Интенсивное излучение вокруг Юпитера сформировало все аспекты миссии Юноны, особенно орбиту Юноны. Данные показывают, что существует промежуток между радиационными поясами, которые окружают Юпитер, и облачными вершинами Юпитера. Юноне придется «заправить иглу» и пройти через этот пробел, чтобы свести к минимуму воздействие радиации и выполнить свои научные задачи. В дополнение к сложности миссии Юнона, факт, что дизайн космического корабля, научные цели и орбитальные требования все формировали друг друга.
Я не был уверен, с какого вопроса начать это интервью: как условия вокруг Юпитера, особенно его экстремальное излучение, сформировали орбиту Юноны? Или как орбита, необходимая Юноне, чтобы пережить крайнюю радиацию Юпитера, формирует научные цели Юноны? Или, наконец, как цели науки сформировали орбиту Юноны?
Скотт Болтон, главный исследователь НАСА для миссии Юнона на Юпитер. Изображение предоставлено НАСА
Как вы можете видеть, миссия Juno выглядит как гордиев узел. Я уверен, что все три вопроса нужно было задавать и отвечать на них несколько раз, причем ответы определяли остальные вопросы. Чтобы помочь распутать этот узел, я поговорил со Скоттом Болтоном, главным исследователем НАСА для миссии Юнона. Как человек, ответственный за всю миссию Юноны, Скотт полностью понимает научные цели Юноны, замысел Юноны и орбитальный путь, по которому Юнона будет следовать вокруг Юпитера.
НАПРИМЕР: Привет Скотт. Спасибо, что нашли время поговорить со мной сегодня. Излучение Юпитера является большой опасностью, с которой Юнона вынуждена бороться, а титановое хранилище Юноны предназначено для защиты электроники Юноны. Но орбита Юноны частично сформирована радиацией вокруг Юпитера. Как излучение вокруг Юпитера сформировало орбиту Юноны?
«… Мы знали, что область вокруг Юпитера действительно плохая, опасная и жесткая из-за радиации…»
SB: Ну, это ограничило наш выбор, скажем так. Орбита Юноны была выбрана благодаря сочетанию возможностей для научных измерений, которые требовали определенного типа геометрии или местоположения космического корабля, и того факта, что нам нужно было избегать, как можно лучше, мы могли бы наиболее опасный регион, в основном, в Солнечная система. Это потребовало от нас быть очень близкими к Юпитеру и полярными в ориентации. Переходим через полюса Юпитера. И мы знали, что область вокруг Юпитера действительно плохая, опасная и жесткая из-за радиации, но мы также никогда не заходили туда с космическим кораблем. Таким образом, мы не совсем уверены, насколько он суров, или как он выглядит. У нас просто есть идеи.
Но благодаря аналогиям с Землей и моделированию мы смогли найти способ достичь тех научных целей, которые нам нужны, и при этом остаться в худших регионах. Юнона входит над полюсами и опускается очень близко к Юпитеру так, как мы полагаем, будет между радиационными поясами и самой атмосферой Юпитера.
На Земле есть крошечное окно между нашими собственными радиационными поясами, которые не так опасны, как Юпитер, но имеют сходную форму, и атмосферой Земли. Там есть разрыв, и у нас есть доказательства того, что есть разрыв и на Юпитере, и мы заправляем эту иглу.
НАПРИМЕР: Откуда взялись доказательства этого разрыва, кроме как просто посмотреть на земные пояса Ван Аллена? Были ли какие-либо наблюдения из обсерваторий НАСА, которые показали, что вокруг Юпитера будет такой же разрыв?
SB: Мы использовали радиотелескопы, такие как VLS (Very Large Array) и другие радиотелескопы по всему миру, которые могут смотреть на Юпитер, и на определенных частотах они видят то, что называется синхротронным излучением. Синхротронное излучение - это электроны очень высокой энергии, которые движутся со скоростью, близкой к скорости света, и испускают радиоизлучение. Они выделяют его в очень специфической геометрии, основанной на релятивистской физике. Мы можем видеть это, и это говорит нам кое-что о том, как излучение сформировано, и как распределение электронов высокой энергии. Это используется в моделях, и мы можем указать, что должен быть небольшой промежуток, отчасти потому, что когда мы смотрим на это излучение, оно выглядит так, как будто оно исчезает, так как приближается к Юпитеру. Но у нас ограниченное разрешение, поэтому, хотя есть признаки того, что существует разрыв между Юпитером и его радиационными поясами, нет никаких положительных доказательств.
НАПРИМЕР: Значит, сама Юнона станет убедительным доказательством того, что между Юпитером и его радиационными поясами есть зазор?
SB: Да. И затем у нас есть еще одно измерение, которое помогает нам понять это. Космический корабль Галилео, который вращался вокруг Юпитера в середине 90-х годов, содержал зонд, который отправился в атмосферу Юпитера, чтобы выяснить, из чего он сделан. Этот зонд провел некоторые измерения с некоторыми очень грубыми приборами, почти как счетчики Гейгера, и данные этих измерений показали пик излучения, а затем зазор вблизи Юпитера. Так что это дало нам еще одно доказательство того, что разрыв существует. Хотя это очень ограниченный набор данных, он согласуется с моделями радиотелескопов.
НАПРИМЕР: Вы должны были иметь в виду определенные научные цели для миссии Юнона, так как же это понимание радиационных поясов Юпитера и орбиты, необходимой для их предотвращения, формировало научные цели миссии Юнона? Вынудило ли это вообще отказаться от каких-либо целей?
«Фактически, именно научные цели в основном двигали орбиту».
SB: Нет, совсем нет. Фактически, именно научные цели в основном двигали орбиту. Это то, что заставило нас хотеть быть действительно близко. Вопрос заключался в том, насколько близко мы можем найти безопасное место и сколько раз мы можем вывести на орбиту? Поэтому я бы сказал, что излучение не изменяет нашу орбиту так сильно, как ограничивает количество раз, когда мы можем вращаться. Таким образом, у нас было ограниченное время жизни, и из-за этого ограниченного времени жизни мы вышли на орбиту, которая позволила нам нанести на карту планету как можно быстрее. Мы хотим лететь очень близко, на разных долготах, которые расположены равномерно.
Научные цели и ограничения радиационных поясов говорили нам, что Юнона продлится только так долго, поэтому вы должны сделать карту за ограниченное время. Таким образом, есть небольшой компромисс. Возможно, был способ защитить Юнону дольше, добавив больше титана, больше экранирования, чтобы продержаться немного дольше, но в итоге это стало настолько плохо, что я не уверен, защитили ли мы его больше, чтобы он продолжался дольше.
«Если бы я смог заправить достаточно топлива, я мог бы изменить орбиту в середине миссии…»
НАПРИМЕР: Думаю, убывающая отдача?
SB: Правильно. Таким образом, ограничения техники и практичности того, что мы можем запустить на ракете, действительно ограничивают нас. Если бы я смог заправить достаточно топлива, я мог бы изменить орбиту в середине миссии, чтобы позволить нам продержаться дольше. Это потребовало бы огромного количества топлива все же. Что происходит, когда вы находитесь рядом с Юпитером, он не совсем симметричен, поэтому он начинает менять форму орбиты Юноны.
НАПРИМЕР: Значит, вам нужно внести исправления, чтобы сохранить орбиту?
SB: Да, но мы не можем. У нас нет достаточно топлива, чтобы сделать что-то подобное, поэтому вы должны жить с тем, что Юпитер делает на орбите. Таким образом, он начинает вращать орбиту, и каждый раз, когда мы приближаемся к Юпитеру, он начинает поворачивать орбиту немного больше. Мы немного используем это с научной точки зрения, но реальность такова, что нам просто нужно с этим жить. Для первой половины миссии, если режимы верны, нам не нужно иметь дело с максимальным количеством радиации, но ближе ко второй половине миссии она начинает ухудшаться. Мы не можем избежать радиационных поясов так, как могли бы вначале. Это в основном то, что ограничивает время жизни миссии Юноны.
НАПРИМЕР: Таким образом, Юпитер постоянно влияет на орбиту Юноны, и у вас есть ограниченные возможности, чтобы справиться с этим?
SB: Это правильно. Потому что Юпитер не идеальная сфера.
НАПРИМЕР: И одна из целей состоит в том, чтобы отобразить гравитацию Юпитера?
SB: Да, чтобы выяснить, насколько она совершенно несовершенна [смех]. А затем узнать из нее, на что похожа ее внутренняя структура и, следовательно, как она образовалась.
НАПРИМЕР: Кажется, сейчас самое время спросить, какова форма орбиты Юноны? Как близко он приблизится к Юпитеру и как далеко он доберется по своей орбите?
«... мы находимся возле внешних лун, около Каллисто или около того».
SB: Это эллипс, как и большинство орбит, и его ближайшая точка приближения находится на высоте около 5000 км (3100 миль) над облачными вершинами или около того, и это называется перижов. С другой стороны, мы находимся около внешних лун, около Каллисто или около того.
НАПРИМЕР: Значит, довольно далеко.
SB: Да, это довольно далеко. Юноне потребуется около 14 дней, чтобы завершить орбиту. И тогда другая ориентация как раз прямо над полюсами. Прямо над северным и южным полюсами. Но мы не сразу выходим на эту орбиту. Сначала мы должны запустить наши ракеты, и мы попадаем на гораздо большую орбиту, на прохождение которой уходит около 53 дней, а расстояние, на которое мы уходим от Юпитера, намного больше. В течение первых нескольких месяцев у нас будет достаточно топлива, чтобы изменить орбиту, чтобы получить то, что мы в конечном итоге хотим, и на это уходит несколько месяцев.
НАПРИМЕР:Таким образом, Юнона также работает на солнечной энергии, кроме топлива, чтобы изменить свою орбиту. Вы должны оставаться на солнце, так что это должно было быть дополнительным при проектировании вашей орбиты?
«… В общем, мы избегаем теней или затмений Юпитера».
SB: Да, это было дополнительным ограничением в том смысле, что я хочу избежать попадания в тень Юпитера. Я хочу, чтобы солнечные панели всегда видели солнце. Мы можем прожить короткие периоды времени без этого, но в целом мы избегаем теней или затмений Юпитером.
НАПРИМЕР: Это одна из причин того, что орбита уводит вас так далеко от Юпитера? Чтобы не попасть в тень Юпитера?
SB: Да, это так. Хотя вы могли бы избежать этого, даже если бы вы были так близко, если бы вы вращались вбок. Мне не нужно идти за Юпитером, даже если орбита была маленькой. Но вы должны все это просчитать и убедиться.
НАПРИМЕР: Будут ли все инструменты Юноны активны на всех его орбитах? Или некоторые из орбит посвящены определенным датчикам и инструментам?
SB: В общем, все инструменты активны. Но у нас есть орбиты, которые ориентированы на определенные вещи, основанные на точных требованиях. Например, измерение силы тяжести. Когда мы хотим измерить гравитационное поле, мы должны убедиться, что антенна направлена на Землю в максимально возможной степени. Вот как вы измеряете гравитационное поле, вы смотрите на сигнал, который Юнона отправляет обратно на Землю, и вы измеряете доплеровский сдвиг радиосигнала, и это говорит вам о том, как гравитационное поле толкнуло и втянуло Юнону.
Когда мы не измеряем гравитационное поле, у нас есть другие инструменты, которые предпочли бы указывать прямо на Юпитер. Они все еще могут получать данные, пока мы измеряем гравитационное поле, но лучше, если они будут указывать прямо на Юпитер. Мы можем допустить это, поскольку солнечные батареи все еще направлены на солнце, и мы все еще можем поддерживать связь с космическим кораблем, мы просто не можем получить полное измерение поля гравитации.
«… В самом конце миссии солнечные элементы не должны работать так же хорошо, как в начале».
Таким образом, у нас есть несколько орбит, которые посвящены этой геометрии. Конечно, когда мы посвятили себя тому, что раньше мы могли просто отключить гравитационную систему, если бы не использовали ее. Но я думаю, что наши оценки теперь таковы, что нашей мощи достаточно, чтобы мы могли держать их обоих одновременно. Независимо от того, делаем мы это или нет, это не обязательно, но в самом конце миссии солнечные элементы не будут работать так же хорошо, как в начале.
НАПРИМЕР: Это из-за радиации? По той же причине, по которой электроника чувствительна, солнечные элементы будут со временем разрушаться?
SB: Вот так. Таким образом, мы защищаем их, но мы не знаем, насколько хорошо это будет работать. У нас этого нет в наших планах, но мы можем согласовать это с идеей, что в конце миссии, если у нас не будет достаточно энергии, чтобы запустить все, мы можем начать отключать некоторые инструменты, которые имеют сделал большую часть науки, которую мы хотели, чтобы они сделали. Мы можем по очереди выбирать, какие инструменты включены, а какие нет.
НАПРИМЕР: Так что дает вам некоторую гибкость миссии, если радиация более серьезная, чем предполагает моделирование? У вас будет некоторая гибкость, чтобы расставить приоритеты ближе к концу?
SB: Это правильно. Прямо сейчас наши модели предполагают, что нам не нужно будет этого делать, но мы можем повернуть этот диск, если потребуется.
НАПРИМЕР: Меня интересует подробное моделирование, которое вы сделали для радиации Юпитера и миссии Юнона, и просмотр информации, доступной на веб-сайтах НАСА и в других источниках. Предполагается, что все инструменты Юноны не выживут на 33 орбитах, верно? Есть ли лучший сценарий выживания инструмента? Я читал, что JIRAM (Инфракрасный Авроральный Картограф Юпитера) и, может быть, Junocam может продлиться только до 8-й орбиты, а Микроволновый радиометр может продлиться только до 11-й орбиты. Является ли это лучшим вариантом? Или, скорее, середина модели дороги, по которой вы следуете этим орбитальным номерам?
SB: Мы надеемся, что это худший вариант развития событий. Они предназначены для выживания с коэффициентом излучения 2. Это, вероятно, немного больше, чем в два раза. Таким образом, они должны быть в состоянии сделать это без проблем. Было бы удивительно, если бы они не длились так долго. Мы ожидаем, что они, вероятно, пойдут до конца миссии. Но я не рассчитываю на это и не требую этого. Это произошло из-за того, что у пары этих инструментов нет электроники внутри хранилища <titanium>.
НАПРИМЕР: Это потому, что им не нужны все 33 орбиты для выполнения своей миссии? Должны ли инструменты находиться в титановом хранилище в зависимости от того, сколько орбит им требуется для выполнения миссии?
«В хранилище со всей электроникой может быть довольно теплое место, а некоторые инструменты немного лучше, когда холодно».
SB: Вот так. Вот как мы сделали этот выбор. Очевидно, они нуждались в защите от излучения Юпитера, поэтому вокруг них есть маленькие ящики, но не как гигантское хранилище. Есть и другие причины, по которым они не в хранилище. Есть некоторые преимущества для их перемещения. В хранилище со всей электроникой может быть довольно теплое место, а некоторым инструментам немного лучше, когда холодно. Таким образом, есть различные сделки, которые продолжались. Но вы хорошо охарактеризовали это в том смысле, что мы не обязаны выполнять научные задачи, чтобы они продлили всю миссию. Но я ожидаю, что есть преимущества, если они будут длиться дольше, поэтому у нас есть надежда, когда мы разработаем их, что они будут длиться дольше.
НАПРИМЕР: Скотт, какое у тебя официальное название в НАСА?
SB: Официально это называется главный следователь. Так что я главный исследователь миссии Юнона. Это официальное название, которое очень много значит для людей НАСА.
НАПРИМЕР: То есть вы были в разработке миссии с самого начала Юноны?
SB: О, да. Я вроде создал все это или весь процесс. То, что главный следователь значит для обычного человека, - я несу ответственность за Юнону. За все, что связано с Юноной, я несу ответственность за ее успех. Будь то дизайн, проектирование, наука, создание его вовремя, тратя слишком много денег, график, все такое. Еще один способ сказать, что если что-то пойдет не так, меня обвинят [смех].
НАПРИМЕР: Ну, я думаю, что многое из этого пойдет хорошо [смех]. Так что, как и я, вы, должно быть, с большим нетерпением ожидаете прибытия Юноны на Юпитер. Какова самая интересная и захватывающая часть миссии Юноны, если вам нужно было выбрать одну вещь? Я уверен, что на это почти невозможно ответить. И что может вас удивить? Когда мы смотрим на прибытие New Horizon в Плутон и на удивительные вещи, которые мы там нашли, или на Кассини, который находит ледяные гейзеры, нас всегда ждет сюрприз. Что, по-вашему, самое интересное в Юноне или что может показаться удивительным открытием?
«... Захватывающая часть Юноны в том, что мы идем куда-то, чего раньше никто не видел».
SB: Ну, по определению неожиданности я не могу догадаться. Ничего из этого нельзя было ожидать, поэтому они были неожиданностями. Но вы знаете, что интересная часть Юноны в том, что мы отправляемся туда, куда никто никогда не уходил. Мы собираемся сделать измерения, которые никогда не были сделаны. У нас есть инструменты, которые раньше никогда не создавались, не говоря уже о том, чтобы ввести их в эту уникальную геометрию орбиты, где вы можете проводить специальные измерения. Поэтому я думаю, что ожидание изучения чего-то нового, что удивит нас, является захватывающей частью.
Что мы действительно узнаем, что изменит наши представления о том, откуда мы пришли и как мы сюда попали? Что на самом деле нравится Юпитер? В этом так много загадок, и это так важно. Даже сегодня то, что мы узнали о нашей собственной солнечной системе, и то, что мы узнали о других солнечных системах, когда мы смогли начать видеть экзопланеты, только сделали Юпитер еще более важным для нас. Он действительно держит ключ, и я думаю, что самое интересное в том, что мы наконец-то откроем одну из дверей этих секретов. Мы помогаем будущим миссиям учиться еще больше.
Другая вещь, которую я нахожу захватывающей, - это то, что я называюсь главным следователем, и если вы спросите НАСА, что это значит, и они ответят, что я несу ответственность за все, настоящая правда в том, что это не один человек. Это огромная команда, которая сделала это возможным. Это помогло спроектировать это, создало способ сделать это, поняло ограничения, поняло, как оно может работать, выяснило, какие технологии нам нужны, чтобы это произошло, и у которого в основном было видение, чтобы создать это, и было возможность реализовать это и воплотить это видение в реальность. Я взволнован тем, что я являюсь частью этой команды людей, которые достигают этого, и что эта команда на самом деле является просто частью нашего общества и человечества, которые все пытаются понять вещи. Такие вещи, как то, как мы вписываемся в природу и как работает вселенная. Я просто в восторге от того, что пытаюсь сделать что-то подобное.
НАПРИМЕР: Это потрясающе, и я полностью согласен с вашими словами, и я думаю, что это интересно для меня и для читателей журнала Space. Это огромная миссия, и мы не можем дождаться, чтобы начать возвращать некоторые результаты. И немного картинки. Это супер-захватывающе.
SB: Я тоже. [смех]
НАПРИМЕР: Спасибо, что нашли время поговорить со мной сегодня, Скотт. Надеюсь, мы сможем поговорить снова. Я знаю, что люди очень заинтересованы в миссии Juno.
SB: Пожалуйста. Хорошего дня.
