму орбіти Юнони.
EG: Тоді вам потрібно буде внести виправлення, щоб підтримувати орбіту?
SB: Так, але ми не можемо. У нас не вистачає палива, щоб зробити щось подібне, тому вам доведеться жити з тим, що робить Юпітер на орбіті. Тож вона починає крутити орбіту навколо, і кожного разу, коли ми приїжджаємо Юпітером, вона починає крутити орбіту ще трохи. Ми використовуємо це науково трохи, але реальність - це просто щось, з чим ми маємо жити. У першій половині місії, якщо режими правильні, нам не доведеться мати справу з максимальною кількістю випромінювання, але щодо другої половини місії вона починає погіршуватися. Ми не можемо уникати радіаційних поясів настільки, наскільки ми могли на початку. Це в основному те, що обмежує час життя місії Юнони.
EG: Тож Юпітер постійно впливає на орбіту Джуно, і ви маєте обмежену здатність вирішувати це?
SB: Це правильно. Це тому, що Юпітер не є ідеальною сферою.
EG: І однією з цілей є відображення сили тяжкості Юпітера?
SB: Так, щоб дізнатись, наскільки це саме недосконала сфера [сміх.] А потім дізнатися з цього про те, якою вона є структура інтер'єру, а отже, як вона сформувалася.
EG: Це здається вдалим часом запитати, яка форма орбіти Юнони? Наскільки близько до Юпітера він наблизиться і як далеко він добереться під час своєї орбіти?
"... ми знаходимося біля зовнішніх лун, біля Каллісто чи так".
SB: Це еліпс, як і більшість орбіт, і його найближча точка наближення знаходиться приблизно на 5000 км (3100 миль) над вершинами хмари або близько того, що називається перихове. З іншого боку, ми знаходимося біля зовнішніх лун, біля Каллісто чи так.
EG: Значить, досить далеко.
SB: Так, це далеко на відстані Юнону знадобиться 14 днів або близько того, щоб виконати орбіту. І тоді інша орієнтація знаходиться прямо над полюсами. Прямо над північним і південним полюсами. Але ми не виходимо на цю орбіту одразу. Спочатку ми повинні вистрілити наші ракети, і ми потрапимо на набагато більшу орбіту, яка займає близько 53 днів, а відстань, яку ми відходимо від Юпітера, настільки далі. Протягом перших кількох місяців у нас вистачає палива для зміни орбіти, щоб отримати те, що ми зрештою хочемо, і на це потрібно кілька місяців.
EG:Тож Juno також працює на сонячній енергії, крім палива, щоб змінити орбіту. Ви повинні перебувати на сонці, щоб це було додатково при проектуванні вашої орбіти?
"... взагалі ми уникаємо тіней чи окупацій Юпітера."
SB: Так, це було додатковим обмеженням у тому сенсі, що я хочу уникати потрапляння в тінь Юпітера. Я хочу, щоб сонячні панелі завжди бачили сонце. Ми можемо пройти короткий проміжок часу без цього, але взагалі уникаємо тіней чи окупацій Юпітера.
EG: Це одна з причин того, що орбіта відводить вас так далеко від Юпітера? Щоб уникнути тіні Юпітера?
SB: Так, це правильно. Хоча ти міг би цього уникнути, навіть якщо ти був так близько, якби ти орбітував збоку. Мені не треба йти за Юпітером, навіть якщо орбіта мала. Але вам доведеться все це обчислити і переконатися.
EG: Чи будуть усі інструменти Juno активними на всій його орбіті? Або деякі орбіти присвячені певним датчикам та інструментам?
SB: Взагалі всі інструменти активні. Але у нас є орбіти, орієнтовані на певні речі на основі вимог до вказівки. Наприклад, вимірювання сили тяжіння. Коли ми хочемо виміряти гравітаційне поле, ми повинні переконатися, що антена максимально спрямована на Землю. Ось як ви вимірюєте гравітаційне поле, чи дивитесь на сигнал, який Джуно посилає назад на Землю, і ви вимірюєте доплерівський зсув радіосигналу, і це говорить вам про те, як гравітаційне поле штовхнуло і потягнуло Юнону.
Коли ми не вимірюємо гравітаційне поле, у нас є інші інструменти, які вважають за краще вказувати безпосередньо на Юпітера. Вони все ще можуть приймати дані, коли ми вимірюємо гравітаційне поле, але краще, якщо вони будуть спрямовані безпосередньо на Юпітера. Ми можемо миритися з тим, що сонячні масиви все ще спрямовані на сонце, і ми все ще можемо залишатися в спілкуванні з космічним кораблем, ми просто не можемо отримати повне вимірювання гравітаційного поля.
"... в самому кінці місії сонячні батареї не очікуються виконувати так добре, як це робиться на початку".
Отже, у нас є кілька орбіт, присвячених цій геометрії. Звичайно, коли ми присвячені тому, що раніше було, що ми можемо просто відключити систему гравітації, якщо ми її не використовували. Але я думаю, що зараз наші оцінки є настільки сильними, що ми можемо тримати їх одночасно. Незалежно від того, чи будемо ми це робити, це не потрібно, але в самому кінці місії сонячні батареї не будуть виконуватись так добре, як це робиться на початку.
EG: Це через випромінювання? З тієї ж причини, що електроніка чутлива, сонячні батареї з часом будуть погіршуватися?
SB: Це вірно. Таким чином, ми захищаємо їх, але ми не знаємо, наскільки добре це буде працювати. У нас цього немає в наших планах, але ми можемо пристосувати його до думки, що наприкінці місії, якщо у нас не вистачить сил для виконання всього, ми можемо почати вимикати деякі інструменти, які мають зробили більшу частину науки, яку ми хотіли, щоб вони зробили. Ми можемо сортувати по черзі, на яких інструментах увімкнено, а на яких немає.
EG: Отже, це дає вам певну гнучкість місії, якщо випромінювання суворіше, ніж пропонує моделювання? Ви матимете певну гнучкість для визначення пріоритетності наприкінці?
SB: Це правильно. Зараз наші моделі пропонують нам не робити цього, але ми можемо повернути цей циферблат, якщо нам потрібно.
EG: Мені цікаво детальне моделювання, яке ви зробили для випромінювання Юпітера та місії Юнони, і переглядаю інформацію, наявну на веб-сайтах НАСА та інших джерелах. Напрошується думка, що не очікується, що всі інструменти Джуно витримають 33 орбіти, чи не так? Чи існує найкращий сценарій виживання інструменту? Я читав, що JIRAM (інфрачервоний аероральний Mapper Юпітера) і, можливо, Junocam можуть прослужити лише до 8-ї орбіти, а мікрохвильовий радіометр може тривати лише до орбіти 11. Це такий варіант найкращого випадку? Або більше посеред моделі дороги, за якою ви стежите за цими орбітами?
SB: Ми сподіваємось, що це найгірший сценарій. Вони розроблені для того, щоб пережити це з коефіцієнтом 2 радіації. Це, мабуть, трохи більше, ніж коефіцієнт два. Тож вони повинні мати можливість це робити без проблем. Було б несподіванкою, якби вони протрималися не так довго. Ми очікуємо, що вони, ймовірно, підуть до кінця місії. Але я на це не розраховую, і мені цього не потрібно. Виходило з того, що пара цих інструментів не має своєї електроніки всередині сховища <титану>.
EG: Це тому, що для виконання своєї місії їм не потрібно всіх 33 орбіт? Чи є у приладів пріоритет, щоб вони знаходилися в склепінні титану, виходячи з того, скільки орбіт потрібно для виконання своєї місії?
"У склепінні з усією електронікою може бути досить тепле місце, а деякі інструменти трохи краще, коли холодно".
SB: Це вірно. Тож ми зробили такий вибір. Вони, очевидно, потребували певного захисту від випромінювання Юпітера, тож навколо них маленькі скриньки, але не схожі на гігантський склепіння. Є й інші причини, по яких їх немає у сховищі. Є певні переваги для їх переміщення. У склепінні з усією електронікою може бути досить тепле місце, а деякі інструменти трохи краще, коли холодно. Тож існують різні торги, які продовжувались. Але ви це добре охарактеризували в тому сенсі, що нам не потрібно для того, щоб задовольнити наукові цілі, щоб вони протримали всю місію. Але я сподіваюся, що переваги будуть, якщо вони триватимуть довше, тому ми маємо надію, коли ми розробили їх, що вони триватимуть довше.
EG: Скотт, який ти офіційний титул у НАСА?
SB: Офіційно його називають головним слідчим. Тож я головний слідчий місії Юнона. Це офіційна назва, яка майже щось означає для людей NASA.
EG: Отже, ви займалися дизайном місії з самого початку Юнони?
SB: О так. Я ніби створив всю справу, або весь процес. За те, що головний слідчий означає для пересічної людини, я відповідаю за Юнону. За все і все, що пов'язано з Юноною, я відповідаю за її успіх. Будь то дизайн, інженерія, наука, це будується вчасно, витрачається занадто багато грошей, графік, всі подібні речі. Ще один спосіб сказати, що якщо щось піде не так, я звинувачую [сміх.]
EG: Ну, я думаю, багато чого піде правильно [сміх.] Тож, як і я, ти мусиш з нетерпінням очікувати приходу Юнони на Юпітер. Що найцікавіша та найцікавіша частина місії Юнони, якщо вам довелося вибрати одне? Я впевнений, що відповісти майже неможливо. І що може бути для вас сюрпризом? Коли ми дивимось на приїзд New Horizon до Плутона і на дивовижні речі, які ми там знайшли, або Кассіні, що знаходить крижані гейзери, нас завжди, здається, чекає сюрприз. Що, на вашу думку, найбільше хвилює Юнону, чи, на вашу думку, може бути дивовижною знахідкою?
"... захоплююча частина Юнони полягає в тому, що ми їдемо кудись, до кого ніхто ніколи не ходив".
SB: Ну, за визначенням сюрприз, я не можу здогадатися. Жодного з цих речей не можна було очікувати, тому вони стали сюрпризами. Але ви знаєте, захоплююча частина Юнони полягає в тому, що ми їдемо кудись, до кого ніхто ніколи не ходив. Ми будемо робити вимірювання, які ніколи не були зроблені. У нас є інструменти, які раніше ніколи не були створені, не кажучи вже про те, щоб потрапити в цю унікальну орбітальну геометрію, де можна зробити спеціальні вимірювання. Тому я думаю, що очікування того, що ми дізнаємось щось новеньке, що нас здивує, - це захоплююча частина.
Що ми насправді дізнаємось, що змінити наші уявлення про те, де ми прийшли форми і як ми потрапили сюди? Що насправді подобається Юпітеру? Про це так багато загадок, і це так важливо. Навіть сьогодні те, що ми дізналися про власну Сонячну систему, і те, що ми дізналися про інші сонячні системи, коли ми змогли почати бачити екзопланети, лише зробили Юпітера ще більш важливим для нас. Це дійсно є ключовим, і я думаю, що захоплююча частина полягає в тому, що ми нарешті збираємося розблокувати одну із дверей до цих секретів. Ми допомагаємо зробити шлях для майбутніх місій навчитися ще більше.
Інше, що мені здається захоплюючим - це навіть те, що я називаюся головним слідчим, і якщо ви запитаєте NASA, що це означає, і вони скажуть вам, що я відповідаю за все, справжня правда полягає в тому, що це не одна людина. Це величезна команда, яка зробила це. Це допомогло розробити це, що створило спосіб зробити це, зрозуміло обмеження, зрозуміло, як це може працювати, що розібралися в технологіях, необхідних для того, щоб це відбулося, і в основному було бачення створити це, і здатність його реалізувати і реалізувати це бачення. Я схвильований, що я є частиною цієї команди людей, яка це робить, і що ця команда насправді є лише частиною нашого суспільства і людства, і все це намагається з'ясувати. Такі речі, як те, як ми вписуємося в природу і як працює Всесвіт. Я просто радий бути частиною чогось, що намагається зробити щось подібне.
EG: Це дивовижно, і я повністю погоджуюся з вашими словами, і я думаю, що це захоплююче і для мене, і для читачів Space Magazine. Це величезна місія, і ми не можемо чекати, коли ми отримаємо певні результати. І якась картина. Це надзвичайно захоплююче
SB: Я також. [сміх]
EG: Дякую, що знайшов час, щоб сьогодні поговорити зі мною Скоттом. Сподіваємось, ми зможемо поговорити ще раз. Я знаю, що люди гостро зацікавлені в місії Juno.
SB: Ласкаво просимо. Гарного дня.
