Sonda espacial Juno
Organización | NASA / JPL |
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Constructor | Lockheed Martin |
Programa | Nuevas fronteras |
Campo | Estudio del planeta Júpiter |
Tipo de misión | Orbitador |
Estado | Operacional |
Lanzamiento | 5 de agosto de 2011( UTC ) |
Lanzacohetes | Atlas V 551 |
Inserción en órbita | 5 de julio de 2016( UTC ) |
Fin de la misión | Septiembre 2025 |
Identificador de COSPAR | 2011-040A |
Protección planetaria | Categoría II |
Sitio | Sitio web de la NASA |
Misa en el lanzamiento | 3.625 kilogramos |
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Propulsión | Propelentes líquidos |
Ergols | Hidrazina / Peróxido de nitrógeno |
Masa propulsora | 2.025 kilogramos |
Control de actitud | Spinne |
Fuente de energía | Paneles solares |
Energia electrica | 428 W (órbita de Júpiter) |
satélite de | Júpiter |
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Perigeo | 4.200 kilometros |
Apogeo | 8.1 × 10 6 kilometros |
Período | 53 días |
MWR | Radiómetro a microondas |
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REVISTA | Magnetómetros fluxgate |
JIRAM | Espectrómetro de imágenes |
JADE y JEDI | Analizadores de particulas |
ONDAS | Estudio de ondas de radio / plasma |
UVS | Espectrógrafo ultravioleta |
GS | Radiogravitación |
Juno es una misión espacial de la NASA que tiene como objetivo el estudio del planeta Júpiter . La estructura de este planeta gaseoso gigante y su modo de formación permanecen, en el lanzamiento de la misión, en gran parte desconocidos a pesar de varias misiones espaciales y observaciones astronómicas realizadas desde la Tierra . La sonda espacial , lanzada en 2011 , debe recopilar datos in situ sobre las capas internas de Júpiter, la composición de su atmósfera y las características de su magnetosfera . Estos elementos deberían permitir reconstituir la forma en que se formó Júpiter y corregir o afinar el escenario de formación de los planetas del Sistema Solar en el que Júpiter, por sugran masa , jugó un papel importante.
La sonda espacial Juno es lanzada por un cohete Atlas V en5 de agosto de 2011. Dos años después de su lanzamiento, Juno realiza un sobrevuelo a baja altitud de la Tierra que, mediante asistencia gravitacional , le proporciona la velocidad adicional necesaria para llegar a Júpiter. La fase científica de la misión comienza después de la órbita alrededor de Júpiter en5 de julio de 2016. Juno inicia sus observaciones, desde una órbita polar altamente elíptica con un período de 53 días que pasó la sonda a muy baja altitud sobre el polo del planeta , evitando gran parte de los cinturones de radiación muy intensos, susceptibles de dañarlo. La fase científica de la misión inicial incluye 36 sobrevuelos del planeta y está prevista para veinte meses. Un problema encontrado con la propulsión principal.octubre de 2016permite que la nave espacial pase a través de la órbita corta de 14 días objetivo. Para lograr el número deseado de sobrevuelos, la misión se extiende hasta 2021. En enero de 2021, la NASA decide extender la misión hasta septiembre de 2025.
Juno lleva ocho instrumentos científicos que incluyen dos espectrómetros , un radiómetro , un magnetómetro y un conjunto de instrumentos dedicados al estudio de los polos de Júpiter. Juno es la primera sonda espacial a un planeta exterior que utiliza paneles solares en lugar de generadores termoeléctricos de radioisótopos . La sonda espacial es la segunda misión del programa New Frontiers que reúne misiones para explorar el Sistema Solar que requieren un presupuesto medio. La misión se desarrolló. Dentro de la NASA, la gestión de la misión está a cargo del Laboratorio de Propulsión a Chorro, mientras que el componente científico está a cargo del Southwest Research Institute . La sonda espacial es fabricada por Lockheed Martin . El costo total de 1,1 mil millones de dólares .
Júpiter es el más grande de los planetas en el Sistema Solar , con una masa que es dos veces y media la de todos los demás planetas, y un diámetro que es más de once veces la de la Tierra (aproximadamente 138.000 kilómetros). Es uno de los planetas exteriores del Sistema Solar, como Saturno , Urano y Neptuno , y también es un planeta gaseoso gigante . Júpiter está compuesto principalmente de hidrógeno y helio , como el Sol, con posiblemente un núcleo central rocoso con una masa equivalente a diez veces la de la Tierra . El planeta gira sobre sí mismo en poco menos de 10 horas. Ubicado a 5.2 unidades astronómicas del Sol, orbita al Sol en 11.9 años terrestres. Júpiter emite más calor del que recibe del Sol. Este es generado por el mecanismo de Kelvin-Helmholtz : el enfriamiento del planeta hace que se contraiga lentamente, lo que a su vez genera un calentamiento localizado en su corazón. Este calor es transportado por convección a la superficie del planeta, y es sin duda el responsable de los complejos y violentos movimientos que agitan la atmósfera de Júpiter . Esta, con un espesor de 5.000 kilómetros, estaría formada por 3 capas: hasta 100 kilómetros de profundidad, nubes de hielo amoniacal , alrededor de 120 kilómetros, nubes de sulfuro de hidrógeno amónico y desde 150 kilómetros de profundidad, nubes de agua y hielo. A mayor profundidad, el hidrógeno, bajo una enorme presión, se convierte en hidrógeno metálico que conduce la electricidad como un metal. Los movimientos dentro de este líquido metálico están, sin duda, en el origen del intenso campo magnético del planeta, once veces mayor que el de la Tierra, y que atrapa electrones e iones , creando un cinturón de radiaciones especialmente potentes. La magnetosfera de Júpiter , es decir el área del espacio bajo la influencia del campo magnético se extiende hasta 3 millones de kilómetros en la dirección del Sol , y hasta mil millones de kilómetros en la dirección opuesta. El sistema joviano incluye 67 satélites naturales . Los cuatro principales, Io , Europa , Ganimedes y Calisto , se encuentran entre los satélites naturales más grandes del Sistema Solar, y tienen características notables: intensa actividad volcánica en el caso de Io, la supuesta presencia de océanos compuestos de agua líquida debajo del superficie para otros. Júpiter, por su masa, jugó un papel muy importante en el proceso de formación de los demás planetas del Sistema Solar, y por tanto de la Tierra, actuando en particular sobre sus órbitas y contribuyendo gradualmente a limpiar el Sistema Solar de cuerpos celestes. .los menores con probabilidad de golpearlos.
La exploración espacial de Júpiter comenzó tarde porque enviar una nave espacial a este planeta, ubicado a cinco unidades astronómicas del Sol, requiere el uso de un cohete poderoso: efectivamente es necesario acelerar una nave a una velocidad de 16 km / s de la Tierra. para que llegue al planeta, incluso si el uso de la asistencia gravitacional puede permitir reducir esta velocidad de inyección. Además, la exploración de los planetas exteriores, incluido Júpiter, no comenzó hasta 1973, mientras que los planetas interiores ya habían recibido la visita de decenas de sondas espaciales en ese momento . Varias naves espaciales volarán sobre Júpiter a partir de entonces, pero solo Galileo hará una estadía prolongada, después de ser puesta en órbita alrededor del planeta.
La primera sonda en acercarse a Júpiter es la Pioneer 10 , que pasa a una distancia de 130.000 kilómetros del planeta en3 de diciembre de 1973y descubre su cinturón de radiación. La Pioneer 11 a su vez sobrevoló Júpiter en 1974. A pesar de su muy simple instrumentación, las dos sondas revelan la complejidad de la atmósfera de Júpiter , proporcionan imágenes de muy alta calidad así como los primeros datos sobre la magnetosfera del planeta. Las sondas Voyager 1 y 2 , equipadas con mucha más instrumentación científica, hicieron su vuelo sobre el planeta en 1979. Descubrieron los anillos delgados que rodean a Júpiter, varias lunas nuevas, así como la actividad volcánica en la superficie de Ío. Ulises en 1992 estudia la magnetosfera de Júpiter. La sonda Galileo es la única nave espacial que ha gravitado alrededor de Júpiter. Llega a Júpiter enDiciembre de 1995, y luego comenzó una misión de exploración que duró 8 años. A pesar de una antena parabólica de gran ganancia defectuosa que afecta en gran medida la cantidad de datos que se pueden transmitir, Galileo logra transmitir información sobre todo el sistema joviano. Al inicio de su misión científica, Galileo lanza una pequeña sonda atmosférica que penetra en la atmósfera de Júpiter y proporciona la composición elemental de las capas superiores de la misma, antes de ser aplastada por la presión. Los datos recopilados ponen en tela de juicio algunas de las teorías aceptadas sobre el proceso de formación de los planetas del Sistema Solar . Endiciembre de 2000, la sonda Cassini , de camino a Saturno , sobrevuela Júpiter: toma imágenes del planeta en alta resolución y, en coordinación con la sonda Galileo , estudia su magnetosfera muy extensa, así como sus interacciones con el viento solar . La intensidad del cinturón de radiación se mide con mayor precisión y resulta ser mucho más alta de lo esperado. Esta información se utiliza para dimensionar las protecciones de la sonda Juno . Antes de Juno , la sonda New Horizons fue la última en sobrevolar Júpiter, el28 de febrero de 2007. La sonda observa rayos en los polos, la creación de nubes de amoníaco y estudia el movimiento de partículas cargadas en la cola magnética del planeta.
La sonda atmosférica lanzada por Galileo a la atmósfera de Júpiter ha registrado proporciones de elementos químicos que ponen en tela de juicio las hipótesis sobre la formación del planeta, y en consecuencia las teorías establecidas sobre los orígenes y evolución del Sistema Solar :
El principal objetivo de Juno es resolver este dilema mediante la recopilación de datos para reconstruir la historia de la formación de Júpiter y su evolución. Dado el papel central del planeta gigante en la formación del Sistema Solar , la información recopilada debería permitir afinar las teorías en este campo y, de manera más general, comprender mejor el origen de los sistemas planetarios descubiertos alrededor de otras estrellas. En el momento del lanzamiento de la sonda, Júpiter sigue siendo un planeta poco conocido, a pesar de los datos recopilados a través de observaciones realizadas desde la Tierra por los astrónomos , y aunque varias sondas espaciales precedieron a Juno (Figura 1). Juno , colocado en una órbita elíptica alrededor de Júpiter, debería permitir realizar observaciones para aclarar los siguientes puntos:
La sonda debe buscar información sobre varios temas importantes.
La composición de la atmósfera proporciona pistas sobre la génesis de Júpiter y puede ayudar a determinar si los planetas pueden haber cambiado de órbita durante su proceso de formación. Juno deberá sondear la atmósfera hasta las capas sometidas a una presión de 100 bares mediante transmisores de microondas que permitirán trazar un mapa tridimensional de la abundancia de amoniaco y agua.
Juno estudiará las variaciones que se producen en las capas profundas de la atmósfera de Júpiter y su impacto en la meteorología , las temperaturas, la composición de las nubes, la opacidad de las nubes y la dinámica atmosférica. Gracias a la representación tridimensional que proporciona la instrumentación, los datos recopilados quizás permitan definir si la dinámica atmosférica se extiende a las capas donde la presión alcanza los doscientos bares o si se trata solo de los estratos superficiales hasta una presión de seis barras.
La sonda espacial debe dibujar un mapa detallado del campo magnético ubicado dentro del planeta y en el espacio circundante, así como sus variaciones. Estos datos proporcionarán a cambio información sobre su estructura interna y sobre los mecanismos dinamo que generan este campo.
Juno debe dibujar un mapa tridimensional de la magnetosfera de Júpiter al nivel de los polos y auroras , los más poderosos del Sistema Solar, que son creados por partículas cargadas, capturadas por el campo magnético. Los instrumentos instalados en la sonda deben permitir simultáneamente obtener las características de las partículas cargadas y los campos magnéticos cercanos a los polos, mientras se observan las auroras en el ultravioleta. Estas observaciones también deberían mejorar nuestra comprensión de estos fenómenos y los generados por objetos con campos magnéticos similares, como las estrellas jóvenes con su propio sistema planetario.
Al estudiar las variaciones en el campo de gravedad de Júpiter, la sonda Juno proporcionará información sobre la distribución de masas dentro del planeta, el impacto en el planeta del desplazamiento de su atmósfera y el movimiento de las mareas generado por sus lunas .
Para poder recolectar los datos científicos necesarios para lograr sus objetivos, Juno debe pasar lo más cerca posible de Júpiter; de hecho, sólo a una corta distancia del planeta puede utilizar sus instrumentos y, en particular, realizar mediciones in situ de la aurora (diagrama 5). Pero al acercarse tanto a Júpiter, cruza el cinturón de radiación creado por el campo magnético del planeta gigante que toma la forma de un toro que rodea a Júpiter al nivel del ecuador . Su intensidad excepcional puede provocar un mal funcionamiento de los dispositivos electrónicos que equipan la sonda espacial. Para limitar el daño, Juno se coloca en una órbita cuya excentricidad , el argumento periastral así como la baja altitud en el periastrón le permiten evitar en gran medida el cinturón de radiación: Juno se desliza debajo de él cuando la sonda pasa por Júpiter, y pasa fuera del cinturón a medida que se aleja de Júpiter (figura 6). En esta órbita polar , cuya inclinación es de 90 grados, la sonda se sumerge a medida que Júpiter se acerca, prácticamente en vertical hacia su Polo Norte, sobrevuela la capa de nubes a muy baja altitud (entre 4.200 y 5.200 kilómetros) desde Júpiter hasta el Polo Sur, luego se aleja. desde Júpiter, inicialmente en la extensión de este polo, para llegar a su apogeo ubicado a 39 rayos jovianos del planeta (unos 2,8 millones de kilómetros), aproximadamente en el plano del ecuador. Durante su misión científica, que durará un año, la sonda viajará 32 veces esta órbita. Esto se deforma gradualmente con el tiempo, debido a la forma ligeramente aplanada de Júpiter. La línea de los ábsides se inclina gradualmente y el tiempo de permanencia de la sonda en el cinturón de radiación se alarga con cada órbita (diagrama 6): una cuarta parte de la dosis total de radiación ionizante que recibe la sonda durante su misión se recibe así durante la última cuatro órbitas alrededor de Júpiter. La electrónica de la sonda se enfrenta a un riesgo creciente de falla, y la misión se detiene voluntariamente en este punto, antes de que Juno se salga de control. Durante su 36 ª órbita a mediados de noviembre, la propulsión de la sonda se volvió una última vez para reducir la velocidad, la disminución de la altura de su órbita a periapsis cuando vuela a baja altura Júpiter. Unos días después, Juno entra en la atmósfera de Júpiter, donde es destruida por la presión y la temperatura.
Figura 4: La sonda utiliza dos tipos de orientación según las órbitas para recopilar datos científicos.
Figura 5: Juno cruza la aurora polar de Júpiter.
Durante cada órbita de 11 días, la fase de recopilación de datos científicos, que tiene lugar durante el vuelo de cerca sobre el planeta, dura seis horas. Los datos recopilados se transmiten durante los diez días posteriores al paso cerca de Júpiter: se planean seis turnos dedicados a las telecomunicaciones, que durarán unas pocas horas, para transmitir de dos a tres gigabits de datos científicos desde cada órbita. A lo largo de su órbita, los paneles solares y la antena de gran ganancia se enfrentan tanto a la Tierra como al Sol, muy cerca uno del otro visto desde Júpiter.
Las dos primeras órbitas están destinadas a perfeccionar la trayectoria de la sonda espacial y prepararse para la siguiente fase. La sonda utilizará sucesivamente dos tipos de orientación para cumplir con las limitaciones incompatibles de dos de sus instrumentos (diagrama 4). Durante las órbitas 1, 3, 4, 5 y 6, la sonda usa el radiómetro de microondas para sondear la atmósfera, lo que requiere que las antenas a los lados de la sonda estén paralelas a la superficie de Júpiter. Con esta orientación, la antena parabólica ya no apunta hacia la Tierra, y se desactiva la medición de la gravedad de Júpiter, que utiliza los intercambios de radio entre la Tierra y la sonda (experimento de radiogravedad). Para el resto de órbitas, la sonda está orientada de forma que mantenga la antena principal apuntada hacia la Tierra, lo que permite realizar medidas de radiogravedad, mientras que el radiómetro y la cámara de infrarrojos JIRAM están desactivados. Todos los demás instrumentos funcionan durante ambas fases. La órbita también se calcula para que la sonda escanee en cada pasada una longitud situada exactamente a 24 grados de la anterior, para trazar un mapa preciso del campo magnético . La trayectoria de la sonda se ajusta mediante una maniobra en el comienzo de la 16 ª órbita para el desplazamiento de 12 grados de longitud, lo que permite obtener al final de la declaración de la misión de un campo magnético cada 12 grados. La 32 ª órbita está reservado para medidas adicionales, en caso de que fuera necesario. Una vez completado esto, la sonda utiliza sus motores para dejar su órbita y sumergirse en el interior de Júpiter: así es destruida para evitar cualquier riesgo de contaminación posterior de las lunas de Júpiter por microorganismos que podrían haber sido llevados por la sonda.
Juno es una sonda espacial con una masa de 3.625 kilogramos, de los cuales 2.025 son propulsores utilizados principalmente para correcciones de trayectoria e inserción en órbita alrededor de Júpiter y alrededor de 170 kilogramos de carga útil distribuidos entre ocho instrumentos científicos. La sonda se estabiliza mediante rotación (girada) y los instrumentos se fijan. Los componentes más sensibles se colocan en un compartimento blindado para protegerlos cuando la órbita de la sonda alrededor de Júpiter corta el cinturón de radiación. La energía es suministrada por paneles solares que reemplazan a los generadores de radioisótopos termoeléctricos (RTG) que normalmente se utilizan para las sondas con destino a los planetas exteriores. Comparado con Galileo , el único orbitador que lo ha precedido, Juno es una máquina menos costosa pero mucho menos sofisticada; Galileo , con una masa de 2,8 toneladas, transportaba dieciséis instrumentos científicos, algunos montados sobre una plataforma estabilizada y otros sobre una sonda atmosférica que, tras separarse de la nave principal, se hundió en la atmósfera de Júpiter para analizarla.
Juno está compuesto por un cuerpo central formado por una caja de forma hexagonal enmarcada por un puente superior y un puente inferior. La caja contiene los seis tanques de combustible de forma esférica y el propulsor principal. Este último se abre en el centro del puente inferior en el medio del adaptador que asegura la sonda a su lanzador . Los tabiques están hechos de material compuesto de carbono sobre una estructura de panal . La cubierta superior está coronada por un compartimento blindado cúbico de tamaño mucho más pequeño (1 metro de lado) en el que se encierran los componentes electrónicos sensibles a la radiación. Las columnas verticales ubicadas en las cubiertas inferior y superior sirven como soporte para los trenes de potencia responsables del control de orientación . El conjunto tiene 3,5 metros de altura y 3,5 metros de diámetro. Los paneles solares se agrupan en tres alas plegables que se articulan sobre el cuerpo central. Una vez desplegados, ofrecen una luz de 20 metros a la sonda. El gabinete blindado está coronado por una antena parabólica de gran ganancia de 2,5 metros de diámetro que proporciona comunicaciones de alta velocidad con estaciones en la Tierra. Para poder comunicarse en todas las configuraciones de vuelo, la sonda también tiene en el piso superior una antena de ganancia media y una antena de baja ganancia y en el piso inferior una antena toroidal de baja ganancia. La ubicación de los sensores de los instrumentos científicos, que son todos fijos, cumple con varias limitaciones. Están dispuestos para poder realizar observaciones en condiciones óptimas teniendo en cuenta la orientación de la sonda y su eje de rotación. Cinco de los instrumentos están ubicados alrededor del perímetro del piso superior o del piso inferior. Las antenas WAVES largas están unidas a la plataforma inferior. Los sensores del magnetómetro se colocan en el extremo de una de las alas para que las mediciones no sean perturbadas por la electrónica, mientras que las antenas planas del radiómetro ocupan dos de los seis lados del cuerpo central de la sonda. Su tamaño es una de las limitaciones importantes que hubo que tener en cuenta en el dimensionamiento de la sonda. La mayor parte de la electrónica que permite el funcionamiento de los instrumentos científicos está confinada en el compartimento blindado donde se encuentran las computadoras y las unidades de inercia.
La sonda Juno cuenta con varias antenas para comunicarse con las estaciones receptoras en la Tierra en las diferentes orientaciones adoptadas durante la misión.
El intercambio de datos se realiza principalmente a través de la antena parabólica de gran ganancia (HGA) de 2,5 metros de diámetro, que tiene el mayor rendimiento. Éste no es orientable y su eje está alineado con la normal a los paneles solares. La antena principal transmite todos los datos científicos recopilados, pero también juega un papel científico importante: se utiliza para el experimento de radiogravedad que debería permitir proporcionar información sobre la estructura del planeta. L'antenne moyen gain (MGA) tournée vers l'avant comme l'antenne grand gain nécessite un pointage vers la Terre moins fin que celle-ci et peut être utilisée lorsque l'antenne principale ne peut pas être orientée avec suffisamment de précision vers la tierra ; este es particularmente el caso durante parte del tránsito entre la Tierra y Júpiter cuando la orientación de los paneles solares hacia el Sol es privilegiada en comparación con la orientación de la antena principal. Las dos antenas de baja ganancia (LGA), una orientada hacia adelante y la otra hacia atrás, requieren una orientación muy aproximada pero, por otro lado, tienen un flujo muy bajo. Estas antenas se utilizan cuando la sonda entra en modo seguro para que se pueda establecer un enlace mínimo con los equipos en la Tierra. La antena toroidal de baja ganancia (TLGA) mira hacia atrás y emite una señal que cubre los puntos ciegos de las antenas de baja ganancia a los lados de la sonda. Desempeña un papel crucial durante las maniobras de inserción y corrección de trayectoria en órbita alrededor de Júpiter. La sonda usa las bandas Ka y X para comunicarse con la Tierra . El flujo descendente (desde la sonda a la Tierra) es de 40 kilobits por segundo durante parte del tránsito y de 18 kilobits por segundo durante la fase científica de la misión. La velocidad de subida es como máximo de 2 kilobits por segundo. Las antenas de 70 metros de diámetro de la Deep Space Network se utilizan ocasionalmente durante maniobras críticas, pero la mayoría de los datos pasan por las antenas de 34 metros. El volumen de datos a transferir es de aproximadamente 2,3 gigabits en cada órbita.
Juno se estabiliza mediante rotación (gira) alrededor de su eje vertical que apunta constantemente hacia el Sol. Esta solución se prefirió a la estabilización de 3 ejes (orientación fija) por dos motivos: por un lado, permite reducir el consumo de energía eléctrica escasa al eliminar la necesidad de ruedas de reacción para controlar la orientación; por otro lado, simplifica el uso de instrumentos de medición de campo ( magnetómetro , WAVES ) y partículas ( JADE , JEDI ) que pueden realizar sus observaciones en todas las direcciones. Los instrumentos de observación remota como el radiómetro o los espectrómetros UVS y JIRAM son impulsados por el movimiento de la sonda, a diferencia de lo que se utilizó para la sonda Galileo . Las desventajas de estos instrumentos se consideraron menores. La velocidad de rotación de la sonda toma varios valores: 1 revolución por minuto durante el tránsito entre la Tierra y Júpiter, 5 revoluciones por minuto durante las maniobras de corrección de trayectoria, 2 revoluciones por minuto cuando los instrumentos científicos están operando cerca de Júpiter. Los instrumentos científicos se colocan en la periferia del cuerpo de la sonda para barrer el planeta con cada rotación. Durante el sobrevuelo cercano de Júpiter, es necesario conocer la posición precisa de la sonda, para la precisión de las lecturas. Algunos de los buscadores de estrellas se han desarrollado específicamente para funcionar a pesar de la rotación de la sonda mientras resisten la radiación de alta energía que sufre la sonda durante parte de su trayectoria.
La computadora utiliza un microprocesador rad750 que tiene una memoria masiva de 250 megabytes con formato flash y 128 megabytes de RAM tipo DDR. En teoría, puede procesar hasta cien millones de bits por segundo de datos científicos. Una señal enviada desde la Tierra tarda 45 minutos en llegar a Juno . En consecuencia, el software que controla el funcionamiento de la sonda está diseñado para que pueda encadenar las operaciones de forma completamente independiente. El software que controla los instrumentos científicos está completamente separado del software de la plataforma para evitar cualquier riesgo de corrupción de uno por otro. Este software se puede actualizar descargándolo de la Tierra.
El planeta Júpiter está cinco veces más lejos que la Tierra del Sol, y la sonda Juno recibe, cuando orbita Júpiter, del 2 al 3% de la energía solar disponible en la órbita terrestre. Por esta razón, las sondas lanzadas hacia Júpiter y más allá han recurrido hasta ahora al suministro de energía a generadores termoeléctricos de radioisótopos (RTG) que, a diferencia de los paneles solares , no dependen de la iluminación. Juno es la primera sonda lanzada a un planeta exterior que utiliza paneles solares. La NASA da varias razones: la implementación de RTG es compleja y costosa; teniendo en cuenta el perfil de su órbita, los requisitos eléctricos solo son significativos durante seis horas por período de once días (duración de una órbita); Los avances tecnológicos en el campo de las células fotovoltaicas han permitido una ganancia de potencia del 50% en veinte años y los paneles solares son más resistentes a la radiación. Al usar energía solar, la NASA también está evitando las protestas por el lanzamiento de RTG que contienen plutonio que podrían volver a la Tierra si el lanzamiento falla. Sin embargo, la NASA ha planeado varios otros proyectos utilizando RTG.
Para satisfacer las necesidades generadas por los instrumentos científicos, las telecomunicaciones y el mantenimiento de la sonda operativa en el ambiente frío de Júpiter, Juno dispone de 45 m 2 de células solares (superficie total del panel de 60 m 2 ). Estos se distribuyen en tres alas de 8,86 metros de largo, cada una formada por un pequeño panel ( 2,02 × 2,36 metros) y tres paneles más grandes ( 2,64 × 2,64 metros) articulados entre ellos. En una de las alas, el panel final se reemplaza por el soporte del magnetómetro, por lo que se coloca a una distancia de la electrónica que podría haber falsificado las mediciones. Los paneles se despliegan una vez que la sonda se coloca en órbita. La energía teórica suministrada es de 15.000 vatios en la órbita de la Tierra y 428 vatios cuando la sonda está en órbita alrededor de Júpiter. La trayectoria y orientación de la sonda se eligen de modo que los paneles solares estén iluminados permanentemente con una incidencia perpendicular de los rayos solares. El único período de eclipse ocurre durante el vuelo sobre la Tierra durante el cual el Sol está enmascarado durante diez minutos. Dos baterías de iones de litio de 55 amperios-hora utilizadas para almacenar energía. El ángulo de las alas con el cuerpo central de la sonda se ajusta mediante un brazo articulado que permite cambiarlo ligeramente para compensar el desplazamiento del centro de masa de la sonda después de cada uso del motor principal.
Juno , durante su estancia cerca de Júpiter, atraviesa en cada órbita el cinturón de radiación en forma de toro que rodea a Júpiter al nivel del ecuador . La radiación ionizante presente en estas regiones se debe al atrapamiento y aceleración de partículas por el campo magnético particularmente fuerte del planeta. Los paneles solares, los más expuestos, estarán sujetos a 100 millones de rads durante la duración de la misión (aproximadamente un año terrestre). Estas radiaciones afectan el funcionamiento de la electrónica. El efecto puede ser temporal: por ejemplo una unidad elemental de la memoria cambia de estado (un bit pasa de 0 a 1) lo que puede tener graves consecuencias cuando esta modificación afecta la instrucción de un programa. También puede haber una degradación permanente de los componentes por la generación de pares de electrones y huecos en las capas aislantes, creando corrientes parásitas que perturban o ya no permiten el funcionamiento del componente. El rendimiento de los paneles solares o la calidad de los elementos ópticos también se ven afectados. Para tener en cuenta estos efectos, la sonda está diseñada para gravitar en una trayectoria específica con una corta duración en la zona de radiación intensa.
Para reducir los impactos dañinos del cinturón de radiación de Júpiter, las sondas que precedieron a Juno se mantuvieron alejadas de él o solo hicieron estancias cortas allí. La misión adjunta a la sonda Juno la obliga a sufrir exposiciones mucho más prolongadas. Para limitar los costos, los diseñadores de Juno han optado por utilizar equipos electrónicos ya disponibles que no se han endurecido, lo que les permite resistir el entorno particularmente hostil de esta misión. Para protegerlos de la radiación intensa, el equipo más sensible está encerrado en una caja fuerte blindada cúbica de casi un metro de lado. Cada una de las seis paredes de este compartimento consta de una placa de titanio de aproximadamente 1 centímetro de espesor y una masa de 18 kilogramos que debe detener parte de la radiación. El equipo dentro de la armadura no debería recibir más de 25.000 rads durante la misión. El equipo ubicado fuera de la caja fuerte blindada tiene protección local que depende de su sensibilidad a la radiación.
La sonda sufre importantes variaciones térmicas durante su misión, con una trayectoria que se aproxima a las 0,8 unidades astronómicas (AU) del Sol, y se ubica a unas cinco AU durante su estancia cerca de Júpiter. Para proteger los componentes sensibles de la sonda frente a las temperaturas extremas encontradas, Juno utiliza una combinación de medios pasivos (capas de aislamiento, pinturas) y medios activos (resistencias, aberturas de tamaño variable). Cuando la sonda está relativamente cerca del Sol, la antena parabólica se interpone entre este último y el compartimento blindado que contiene la electrónica sensible.
La propulsión principal la proporciona un motor cohete biergol con 645 newtons de empuje y 317 segundos de impulso específico que consume una mezcla hipergólica de hidracina y peróxido de nitrógeno . Este propulsor tipo Leros-1b está reservado para las correcciones del rumbo principal y es responsable de insertar a Juno en órbita alrededor de Júpiter. La sonda también tiene cuatro grupos de pequeños motores de cohete monopropelente que consumen hidracina ( módulo de motor de cohete o REM), cada uno de los cuales consta de dos propulsores para realizar un empuje transversal y un propulsor para efectuar un empuje axial. Dos REM se colocan en el piso superior y dos en el piso inferior. Los REM son capaces de garantizar todas las correcciones orbitales y de orientación posteriores a la inserción de Juno en su órbita final.
Juno lleva ocho juegos de instrumentos que comprenden un total de 29 sensores, así como la cámara ( JunoCam ). Estos instrumentos incluyen un radiómetro de microondas (MWR) destinado a sondear las capas profundas de la atmósfera del planeta, un magnetómetro (MAG) responsable de medir el campo magnético interno y externo y un experimento de medición de la gravedad mediante ondas. Radio (GS, Gravity Science ), para establecer la estructura interna de Júpiter. Finalmente, cinco instrumentos están más específicamente dedicados al estudio de la magnetosfera y las auroras polares: un espectrómetro infrarrojo (JIRAM), un espectrómetro ultravioleta (UVS), un detector de ondas de plasma y radio (WAVES) y los dos detectores de partículas energéticas JEDI y JADE. .
Para limitar los riesgos y costos, todos los instrumentos son suministrados por equipos que pueden confiar en dispositivos a bordo de una de las siguientes sondas: New Horizons , Mars Global Surveyor , Cassini o Galileo . Pero la misión de Juno es exigente en términos de rendimiento y condiciones encontradas, lo que a menudo ha requerido actualizar los instrumentos existentes. Así, el magnetómetro debe poder medir un campo magnético de 16 gauss , es decir dos órdenes de magnitud por encima de los instrumentos desarrollados anteriormente; todos los instrumentos tienen que hacer frente a las desviaciones de temperatura relacionadas con la trayectoria de la sonda, que se encuentra poco después de su lanzamiento a 0,8 unidades astronómicas (AU) del Sol, y durante la fase de estudio científico a unas 5 UA.
El radiómetro de microondas (MWR) tiene 6 antenas montadas en dos de los lados del cuerpo hexagonal de la sonda. Estos permiten medir ondas electromagnéticas emitidas en tantas frecuencias, todas ubicadas en el rango de microondas: 600 MHz , 1,2 GHz , 2,4 GHz , 4,8 GHz , 9,6 GHz y 22 GHz . De hecho, las nubes en las capas profundas de la atmósfera joviana emiten en todas las frecuencias de radio, pero solo las frecuencias de microondas logran atravesar un gran espesor de la atmósfera. El radiómetro debería permitir medir la abundancia de agua, así como la de amoniaco , en las capas profundas de la atmósfera, hasta 200 bares de presión, o 500 a 600 kilómetros de profundidad (el estudio anterior realizado por el Galileo sonda explorada hasta 22 bares). La combinación de las diferentes longitudes de onda y el ángulo de emisión debería permitir obtener un perfil de temperatura en diferentes etapas de la atmósfera (diagrama 8). Los datos recopilados permitirán determinar la profundidad de la circulación atmosférica .
El magnetómetro (MAG), desarrollado por el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA , es capaz de indicar la dirección y la fuerza del campo utilizando dos sensores vectoriales (FGM, Magnetómetro Flux Gate ) para medir el vector del campo magnético y un tercer sensor escalar ( SHM, Magnetómetro Escalar de Helio ) para evaluar la intensidad del mismo. Los magnetómetros están montados al final de una de las tres alas que sostienen los paneles solares . Cada sensor está asociado a un buscador de estrellas desarrollado por un equipo danés que permite conocer con precisión la orientación del sensor. El magnetómetro debe permitir trazar un mapa con gran precisión de los campos magnéticos que se extienden fuera y dentro del planeta.
El experimento para medir la gravedad por ondas de radio ( Gravity Science , GS) debería permitir dibujar un mapa de la distribución de masas dentro de Júpiter. La distribución no homogénea de masa dentro de Júpiter induce pequeñas variaciones en la gravedad a lo largo de la órbita seguida por la sonda cuando abraza la superficie del planeta lo más cerca posible. Estas variaciones de la gravedad a su vez provocan pequeños cambios en la velocidad de la sonda. El experimento de radiogravedad consiste en detectar este último midiendo el efecto Doppler sobre las emisiones de radio emitidas por Juno hacia la Tierra en banda Ka y banda X , rango de frecuencias que permiten realizar el estudio con menor perturbación. viento o la ionosfera de la tierra.
Los detectores de partículas energéticas JADE ( Experimento de distribuciones de auroras jovianas ) miden la distribución angular, la energía y el vector de velocidad de iones y electrones de baja energía (iones entre 13 eV y 20 keV , electrones entre 200 eV y 40 keV ) presentes en las luces polares, como así como la masa de estos iones. Incluye un espectrómetro de masas para iones y 3 analizadores de electrones. Tanto en JADE como en JEDI (el siguiente instrumento), los 3 analizadores de electrones están instalados en tres lados de la placa superior, lo que permite una frecuencia de medición tres veces mayor.
Los detectores de partículas energéticas Jupiter Energetic Particle Detector Instrument (JEDI) miden la distribución angular y el vector de velocidad de iones y electrones de alta energía (iones entre 20 keV y 1000 keV , electrones entre 40 keV y 500 keV ) presentes en las auroras polares. JEDI incluye tres sensores idénticos asignados al estudio de iones, incluidos hidrógeno , helio , oxígeno y azufre .
La Antena Dipolo (WAVES) mide ondas de radio y ondas de plasma que se propagan a través de la magnetosfera de Júpiter para estudiar las interacciones entre el campo magnético, la atmósfera y la magnetosfera. El sensor WAVES es una antena en forma de V de cuatro metros de largo, una rama de la cual mide el componente eléctrico de las ondas mientras que la otra mide las fluctuaciones magnéticas.
El UVS ( UV espectrógrafo ) ultravioleta espectrómetro toma imágenes de las auroras de Júpiter en el ultravioleta (78-205 nanómetros) con una resolución espectral de menos de tres nanómetros y una resolución espacial de menos de 500 kilómetros. En combinación con los datos de los instrumentos JADE y JEDI, estas imágenes deberían ayudar a comprender la relación entre las auroras, los flujos de partículas que las crean y toda la magnetosfera. Las imágenes obtenidas cuando la sonda pasa directamente sobre las zonas polares deberían ser de una calidad mucho mejor que las existentes, proporcionadas por el Telescopio Espacial Hubble .
El espectrómetro de imágenes JIRAM ( Jupiter Infrared Aural Mapper ) que opera en el infrarrojo cercano (entre 2 y 5 micrones ) realiza sondeos en las capas superiores de la atmósfera a una profundidad de entre 50 y 70 kilómetros, donde la presión alcanza los cinco a siete bares . En particular, JIRAM debe proporcionar imágenes de auroras en la longitud de onda de 3,4 micrones, en regiones donde los iones H 3 + son abundantes . El instrumento también debe traer datos sobre las zonas desprovistas de nubes, que a veces se crean en la atmósfera de Júpiter (los puntos calientes ), que constituyen ventanas en las capas internas de la atmósfera. Al medir el calor irradiado por la atmósfera de Júpiter, JIRAM puede determinar cómo las nubes cargadas de agua se mueven debajo de la superficie. Ciertos gases, en particular metano , vapor de agua, amoníaco y fosfina , absorben ciertas longitudes de onda en el espectro infrarrojo. La ausencia de estas longitudes de onda en los espectros registrados por JIRAM es una forma de detectar la presencia de estos gases. JIRAM es una ventaja añadida a la carga útil después de la selección de la misión: este instrumento no era necesario para cumplir con los requisitos de resistencia a la radiación. Este instrumento es proporcionado por el Instituto Nacional de Astrofísica de Italia .
La sonda también lleva una cámara a color ( JunoCam ) que funciona en luz visible (400-900 nanómetros), lo que no cumple ningún objetivo científico. Debe proporcionar las primeras imágenes de los polos de Júpiter con una resolución de 1 píxel durante 15 kilómetros. JunoCam tiene una óptica de gran angular con un ángulo de visión de 58 grados. JunoCam se desarrolló a partir de la cámara de descenso el martes de la sonda de Marte Mars Science Laboratory lanzada a fines de 2011. Su armadura, más delgada que la de otros instrumentos, está diseñada para resistir la radiación durante al menos siete órbitas.
Componente | Masa (kilogramo) |
Consumo de energía (vatios) |
---|---|---|
Magnetómetro FGM | 15.25 | 12,5 / 12,5 |
Magnetómetro SHM | 9.08 | 6.5 / 6.5 |
Instrumento de ondas de radio y plasma WAVES | 10,87 | 9,6 / 9,6 |
Detector de partículas JADE | 27,52 | 17,3 / 17,3 |
Detector de partículas JEDI | 21,6 | 9,7 / 9,7 |
Radiómetro de microondas MWR | 42.13 | 32,6 / 0 |
Espectrógrafo ultravioleta UVS | 13,65 | 11,8 / 11,8 |
Cámara infrarroja JIRAM | 13,1 | 18,4 / 0 |
Cámara de luz visible JunoCam | 1 | 6/6 |
Carga útil total | 173,7 | 124 / 73,4 |
Secado masivo | 1,593 | - |
Combustible | 2.032 | - |
Investigacion | 3.625 | - |
|
En 2003, la investigación del Consejo Nacional de los EE. UU. Publicó el Decadal Survey 2003-2013 Planetary Sciences ( Planetary Science Decadal Survey ). Como en sus versiones anteriores, este documento hace un balance de las cuestiones más importantes relacionadas con las ciencias planetarias y propone una estrategia de exploración espacial y astronómica, para la próxima década, coherente con estas cuestiones. El informe de 2003, titulado 2003-2013, Nuevas fronteras en el sistema solar , identifica doce líneas de investigación y define siete misiones espaciales (excluidas las dedicadas al planeta Marte ) que se lanzarán como una prioridad. Además de una misión pesada a la luna de Júpiter, Europa , y la extensión de la misión de la sonda Cassini , hay cinco misiones de clase media, es decir de un costo incluido en el tiempo entre 325 y 650 millones de dólares estadounidenses: Estos son la exploración de Plutón y el cinturón de Kuiper (misión New Horizons ), una misión de retorno de muestra desde el polo sur de la Luna ( Polo Sur Lunar - Retorno de muestra de la cuenca de Aitken ), un orbitador colocado en una órbita polar alrededor de Júpiter, que lleva tres sondas atmosféricas ( Jupiter Polar Orbiter with Probe, que se convertirá en Juno ), una misión de estudio in situ de Venus ( Venus In-Situ Explorer ) y una misión de retorno de muestra de un cometa ( Comet Surface Sample Return ).
Una de las consecuencias de este estudio es la creación por parte de la NASA de una nueva clase de misiones espaciales interplanetarias: el programa New Frontiers reúne proyectos de exploración del sistema solar que requieren un presupuesto mediano, con un costo tope de 900 millones de dólares excluyendo el lanzamiento ( en 2011). Este tipo de misión se inserta entre las misiones del programa Flagship , con un presupuesto sin tope, pero raro (una por década), como Mars Science Laboratory ($ 2.500 millones) y las misiones del programa Discovery , como MESSENGER , de cuyo costo no debe exceder los $ 450 millones, pero la tasa de lanzamiento es relativamente cercana (seis misiones para la década de 2000). La primera misión del programa New Frontiers es New Horizons . Juno es la segunda misión; se selecciona entre otras siete propuestas sobre1 st de junio de de 2005, tras una convocatoria de candidatos lanzada por la NASA en Febrero de 2004. La sonda se llama Juno , Juno en francés, diosa y esposa del maestro de los dioses Júpiter en la mitología romana , porque su misión es en particular revelar lo que Júpiter esconde detrás de sus nubes, como uno de los hechos conocidos atribuidos al personaje mitológico. .
La responsabilidad de cada proyecto del programa Nuevas Fronteras se confía en principio a una personalidad del mundo académico o investigador que, en particular, selecciona a los distintos participantes y es responsable del presupuesto. Para Juno, este investigador principal (PI) es Scott Bolton del Southwest Research Institute . La gestión de la misión está a cargo del Laboratorio de Propulsión a Chorro , un centro de la NASA al que se confían la mayoría de las misiones interplanetarias y que también suministra el radiómetro MWR y el sistema de telecomunicaciones. El fabricante aeroespacial Lockheed Martin es seleccionado para diseñar y fabricar la sonda.
En el momento de su selección, se esperaba que Juno se lanzara en 2009, pero durante el año siguiente, el plazo se retrasa 1 y 2 años. Este período sirve para afinar el escenario de la misión: se suma la órbita previa de 78 días alrededor de Júpiter, porque permite ganar masa, preparar la fase científica, y da la oportunidad de observar desde un ángulo diferente su magnetosfera . La velocidad de rotación de la sonda, durante su estancia cerca de Júpiter, es fijada, tras un estudio en profundidad de las ventajas y desventajas, por los equipos científicos interesados y los ingenieros.
Después de una fase de diseño de casi 3 años, el proyecto pasa con éxito la revisión de diseño preliminar (PDR) y entra en la fase de implementación el 1 st de septiembre de 2008. Durante el siguiente desarrollo, se realizan cambios notables en el diseño inicial. Los resultados de las simulaciones de los efectos de la radiación sobre la electrónica encerrada en el compartimento blindado permiten optimizar el espesor de las paredes del mismo. Su masa se reduce de 180 a 157 kilogramos . Además, el tantalio , portado por una estructura alveolar , elegido inicialmente para estas paredes, se sustituye por el titanio , más fácil de mecanizar y modificar, para tener en cuenta los cambios de última hora. Después de perfeccionar el modelado del ciclo de envejecimiento de las células fotoeléctricas utilizadas por Juno, y teniendo en cuenta el margen de potencia considerado esencial, el equipo del proyecto decidió aumentar la superficie de los paneles solares de 50 a 60 m 2 . Enoctubre de 2007, el lanzador Atlas V se selecciona por un costo de lanzamiento de $ 190 millones. El montaje de Juno comienza el1 st de abril de 2010, en las instalaciones de Lockheed Martin en Denver .
El cohete elegido para el lanzamiento de Juno es un Atlas V 551. Esta es la versión más potente de este lanzador : tiene cinco propulsores de refuerzo , que junto con la primera etapa proporcionan un empuje de 985 toneladas en el despegue, para una masa total. con una carga útil de 574 toneladas. La sonda espacial y la segunda etapa están rodeadas por un carenado aerodinámico de 5 metros de diámetro que se libera tan pronto como han pasado las capas más densas de la atmósfera. La ventana de lanzamiento , que dura aproximadamente una hora cada día, va de 5 a26 de agosto. La fecha de lanzamiento determina la de la sonda Mars Science Laboratory , que debe utilizar la misma plataforma de lanzamiento para una órbita entre finales de noviembre y diciembre. La sonda Juno se lanza en5 de agosto de 2011, a las 4:25 p.m. UTC, desde la base de Cabo Cañaveral . La sonda espacial lleva una copia de la carta del científico italiano Galileo Galileo que describe su descubrimiento de las lunas jovianas, proporcionada por la Agencia Espacial Italiana .
El cohete coloca la sonda espacial en una órbita elíptica, cuyo afelio se encuentra fuera de la órbita del planeta Marte . Mientras Juno ha completado la mitad de su órbita, dos maniobras ( Deep Space Maniobra o DSM), destinadas a modificar su trayectoria, se llevan a cabo con unos días de diferencia, alrededor de 28-30 de septiembre de 2012 : el propulsor principal se enciende dos veces durante 33 minutos, lo que cambia su velocidad en más de 800 m / s . Su nueva órbita le permite arrasar la Tierra a baja altitud (800 kilómetros), unos dos años después de su lanzamiento, el9 de octubre de 2013 ; la asistencia de gravedad de la Tierra acelera la sonda 7,3 km / s , lo que la coloca en una órbita de transferencia que le permite llegar a Júpiter.
El tránsito a Júpiter dura más de dos años y medio. La propulsión principal se utiliza unas diez veces, antes y después de volar sobre la Tierra, para hacer pequeñas correcciones de rumbo. Seis meses antes de la llegada, alrededorenero 2016, se comprueba el funcionamiento de los instrumentos y se calibran. Las primeras observaciones científicas sobre el campo magnético y las partículas se realizan cuando se alcanza la interfaz entre el viento solar y la magnetosfera de Júpiter, la24 de junio de 2016, o algún tiempo antes de la llegada cerca de Júpiter. Cuando la sonda se acerque al planeta gigante, comiencejulio 2016, ha viajado aproximadamente 1.780.000.000 millas (2.865.000.000 km) y han pasado poco más de cinco años desde su lanzamiento (Figura 3).
La inserción en órbita alrededor de Júpiter ( Júpiter Orbit Insertion o JOI), que tiene lugar en5 de julio, es una maniobra crítica, completamente controlada por el ordenador de a bordo: este último toma el control total de las operaciones 5 días antes de la maniobra. Para aumentar las posibilidades de una operación exitosa, se suspenden ciertos procedimientos que podrían colocar inapropiadamente la sonda espacial en modo de supervivencia . Con el mismo propósito, los instrumentos científicos se detienen cinco días antes de la maniobra y no se reinician hasta cincuenta horas después de su inserción en órbita. Antes de iniciar la propulsión, se aumenta la velocidad de rotación de la sonda espacial alrededor de su eje, de dos a cinco revoluciones por minuto, para limitar las desviaciones de la dirección seleccionada durante la fase de propulsión. La maniobra de inserción en órbita se inicia a las 2 h 30 UTC y utiliza el motor principal durante 35 minutos. Les responsables de la mission reçoivent une confirmation que la mise à feu du propulseur s'est bien passée un peu plus de 48 minutes plus tard, temps mis par l'information pour arriver jusqu'au centre de contrôle, à la vitesse de la lumière en el vacío. La acción del motor del cohete reduce la velocidad de Juno en 542 m / s y coloca la sonda espacial en una órbita de 53,5 días alrededor de Júpiter. La elección de una órbita mayor que la prevista permite reducir el consumo de propulsores. La sonda espacial pasa a solo 4.700 kilómetros por encima de las nubes de Júpiter. El riesgo de ser golpeado por el polvo alcanza su mayor probabilidad en este momento, dada la posición de los anillos delgados de Júpiter .
La órbita se iba a cambiar inicialmente en 19 de octubre, es decir 106 días (dos órbitas) más tarde, utilizando nuevamente el propulsor principal durante 38 minutos, para devolver la órbita de la sonda a 14 días, una maniobra correctiva final a realizar 7,6 días después, para perfeccionar la órbita en la que la sonda trabajará.
Sin embargo, siguiendo el comportamiento sospechoso de dos válvulas que controlan el helio utilizado para presurizar los propulsores (durante una repetición, estos se habrían abierto después de varios minutos en lugar de unos segundos), la maniobra tenía como objetivo reducir la órbita de 53,5 días a dos semanas, que iba a tener lugar en19 de octubrese desplaza al menos a la siguiente periapsis (11 de diciembre). Un segundo incidente más grave ocurre unos días después. La18 de octubre, trece horas antes de hacer su segundo paso sobre Júpiter, la sonda espacial entra en modo de supervivencia tras una falla detectada por la computadora de a bordo. En este modo, la sonda espacial reduce su actividad al mínimo y, en particular, los instrumentos se detienen. En consecuencia, no se pudieron recopilar datos científicos durante este pasaje. La sonda finalmente sale del modo de supervivencia en24 de octubre.
Misión planificada | Misión implementada | |
---|---|---|
Periodo orbital | 14 dias | 53,5 días |
Fin de la misión | febrero 2018 | Julio 2021 |
Resumen 12/2017 | 36 | 11 |
Apogeo | 2,8 millones de km | 8,1 millones de km |
Perigeo | 4000 kilometros | |
Costo adicional | US $ 35-40 millones / año |
Tras el incidente deoctubre de 2016, La NASA está estudiando detenidamente las posibles opciones para el resto de la misión. Los ingenieros deciden porfebrero de 2017renunciar a extender el período de la órbita de 53,5 a 14 días como estaba previsto porque, teniendo en cuenta los incidentes anteriores, el encendido del motor cohete podría poner a Juno en una órbita que no permite predecir y posiblemente realizar observaciones científicas. podría poner en peligro la vida útil de la sonda espacial al prolongar los eclipses solares más allá de la capacidad de sus baterías. La NASA estudia un escenario degradado que consiste en hacer funcionar la propulsión principal sin mantener bajo presión el sistema de combustible pero renunciando a él porque el motor Leros 1b no fue diseñado para operar en este modo y este modo de funcionamiento constituye un riesgo. Según los funcionarios de la misión, si Juno permanece en órbita durante 53 días, aún puede completar los objetivos asignados a la misión. Además, esta órbita permite realizar mediciones repetidas en una región que se extiende hasta ocho millones de kilómetros: la sonda espacial puede estudiar partes de la magnetosfera de Júpiter que no habría podido observar si se hubiera implementado el escenario inicial. Sin embargo, la nueva órbita tiene inconvenientes. Para poder llevar a cabo los 36 sobrevuelos previstos, la misión debe extenderse tres años, y no es seguro que la sonda espacial funcione hasta entonces. Esta expansión de la misión tiene un costo no presupuestado de $ 35-40 millones por año. Sin embargo, la NASA elige esta solución.
Polo norte.
Polo Sur.
Vista infrarroja de una aurora austral .
Durante su estancia alrededor de Júpiter, Juno describe una órbita fuertemente elíptica, para limitar el tiempo que pasa en el cinturón de radiación creado por el campo magnético del planeta gigante. La sonda espacial se sumerge en la aproximación de Júpiter, prácticamente en vertical hacia su Polo Norte, sobrevuela a muy baja altitud (entre 4.200 y 7.900 kilómetros) la capa de nubes de Júpiter hacia el Polo Sur, luego se aleja de Júpiter, inicialmente en la extensión. de este polo, para alcanzar su apogeo situado a 8,1 millones de kilómetros), aproximadamente en el plano del ecuador.
Si bien la misión principal debe finalizar en julio de 2021, la NASA decide a principios de 2021 extenderla hasta septiembre de 2025 o hasta el final de la vida útil de la sonda espacial si ocurre antes. Durante esta nueva fase, la sonda espacial debe realizar 42 órbitas alrededor de Júpiter. Esta órbita debe evolucionar gradualmente cruzando sucesivamente los cinturones de radiación de forma tórica que rodean las lunas Europa e Ío . Aprovechando las oportunidades creadas por esta extensión, se agregan varios objetivos a la misión. Las mediciones de radiación se llevan a cabo alrededor de Io y Europa para optimizar las estrategias de observación de estas lunas por parte de las futuras sondas espaciales Europa Clipper (NASA) y JUICE ( Agencia Espacial Europea ). Juno realizará dos sobrevuelos de Ganimedes , tres de Europa y 11 de Io y cruzará los anillos de Júpiter varias veces . En esta ocasión se recogerán datos para mejorar nuestro conocimiento de la geología de estas lunas así como de la dinámica de los anillos. La misión ampliada también debería permitir un mejor cumplimiento de los objetivos iniciales. De hecho, el perigeo de la órbita, ubicado cerca de la superficie de Júpiter, migrará gradualmente hacia el norte, mejorando así la cobertura de las regiones polares y sus misteriosos ciclones. Al utilizar la asistencia gravitacional de las lunas, la órbita de Juno se irá reduciendo progresivamente, aumentando el número de pasajes y por tanto de observaciones. El sobrevuelo de Ganímedes el 7 de junio de 2021 (órbita 34) debería reducir la duración de una órbita de 53 a 43 días. El paso cerca de Europa el 29 de septiembre de 2022 vuelve a reducir el plazo a 38 días. Finalmente, los sobrevuelos combinados del 30 de diciembre de 2023 y 3 de febrero de 2024 deberían reducirlo a 33 días.
Los componentes electrónicos de la sonda, que se degradan con cada paso a través del cinturón de radiación, enfrentan un riesgo creciente de falla, a pesar de los 200 kilogramos de armadura que la protegen, y la misión se detendrá voluntariamente antes de que Juno se salga de control. Originalmente programado durante su 36 ª órbita a mediadosnoviembre de 2017, pero potencialmente ahora alrededor de septiembre de 2025, la propulsión de la sonda se activará por última vez para reducir su velocidad, lo que disminuirá la altitud de su órbita en la periapsis cuando se cierne sobre Júpiter a baja altitud. Unos días después, Juno entrará en la atmósfera de Júpiter, donde será destruida por la presión y la temperatura.
Júpiter es un mundo complejo y turbulento. Los datos recopilados por los instrumentos de la sonda espacial Juno cuestionan muchas hipótesis científicas sobre los procesos en funcionamiento.
La intensidad de la radiación en los cinturones de radiación es menos fuerte de lo que se ha modelado, lo que permite considerar la extensión de la misión hasta 2021. Por otro lado, se ha descubierto un nuevo cinturón de radiación a nivel del ecuador. inmediatamente por encima de la atmósfera.
Las imágenes proporcionadas por la cámara Juno muestran que las regiones de los dos polos están ocupadas por tormentas del tamaño de la Tierra muy próximas entre sí. Los científicos se preguntan sobre su modo de formación y su dinámica: ¿son fenómenos permanentes? ¿La configuración de quién cambia con el tiempo? ¿Se están moviendo estas tormentas?
Los datos recopilados sobre la aurora polar muestran que los procesos en funcionamiento son diferentes a los de la Tierra. Los electrones acelerados en los polos tienen energías que alcanzan los 400 keV, o de 10 a 30 veces la de la Tierra. Pero para sorpresa de los científicos, a pesar de este enorme potencial eléctrico, las auroras polares no son permanentes y la fuente de las auroras polares más intensas no está relacionada con esta característica.
La cámara de Juno tomó fotos muy detalladas de la superficie de Júpiter, especialmente la Gran Mancha Roja y las regiones polares. Según los datos del radiómetro, la gran Mancha Roja se extiende al menos hasta una profundidad de 300 kilómetros y es más cálida en su base que en su superficie.
El radiómetro de a bordo indica que las capas profundas de la atmósfera de Júpiter (50 a 100 kilómetros por debajo de las cimas de las nubes) están agitadas, contrariamente al consenso general de los científicos que cuentan con la ausencia de energía incidente a esta profundidad. Además, basándose en mediciones del campo de gravedad (el radiómetro no puede sondear más allá de unos pocos cientos de kilómetros), el equipo científico de Juno descubrió que los vientos y el corte en bandas horizontales visibles en la superficie se extendían a una profundidad de 3.000 kilómetros, estableciendo así un límite inferior de la atmósfera a una profundidad mucho mayor de lo esperado. Contrariamente a las suposiciones, esta atmósfera no está formada por capas anidadas caracterizadas por velocidades de rotación diferenciadas. Debajo de esta atmósfera, las capas inferiores, ya sean líquidas o sólidas, tienen un movimiento de rotación único y se comportan como si fueran una sola entidad.
Dados los resultados obtenidos midiendo el campo de gravedad, podría ser que la roca y el núcleo metálico del tamaño de una Tierra o una supertierra existente en el momento de la formación de Júpiter se disolviera y mezclara con el manto formado por ' hidrógeno líquido metálico .
La intensidad del campo magnético de Júpiter, que podría medirse con precisión, alcanzó los 7.766 Gauss , un valor superior al esperado. El instrumento utilizado logró demostrar que era irregular, lo que parece indicar que la dínamo que genera el magnetismo está más cerca de la superficie del planeta de lo esperado y estaría ubicada por encima de la capa de hidrógeno metálico .
Tormentas del tamaño del planeta Tierra son visibles en el Polo Sur.
La Gran Mancha Roja fotografiada en 11 de julio de 2017.
Tormenta fotografiada durante el vuelo 27 de marzo de 2017 y ubicado al sur de la mancha blanca.