17 ноября 2023 года космический корабль ЕКА Juice выполнил один из крупнейших и важнейших маневров за восьмилетнее путешествие к Юпитеру.
Используя свой главный двигатель, Джус изменил свою орбиту вокруг Солнца, чтобы выбрать правильную траекторию для двойного гравитационного взаимодействия Земли и Луны, которое состоится следующим летом — первого в своем роде.
Маневр длился 43 минуты и сжег почти 10% всего запаса топлива космического корабля. Это первая часть маневра, состоящего из двух частей, который может ознаменовать последний раз, когда главный двигатель Джуса будет использоваться до его прибытия в систему Юпитера в 2031 году.
Миссия к Юпитеру набирает обороты
Аппарат ЕКА Jupiter Icy Moons Explorer (Juice) был запущен с европейского космодрома во Французской Гвиане 14 апреля 2023 года.
Его миссия состоит в том, чтобы провести подробные наблюдения за гигантской газовой планетой и ее тремя большими океанскими спутниками — Ганимедом, Каллисто и Европой.
Но Джус не начнет исследования природы и возможной обитаемости системы Юпитера до ее прибытия в 2031 году.
Почему путь до Юпитера занимает так много времени? Что ж, краткий ответ заключается в том, что это связано не столько с расстоянием между Землей и Юпитером, сколько с борьбой с огромным гравитационным притяжением Солнца, когда вы выходите за пределы Солнечной системы.
Миссии к гигантским газовым планетам, таким как Джус, Европа Клиппер, Галилео или Юнона, были бы не чем иным, как гигантскими топливными баками, если бы им приходилось самостоятельно хранить всю энергию, необходимую для преодоления солнечной гравитации.
Вместо этого они используют маневры «гравитации» или «облета», чтобы получить энергию, преодолевая сильные гравитационные поля различных планет на своем пути.
Стрельба по Луне
Первый импульс Juice придет с его родной планеты, когда он вернется на Землю в августе 2024 года, более чем через год после запуска.
Фактически, во время первого в своем роде пролета Джус сначала пройдет мимо Луны, чтобы придать ей дополнительный импульс и сделать пролет Земли, который произойдет через 1,5 дня, еще более эффективным.
Но даже с этим дополнительным ускорением, чтобы максимально эффективно использовать силу гравитации, Джус должен прибыть в систему Земля-Луна точно в нужное время, с правильной скоростью и двигаться в правильном направлении.
Вот тут и пригодится сегодняшний маневр.
17 ноября в 16:10 (центральноевропейское время) главный двигатель Джуса сгорел, который длился примерно 43 минуты.
«На этот маневр было потрачено примерно 363 кг топлива — или почти ровно 10% от 3650 кг топлива, с которыми стартовал Джус», — говорит Джулия Шварц, инженер по динамике полета в центре управления полетами ESOC ЕКА в Германии.
На данный момент это крупнейший маневр Джуса. До сегодняшнего дня Джус израсходовал всего около 10 кг топлива — в основном в рамках серии коротких прожиганий, используемых для освобождения застрявшей антенны RIME.
«Это была первая часть маневра, состоящего из двух частей, который должен был вывести Джуса на правильную траекторию для встречи с Землей и Луной следующим летом. Этот первый запуск выполнил 95% работы, изменив скорость Джуса почти на 200 м/с», добавляет Юлия.
«Джус — один из самых тяжелых межпланетных космических кораблей, когда-либо запускавшихся, его общая масса составляет около 6000 кг, поэтому для достижения этого потребовалось много сил и много топлива».
«Через несколько недель, как только мы проанализируем новую орбиту Джуса, мы выполним вторую, гораздо меньшую часть маневра. Разделение маневра на две части позволяет нам использовать второй запуск двигателя, чтобы сгладить любые неточности первого».
Дополнительный, гораздо меньший маневр с использованием меньших двигателей Джуса может быть выполнен в мае 2024 года для окончательной настройки во время подхода к Земле.
Последнее использование главного двигателя до 2031 года.
Для миссии в восьмилетнем путешествии сжигание 10% запаса топлива всего за 43 минуты может показаться безумием. Но вложение всего этого топлива сейчас окупится на долгие годы вперед.
«Если с обеими частями этого маневра все пойдет хорошо, нам, вероятно, больше не придется использовать главный двигатель до тех пор, пока мы не выйдем на орбиту вокруг Юпитера в 2031 году», — говорит Игнасио Танко, менеджер по эксплуатации космического корабля Juice. «Для небольших корректировок траектории время от времени мы будем использовать меньшие двигатели Juice».
Но это не значит, что с момента прибытия Джуса на Юпитер не произойдет ничего интересного. Напротив, это путешествие интересно тем, что оно позволяет Джусу добраться до Юпитера, не запуская снова главный двигатель, что сокращает количество топлива, необходимого космическому кораблю, и позволяет наполнить его научными инструментами.
После двойного облета Земли и Луны в 2024 году (известного как «Гравитационная помощь Луны и Земли»; LEGA), Джус сначала совершит один облет Венеры в 2025 году и еще два облета Земли в 2026 и 2029 годах (оба без дополнительного ускорения от луна).
«Сегодняшний маневр позволит Джусу прибыть в систему Земля-Луна в нужное время в следующем году для двойного облета», — добавляет Игнасио.
«И благодаря умной траектории, разработанной нашей командой по анализу миссии, этот пролет почти идеально выровняет ее для всех остальных, и нам не придется снова запускать главный двигатель».
С каждым пролетом космический корабль будет получать больше энергии, чем можно было бы получить, сжигая разумное количество топлива — энергии, которая поможет ему подняться к Юпитеру, преодолевая притяжение солнечной гравитации.
«Было очень важно провести этот маневр сегодня. В противном случае стоимость — сколько топлива нам нужно будет сжечь, чтобы достичь новой орбиты, которая нам нужна — начнет резко возрастать», — говорит Игнасио.
Сегодняшний пожар также дал командам возможность убедиться, что главный двигатель Джуса работает правильно. Впервые он был испытан вскоре после запуска, но до сегодняшнего дня он не использовался для такого масштабного маневра в глубоком космосе.
«Раньше были некоторые вещи, которые мы не могли проверить. Например, у нас была только оценка того, как жидкость в топливных баках будет двигаться по мере ускорения космического корабля. Это очень важно знать точно, потому что, если топливо ведет себя не так, как мы ожидаем, это может привести к тому, что космический корабль отклонится от курса во время горения. Поэтому мы внимательно следим».
Следующая остановка: Юпитер.
В следующий раз Джусу обязательно придется запустить свой главный двигатель во время выхода на орбиту Юпитера в 2031 году. Это единственный наиболее важный маневр, за которым будут наблюдать команды ESOC.
Всего через 13 часов после пролета мимо Ганимеда и входа в систему Юпитера космическому кораблю придется замедлиться примерно на 1 км/с — в пять раз больше, чем изменение скорости, достигнутое сегодня.
«Это делает сегодняшний маневр также важным испытанием для вывода на Юпитер — чем раньше мы узнаем, есть ли у нас какие-либо проблемы с главным двигателем, тем лучше», — говорит Игнасио.
Оказавшись на орбите газового гиганта, Джус сможет начать исследование системы Юпитера. Команды ESOC проведут Джуса через серию из 35 облетов океанских спутников. Если раньше пролеты были ежегодным явлением, то на Юпитере они будут проводиться раз в две недели.
Эти крупные планы ледяных лун позволят космическим кораблям и ученым на Земле собрать данные, необходимые для лучшего понимания этих загадочных инопланетных миров.
Информация от: Европейским космическим агентством
