Intensyvi radiacija aplink Jupiterį suformavo kiekvieną Juno misijos aspektą, ypač Juno orbitą. Duomenys rodo, kad tarp Jupiterį juosiančių radiacinių diržų ir Jupiterio debesų viršūnių yra tarpas. Juno turės „susiūti adatą“ ir pereiti per šią spragą, kad sumažintų radiacijos poveikį ir įgyvendintų mokslo tikslus. „Juno“ misijos sudėtingumą papildo tai, kad erdvėlaivio dizainas, moksliniai tikslai ir reikalavimai orbitai formavo vienas kitą.
Nebuvau tikras, su kuo pradėti šį pokalbį: Kaip sąlygos aplink Jupiterį, ypač jos ekstremalioji spinduliuotė, formavo Juno orbitą? Arba, kaip Juno mokslo tikslus formavo orbita, reikalinga Juno, kad ji galėtų išgyventi dėl Jupiterio kraštutinės radiacijos? Galiausiai, kaip mokslo tikslai suformavo Juno orbitą?
Scottas Boltonas, NASA vyriausiasis tyrėjas, vykdantis „Juno“ misiją Jupiteryje. Vaizdo kreditas: NASA
Kaip matote, „Juno“ misija atrodo šiek tiek Gordijaus mazgas. Visi trys klausimai, esu tikras, turėjo būti užduoti ir atsakyti keletą kartų, o atsakymai formuoja kitus klausimus. Norėdami padėti atsikabinti šį mazgą, kalbėjau su Scottu Boltonu, pagrindiniu NASA tyrėju Juno misijoje. Skotas, būdamas atsakingas už visą „Juno“ misiją, supranta Juno mokslo tikslus, Juno projektą ir orbitos kelią, kurį Juno eis aplink Jupiterį.
EG: Sveikas Skotas. Ačiū, kad skyrėte laiko šiandien kalbėtis su manimi. Jupiterio radiacija yra didelis pavojus, su kuriuo turi susidurti Juno, o titano skliautas Juno yra skirtas apsaugoti Juno elektroniką. Bet Juno orbitą iš dalies formuoja radiacija aplink Jupiterį. Kaip radiacija aplink Jupiterį suformavo Juno orbitą?
„... mes žinojome, kad regionas aplink Jupiterį yra tikrai blogas, pavojingas ir atšiaurus radiacijai ...“
SB: Na, tarkime, tai apribojo mūsų pasirinkimą. Juno orbita buvo pasirinkta derinant galimybes atlikti mokslinius matavimus, kuriems atlikti reikėjo tam tikros rūšies geometrijos ar erdvės laivo buvimo vietos, ir tai, kad mes turėjome vengti kiek įmanoma geriau, kad galėtume pavojingiausią regioną iš esmės. saulės sistema. Tam reikėjo būti labai arti Jupiterio ir orientuotis poliariškai. Mes einame per Jupiterio polius. Ir mes žinojome, kad regionas aplink Jupiterį yra tikrai blogas, pavojingas ir atšiaurus radiacijos atžvilgiu, tačiau mes taip pat niekada nebuvome ten įėję į kosminį laivą. Taigi mes nesame tikri, koks jis atšiaurus ar tiksliai koks jis yra. Mes tiesiog turime keletą idėjų.
Tačiau per analogiją su Žeme ir modeliavimą mes sugebėjome išsiaiškinti, kaip pasiekti norimus mokslinius tikslus ir vis tiek likti nuo blogiausių regionų. Juno ateina per stulpus ir panirs labai arti Jupiterio tokiu būdu, kuris, mūsų manymu, bus tarp radiacijos diržų ir pačios Jupiterio atmosferos.
Žemėje yra mažas langas tarp mūsų pačių radiacinių diržų, kurie nėra beveik tokie pavojingi kaip Jupiterio, tačiau yra suformuoti panašiu būdu, ir Žemės atmosferos. Yra spraga ir turime įrodymų, kad spraga yra ir Jupiteryje, ir mes sriegiuojame tą adatą.
EG: Iš kur atsirado šio atotrūkio įrodymai, išskyrus tik žvilgsnį į Žemės Van Allen diržus? Ar buvo kokių nors NASA observatorijų stebėjimų, kurie parodė, kad aplink Jupiterį bus panašus atotrūkis?
SB: Mes naudojome radijo teleskopus, tokius kaip VLS (labai didelis masyvas), ir kitus radijo teleskopus visame pasaulyje, kurie gali žiūrėti į Jupiterį, ir tam tikrais dažniais jie mato tai, kas vadinama sinchrotrono spinduliuote. Sinchrotrono spinduliuotė yra labai didelės energijos elektronai, judantys beveik šviesos greičiu ir skleidžiantys radijo bangas. Jie suteikia tai labai specifine geometrija, pagrįsta relativistine fizika. Tai galime pamatyti ir tai mums kai ką pasako apie tai, kaip formuojasi radiacija ir kaip pasiskirsto aukštos energijos elektronai. Tai yra naudojama modeliuose, ir mes galime nurodyti, kad turėtų būti šiek tiek tarpo, iš dalies todėl, kad kai žiūrime į tą radiaciją, atrodo, kad ji nublanksta, nes yra labai arti Jupiterio. Bet mūsų skiriamoji geba yra ribota, taigi, nors yra požymių, kad tarp Jupiterio ir jo radiacijos diržų yra atotrūkis, nėra jokio teigiamo įrodymo.
EG: Taigi pats „Juno“ bus teigiamas įrodymas, kad tarp Jupiterio ir jo radiacijos diržų yra atotrūkis?
SB: Taip. Tada mes turime dar vieną matavimą, kuris mums padeda tai suprasti. „Galileo“ erdvėlaivyje, kuris apkeliavo Jupiterį 90-ųjų viduryje, buvo zondas, kuris pateko į Jupiterio atmosferą, kad sužinotų, iš ko jis pagamintas. Tas zondas atliko kai kuriuos matavimus labai neapdorotais prietaisais, beveik kaip Geigero skaitikliai, ir tų matavimų duomenys rodė didžiausią radiacijos spindulį, o tada tarpą, artimą Jupiteriui. Taigi tai mums suteikė papildomų įrodymų, kad yra spraga. Nors duomenų rinkinys yra labai ribotas, jis atitinka radijo teleskopų modelius.
EG: Turėjote turėti omenyje tam tikrus mokslo tikslus, susijusius su „Juno“ misija, tad kaip šis Jupiterio radiacijos diržų supratimas ir jų išvengimui reikalinga orbita suformavo „Juno“ misijos mokslo tikslus? Ar tai privertė atsisakyti kokių nors tikslų?
„Tiesą sakant, orbitą iš esmės lėmė mokslo tikslai“.
SB: Ne, visiškai ne. Tiesą sakant, orbitą iš esmės lėmė mokslo tikslai. Būtent tai paskatino mus norėti iš tikrųjų priartėti. Klausimas buvo, kaip arti mes galime pasiekti tai, kas yra saugu, ir kiek kartų mes galime orbita? Taigi aš sakyčiau, kad tai, ką daro radiacija, ar tai nepakeitė mūsų orbitos tiek, kiek apribojo, kiek kartų galime orbitą. Taigi mes turėjome ribotą gyvenimo laiką, ir dėl to riboto gyvenimo laiko mes patekome į orbitą, kuri leido mums kuo greičiau susieti planetą. Norime skristi juo labai arti, įvairiais ilgumais, kurie yra tolygiai išdėstyti.
Mokslo tikslai ir radiacijos diržų suvaržymai mums pasakė, kad „Juno“ truks tik tiek ilgai, todėl jūs turite padaryti žemėlapį per ribotą laiką. Taigi yra šiek tiek kompromiso. Galbūt buvo būdas apsaugoti Juno ilgiau, naudojant daugiau titano, labiau ekranuojantį, kad jis tarnautų šiek tiek ilgiau, tačiau pabaigoje jis pasidaro toks blogas, kad nesu tikras, ar mes jį labiau apsaugojome, kad jis ilgiau tarnautų.
„Jei galėčiau įpilti pakankamai degalų į lėktuvą, aš galėčiau pakeisti orbitą misijos viduryje ...“
EG: Mažėja grąža, spėju?
SB: Teisingai. Taigi inžinerijos apribojimai ir praktiniai dalykai, kuriuos galime paleisti į raketą, mus tikrai apribojo. Jei aš galėčiau įpilti pakankamai degalų į lėktuvą, aš galėčiau pakeisti orbitą misijos viduryje, kad galėtume ilgiau veikti. Vis dėlto tam prireiktų milžiniškų degalų. Kas nutinka, kai esate arti Jupiterio, jis nėra visiškai simetriškas, todėl pradeda keisti Juno orbitos formą.
EG: Taigi tada jums reikės atlikti taisymus, kad išlaikytumėte orbitą?
SB: Taip, bet mes negalime. Mums nepakanka degalų, kad padarytume ką nors panašaus, todėl jūs turite gyventi su tuo, ką Jupiteris daro į orbitą. Taigi ji pradeda sukti orbitą aplink, ir kaskart, kai atvažiuojame Jupiteriu, ji pradeda šiek tiek suktis orbita. Mes tai naudojame šiek tiek moksliškai, tačiau realybė yra tik kažkas, su kuo turime gyventi. Pirmąją misijos pusę, jei režimai yra teisingi, mums nereikės spręsti dėl maksimalaus radiacijos kiekio, tačiau antroje misijos pusėje ji pradeda blogėti. Negalime išvengti radiacijos diržų tiek, kiek galėjome pradžioje. Iš esmės būtent tai ir apriboja „Juno“ misijos gyvavimo laiką.
EG: Taigi Jupiteris nuolat veikia Juno orbitą, ir jūs turite ribotus pajėgumus su tuo susidoroti?
SB: Teisingai. Taip yra todėl, kad Jupiteris nėra tobula sfera.
EG: Ir vienas iš tikslų yra suskaidyti Jupiterio sunkumą?
SB: Taip, išsiaiškinti, koks tai sferos netobulumas [juokas]. Tada pasimokyk iš to, kokia yra jos vidaus struktūra ir kaip ji formavosi.
EG: Atrodo, kad tinkamas laikas paklausti, kokia yra Juno orbitos forma? Ar arti Jupiterio jis pasieks ir kiek toli pateks per savo orbitą?
„... mes esame netoli išorinių mėnulių, netoli Callisto ar panašiai“.
SB: Tai elipsė, kaip ir dauguma orbitų, o artimiausias jo artėjimo taškas yra maždaug 5000 km (3100 mylių) virš debesies viršūnių arba panašiai, ir tai vadinama perijove. Iš kitos pusės mes esame netoli išorinių mėnulių, netoli Callisto.
EG: Tada gana toli.
SB: Taip, tai gana toli. Juno orbita bus baigta maždaug per 14 dienų. Ir tada kita orientacija yra tiesiai virš polių. Tiesiai virš šiaurės ir pietų polių. Bet mes ne iškart į tą orbitą. Pirmiausia turime apšaudyti savo raketas ir patenkame į daug didesnę orbitą, kuriai apeiti reikia maždaug 53 dienas, o atstumas, kurį mes einame nuo Jupiterio, yra dar toliau. Per pirmuosius keletą mėnesių mes turime pakankamai degalų, kad modifikuotume orbitą, kad gautume tai, ko mes galų gale norime, ir tam reikia kelių mėnesių.
EG:Taigi „Juno“ taip pat yra varomas saulės energija, išskyrus degalus, kad pakeistų savo orbitą. Turite būti atokiau nuo saulės, taigi tai turėjo būti papildoma priemonė projektuojant savo orbitą?
„... apskritai mes vengiame šešėlių ar Jupiterio okupacijų“.
SB: Taip, tai buvo papildomas suvaržymas ta prasme, kad noriu išvengti patekimo į Jupiterio šešėlį. Noriu, kad saulės baterijos visada matytų saulę. Mes galime praeiti trumpą laiką be to, bet paprastai mes vengiame šešėlių ar Jupiterio okupacijų.
EG: Ar tai viena iš priežasčių, kodėl orbita nukelia tave taip toli nuo Jupiterio? Kad nepatektumėte į Jupiterio šešėlį?
SB: Taip, tai teisinga. Nors to būtų galima išvengti net ir būnant taip arti, jei orbituotumėte į šoną. Neturiu eiti už Jupiterio, net jei orbita buvo maža. Bet jūs turite visa tai apskaičiuoti ir įsitikinti.
EG: Ar visi Juno instrumentai bus aktyvūs per visas jo orbitas? O gal dalis orbitų yra skirta tam tikriems jutikliams ir instrumentams?
SB: Apskritai, visi instrumentai yra aktyvūs. Bet mes turime orbitų, orientuotų į tam tikrus dalykus, pagrįstus nukreipimo reikalavimais. Pavyzdžiui, gravitacijos matavimas. Kai norime išmatuoti gravitacijos lauką, turime įsitikinti, kad antena kiek įmanoma nukreipta į žemę. Štai kaip jūs išmatuojate gravitacijos lauką, ar žiūrite į signalą, kurį Juno siunčia atgal į Žemę, ir išmatuojate radijo signalo Doplerio poslinkį, ir tai paaiškina, kaip gravitacijos laukas pastūmėjo ir patraukė Juno.
Nematavę gravitacijos lauko, turime kitų instrumentų, kurie norėtų būti nukreipti tiesiai į Jupiterį. Jie vis tiek gali imti duomenis, kol matuojame sunkio jėgos lauką, tačiau geriau, jei jie nukreipia tiesiai į Jupiterį. Mes galime tai toleruoti, nes saulės masyvai vis dar nukreipti į saulę ir mes vis dar galime palaikyti ryšį su erdvėlaiviu, tiesiog negalime gauti viso gravitacijos lauko matavimo.
„... Negalima tikėtis, kad pačioje misijos pabaigoje saulės elementai veiks taip gerai, kaip tai daroma pradžioje.“
Taigi mes turime keletą orbitų, skirtų tai geometrijai. Žinoma, kai buvome atsidavę tam, kadaise mes galėjome tiesiog išjungti gravitacijos sistemą, jei mes jos nenaudojome. Bet aš manau, kad dabar mūsų vertinimai yra tokie, kad mūsų galios pakanka, kad galėtume išlaikyti abu šiuos veiksmus vienu metu. Nepriklausomai nuo to, ar mes tai darome, nebūtina, tačiau tikimasi, kad pačioje misijos pabaigoje saulės elementai veiks taip gerai, kaip tai daroma pradžioje.
EG: Taip yra dėl radiacijos? Dėl tos pačios priežasties, kad elektronika yra jautri, laikui bėgant saulės elementai blogės?
SB: Teisingai. Taigi mes juos saugome, bet nežinome, kaip gerai tai veiks. To neturime savo planuose, tačiau galime tai sutalpinti su mintimi, kad pasibaigus misijai, jei neturime pakankamai jėgų viskam vykdyti, galime pradėti išjungti kai kuriuos instrumentus, kurie turi atlikome didžiąją dalį mokslo, ko mes norėjome, kad jie padarytų. Galime pasisukti, kurie prietaisai įjungti, o kurie ne.
EG: Taigi, jei radiacija yra sunkesnė, nei rodo modeliavimas, tai suteikia tam tikro lankstumo? Ar turėsite šiek tiek lankstumo, kad galėtumėte nustatyti prioritetus pabaigoje?
SB: Teisingai. Šiuo metu mūsų modeliai rodo, kad mums to nereikės daryti, tačiau prireikus galime pasukti tą ratuką.
EG: Man įdomu, kokį detalų modeliavimą atlikote Jupiterio radiacijai ir „Juno“ misijai, ir žiūriu į informaciją, pasiekiamą NASA svetainėse ir kituose šaltiniuose. Manoma, kad nesitikima, kad visi Juno instrumentai išgyvens 33 orbitas, ar taip? Ar yra geriausias instrumentų išgyvenimo scenarijus? Aš skaičiau, kad JIRAM (Jupiter Infrared Auroral Mapper) ir galbūt Junocam gali trukti tik iki 8-osios orbitos, o Mikrobangų Radiometras gali trukti tik iki orbitos 11. Ar tai yra geriausias scenarijus? Arba daugiau kelio modelio, kuriuo sekate tuos orbitos numerius, viduryje?
SB: Tikimės, kad tai pats blogiausias scenarijus. Jie sukurti taip, kad radiacijos koeficientas būtų 2 kartus didesnis. Tai tikriausiai yra šiek tiek daugiau nei du kartus. Taigi jie turėtų sugebėti tai padaryti be problemų. Būtų staigmena, jei jie ilgai nesitęstų. Mes tikimės, kad jie tikriausiai eis į misijos pabaigą. Bet aš to nemanau ir to nereikalauju. Taip atsitiko dėl to, kad keliose iš šių instrumentų elektronų nėra <titano> skliaute.
EG: Ar todėl, kad, norėdami įvykdyti savo misiją, jiems nereikia visų 33 orbitų? Ar pirmenybė teikiama instrumentams, esantiems titano skliaute, atsižvelgiant į tai, kiek orbitų reikia jų misijai?
„Rūsyje su visa elektronika gali būti gana šilta vieta, o kai kurie instrumentai yra šiek tiek geresni, kai šalta“.
SB: Teisingai. Taigi būtent taip mes pasirinkome. Jiems akivaizdžiai reikėjo tam tikros apsaugos nuo Jupiterio spinduliuotės, todėl aplink juos yra mažai dėžių, bet ne taip, kaip milžiniškas skliautas. Taip pat yra keletas kitų priežasčių, kodėl jie nėra skliaute. Yra keletas pranašumų juos perkeliant. Korpuse su visa elektronika gali būti gana šilta vieta, o kai kurie instrumentai yra šiek tiek geresni, kai šalta. Taigi vyksta įvairūs amatai. Bet jūs tai gerai apibūdinote ta prasme, kad mums nereikia mokslo tikslų, kad jie atliktų visą misiją. Bet aš tikiuosi, kad yra privalumų, jei jie tęsis ilgiau, todėl mes tikimės, kai mes juos sukūrėme, kad jie tarnautų ilgiau.
EG: Scottai, koks tavo oficialus vardas NASA?
SB: Oficialiai jis vadinamas vyriausiuoju tyrėju. Taigi aš esu pagrindinis „Juno“ misijos tyrėjas. Tai yra oficialus titulas, kuris tik ką reiškia NASA žmonėms.
EG: Taigi jūs dalyvavote misijos kūrime jau nuo Juno pradžios?
SB: O taip. Aš sukūriau visą dalyką arba visą procesą. Tai, ką vyriausiasis tyrėjas reiškia paprastam žmogui, aš esu atsakingas už Juno. Aš esu atsakingas už visokeriopą Juno sėkmę. Nesvarbu, ar tai būtų dizainas, inžinerija, mokslas, kad jis būtų pastatytas laiku, išleidžiant per daug pinigų, grafikas ir visa kita. Kitas būdas pasakyti taip: jei kas nors negerai, aš kaltas (juokas).
EG: Na, aš manau, kad daug kas eis teisingai [juokas]. Taigi, kaip ir aš, jūs turite nekantriai numatyti Juno atvykimą į Jupiterį. Kokia yra pati įdomiausia „Juno“ misijos dalis, jei reikėjo pasirinkti vieną dalyką? Esu tikras, kad beveik neįmanoma atsakyti. O kas gali jus nustebinti? Kai pažvelgiame į „New Horizon“ atvykimą į Plutoną ir ten stebinančius dalykus ar „Cassini“ ieškant ledo geizerių, visada mūsų laukia netikėtumas. Kas, jūsų manymu, labiausiai žavi „Juno“ ar, jūsų manymu, kas gali nustebinti?
„... jaudinanti„ Juno “dalis yra ta, kad mes einame kažkur, kur dar niekad nebuvo.
SB: Na, pagal netikėtumo apibrėžimą negaliu atspėti. Nė vieno iš šių dalykų nebuvo galima numatyti, todėl jie buvo netikėtumai. Bet jūs žinote, kad jaudinantis „Juno“ dalykas yra tas, kad mes einame kažkur, kur dar niekad nebuvo. Mes atliksime matavimus, kurie niekada nebuvo atlikti. Mes turime instrumentų, kurie niekada anksčiau nebuvo sukurti, jau nekalbant apie jų įtraukimą į šią unikalią orbitos geometriją, kurioje galite atlikti specialius matavimus. Taigi manau, kad tikėjimasis išmokti ką nors visiškai naujo, kas mus nustebins, yra įdomioji dalis.
Ko mes iš tikrųjų sužinosime, kad pakeisime savo idėjas, kur atsidūrėme ir kaip čia atsidūrėme? Kas iš tikrųjų yra Jupiteris? Apie tai yra tiek galvosūkių, tiek svarbu. Net ir šiandien tai, ką mes sužinojome apie savo pačių saulės sistemą, ir tai, ko mes sužinojome apie kitas saulės sistemas, kai jau spėjome pamatyti egzoplanetas, tik padarė Jupiterį mums dar svarbesnį. Tai tikrai turi raktą, ir aš manau, kad jaudinantis dalykas yra tai, kad pagaliau atversime duris į tas paslaptis. Mes padedame dar daugiau sužinoti apie ateities misijų kelią.
Kitas dalykas, kuris man atrodo įdomus, net jei aš esu vadinamas vyriausiuoju tyrėju, ir jei jūs paklausite NASA, ką tai reiškia, ir jie jums sako, kad aš esu atsakingas už viską, tikroji tiesa yra tai, kad tai nėra vienas asmuo. Tai sukūrė didžiulė komanda. Tai padėjo jį suprojektuoti, sukūrė būdą tai padaryti, suprato apribojimus, suprato, kaip jis gali veikti, sugalvojo technologijas, kurių mums reikėjo, kad tai įvyktų, ir iš esmės turėjo viziją ją sukurti ir turėjo sugebėjimas ją įgyvendinti ir pritaikyti tą viziją realybei. Džiaugiuosi, kad priklausau šiai žmonių komandai, kuriai tai sekasi, ir kad ta komanda iš tikrųjų yra tik dalis mūsų visuomenės ir žmonijos, kuri visa siekia bandyti išsiaiškinti dalykus. Tokie dalykai kaip tai, kaip mes tinkame gamtai ir kaip veikia visata. Aš paprastai džiaugiuosi būdamas to, kas bando padaryti kažką panašaus, dalimi.
EG: Tai nuostabu ir visiškai sutinku su jūsų žodžiais, manau, kad tai įdomu ir man pačiam, ir „Space Magazine“ skaitytojams. Tai didžiulė misija, ir mes negalime laukti, kol vėl pradėsime kažkokius rezultatus. Ir šiek tiek paveikslėlio. Tai nepaprastai įdomu.
SB: Aš taip pat. [juokas]
EG: Ačiū, kad skyrėte laiko šiandien kalbėti su manimi, Scott. Tikimės, kad vėl galėsime pasikalbėti. Aš žinau, kad žmonės labai domisi „Juno“ misija.
SB: Prašom. Geros dienos.
