Интензивното излъчване около Юпитер оформя всеки аспект на мисията Юнона, особено орбитата на Юнона. Данните показват, че има пропаст между радиационните пояси, които обграждат Юпитер, и облачните върхове на Юпитер. Юнона ще трябва да „вкара иглата“ и да премине през тази пропаст, за да сведе до минимум излагането й на радиация и да изпълни своите научни цели. Като допълнение към сложността на мисията Juno е фактът, че дизайнът на космическия кораб, научните цели и орбиталните изисквания всички се оформяха.
Не бях сигурен с какъв въпрос да започна това интервю: Как условията около Юпитер, най-вече неговата радиация, оформи орбитата на Юнона? Или как е била необходима орбитата, необходима на Юнона, за да оцелее при екстремната радиация на Юпитер. Или накрая, как целите на науката оформиха орбитата на Джуно?
Скот Болтън, главен следовател на НАСА за мисията Юнона в Юпитер. Кредит за изображения: НАСА
Както виждате, мисията Juno изглежда като малко гордиев възел. И трите въпроса, сигурен съм, трябваше да бъдат зададени и отговаряни няколко пъти, като отговорите оформяха останалите въпроси. За да помогна за разплитането на този възел, говорих със Скот Болтън, главен следовател на НАСА за мисията Juno. Като човек, отговорен за цялата мисия на Juno, Скот има цялостно разбиране на научните цели на Juno, дизайна на Juno и орбиталния път, който Juno ще следва около Юпитер.
EG: Здравей Скот. Благодаря, че отделихте време да говорите с мен днес. Излъчването на Юпитер е голяма опасност, с която Юнона трябва да се справи, а титановият свод на Юно е създаден да защитава електрониката на Юнона. Но орбитата на Джуно е частично оформена от радиацията около Юпитер. Как излъчването около Юпитер оформи орбитата на Юнона?
"... знаехме, че регионът около Юпитер е наистина лош, опасен и суров с радиация ..."
SB: Е, това ограничи нашия избор, да речем. Орбитата на Джуно беше избрана чрез комбинация от възможности за научни измервания, които се нуждаеха от определен вид геометрия или местоположение на космическия кораб, за да се извърши, и факта, че трябваше да избягваме възможно най-опасния регион, в общи линии, в слънчева система. Това изискваше да сме много близо до Юпитер и полярни по ориентация. Преминаваме полюсите на Юпитер. И знаехме, че регионът около Юпитер е наистина лош, опасен и суров с радиация, но ние също никога не бяхме влизали там с космически кораб. Така че не сме много сигурни колко е груба или как точно е оформена. Просто имаме някои идеи.
Но чрез аналогии със Земята и чрез моделиране успяхме да измислим начин да постигнем научните цели, които искахме и все пак да останем извън най-лошите региони. Юнона влиза над полюсите и ще се спусне много близо до Юпитер по начин, по който вярваме, че ще бъде между радиационните пояси и самата атмосфера на Юпитер.
На Земята има малък прозорец между нашите собствени радиационни пояси - които не са толкова опасни, колкото Юпитер, но са оформени по подобен начин - и земната атмосфера. Има пропаст там и имаме доказателства, че има и празнина при Юпитер и ние вкарваме тази игла.
EG: Откъде дойдоха доказателствата за тази пропаст, различни от самото гледане на поясите на Ван Алън на Земята? Имаше ли наблюдения от някоя от обсерваториите на НАСА, които показаха, че около Юпитер ще има подобна пропаст?
SB: Използвахме радио телескопи като VLS (Very Large Array) и други радиотелескопи по целия свят, които могат да гледат Юпитер, а при определени честоти виждат така нареченото синхротронно излъчване. Синхротронното излъчване е много високоенергийни електрони, които се движат с близка скорост на светлината и те отделят радио емисии. Те го раздават в много специфична геометрия, базирана на релативистка физика. Това можем да видим и това ни казва нещо за това как се оформя радиацията и как се разпределя популацията на високоенергийни електрони. Това се използва в моделите и ние можем да посочим, че трябва да има малко празнина, отчасти защото, когато погледнем това излъчване, изглежда, че той отпада, тъй като се приближава много до Юпитер. Но ние имаме ограничена резолюция, така че въпреки че има индикация, че има разлика между Юпитер и неговите радиационни пояси, няма положително доказателство.
EG: Значи самата Юнона ще бъде положителното доказателство, че има разлика между Юпитер и неговите радиационни пояси?
SB: Да. И тогава имаме още едно измерване, което ни помага да разберем това. Космическият апарат Галилео, който обикаля около Юпитер в средата на 90-те, съдържа сонда, която влезе в атмосферата на Юпитер, за да разбере от какво е направена. Тази сонда направи някои измервания с някои много сурови инструменти, почти като броячи на Гайгер, а данните от тези измервания показват пик на радиация и след това пропаст близо до Юпитер. Това ни даде още доказателства, че съществува празнина. Въпреки че е много ограничен набор от данни, той е в съответствие с моделите от радиотелескопите.
EG: Сигурно сте имали предвид научните цели за мисията Juno, така че как това разбиране за радиационните пояси на Юпитер и орбитата, необходимо за избягването им, оформя научните цели на мисията Juno? Принуди ли изобщо някакви цели да бъдат изоставени?
"Всъщност именно научните цели в основата си задвижваха орбитата."
SB: Нищо подобно. Всъщност именно научните цели в основата си задвижваха орбитата. Това ни накара да искаме да се сближим наистина. Въпросът беше колко близо можем да достигнем, че е безопасно и колко пъти можем да орбитираме? Така че бих казал, че това, което радиацията прави, не е променила нашата орбита толкова много, колкото да ограничи броя пъти, в които можем да орбитираме. Така че имахме ограничен живот и поради това ограничено време на живот влязохме в орбита, която ни позволи да картографираме планетата възможно най-бързо. Искаме да летим край него много отблизо, на много различни дължини, които са равномерно разположени.
Целите на науката и ограниченията на радиационните пояси ни казват, че Джуно ще продължи само толкова дълго, така че трябва да направите картата за ограничен период от време. Така че има малко компромиси. Може би е имало начин да защитим Juno по-дълго с повече титан, повече екраниране, за да издържи малко по-дълго, но в крайна сметка става толкова лошо, че не съм сигурен дали сме го защитили повече, че ще издържи повече.
„Ако бях в състояние да сложа достатъчно количество гориво на борда, можех да променя орбитата в средата на мисията…“
EG: Намаляваща възвръщаемост, предполагам?
SB: Точно така. Така че ограниченията на инженерството и практичността на това, което можем да изстреляме на ракета, са наистина това, което ни ограничи. Ако бях в състояние да сложа достатъчно количество гориво на борда, можех да променя орбитата в средата на мисията, за да ни позволи да продължим по-дълго. Това обаче ще изисква огромно количество гориво. Случва се, когато сте близо до Юпитер, той не е напълно симетричен, така че започва да променя формата на орбитата на Джуно.
EG: Значи трябва да направите корекции след това, за да поддържате орбитата?
SB: Да, но не можем. Нямаме достатъчно гориво, за да направим нещо подобно, така че трябва да живеете с това, което Юпитер прави на орбитата. Така той започва да усуква орбитата наоколо и всеки път, когато идваме от Юпитер, започва да усуква орбитата малко повече. Използваме го научно малко, но реалността е просто нещо, с което трябва да живеем. За първата половина на мисията, ако режимите са правилни, няма да се налага да се справяме с максималното количество радиация, но към втората половина на мисията тя започва да се влошава. Не можем да избегнем радиационните колани толкова, колкото можехме в началото. Това всъщност е това, което ограничава живота на мисията Juno.
EG: Така че Юпитер постоянно влияе върху орбитата на Юнона и имате ограничен капацитет да се справите с това?
SB: Това е правилното. Това е така, защото Юпитер не е перфектна сфера.
EG: И една от целите е да картографира гравитацията на Юпитер?
SB: Да, за да разбера колко точно несъвършен е сферата (смях.) И след това да се поучим от това каква е вътрешната структура и оттам как се е образувала.
EG: Изглежда, че е подходящ момент да попитате каква е формата на орбитата на Джуно? Колко близо до Юпитер ще се доближи и до колко далеч ще стигне по време на орбитата си?
"... ние сме в близост до външните луни, близо до Калисто или така."
SB: Това е елипса, като повечето орбити, а най-близката му точка за приближаване е на около 5000 км (3100 мили) над върховете на облака или така, и това се нарича perijove. От другата страна, ние сме в близост до външните луни, близо до Калисто или т.н.
EG: Доста разстояние, тогава.
SB: Да, това е доста разстояние Джуно ще отнеме 14 дни, за да завърши орбита. И тогава другата ориентация е точно над полюсите. Точно над северния и южния полюс. Но ние не влизаме в тази орбита веднага. Първо трябва да изстреляме нашите ракети и попадаме в много по-голяма орбита, която отнема около 53 дни, а разстоянието, което изминаваме от Юпитер, е толкова по-далеч. В течение на първите няколко месеца имаме достатъчно гориво, за да модифицираме орбитата, за да получим това, което в крайна сметка искаме, а това отнема няколко месеца.
EG:Така Juno също е със слънчево захранване, различно от горивото си, за да промени орбитата си. Трябва да останете изложени на слънце, така че това трябва да е допълнително при проектирането на вашата орбита?
„… Като цяло избягваме сенките или окупациите от Юпитер.“
SB: Да, това беше допълнително ограничение в смисъл, че искам да избегна навлизането в сянката на Юпитер. Искам слънчевите панели винаги да виждат слънцето. Можем да изминем кратки периоди от време без това, но като цяло избягваме сенките или окупациите от Юпитер.
EG: Това ли е причината орбитата да ви отведе толкова далеч от Юпитер? За да не попаднете в сянката на Юпитер?
SB: Да, точно така. Въпреки че бихте могли да го избегнете, дори да сте толкова близо, ако орбитирате встрани. Не е нужно да минавам зад Юпитер, дори ако орбитата беше малка. Но трябва да изчислите всичко това и да се уверите.
EG: Ще бъдат ли активни всички инструменти на Juno през всичките му орбити? Или някои от орбитите са посветени на определени сензори и инструменти?
SB: По принцип всички инструменти са активни. Но имаме орбити, които са фокусирани върху определени неща, базирани на изисквания за посочване. Например измерването на гравитацията. Когато искаме да измерим гравитационното поле, трябва да се уверим, че антената е насочена към Земята колкото е възможно повече. Ето как измервате гравитационното поле, гледате ли на сигнала, който Джуно изпраща обратно на Земята, и измервате доплеровото изместване на радиосигнала и това ви казва как гравитационното поле е натиснало и дръпнало Юнона.
Когато не измерваме гравитационното поле, имаме други инструменти, които биха предпочели да сочат директно към Юпитер. Те все още могат да вземат данните, докато измерваме гравитационното поле, но е по-добре, ако сочат директно към Юпитер. Можем да толерираме това, тъй като слънчевите масиви все още са насочени към слънцето и все още можем да поддържаме комуникация с космическия кораб, просто не можем да получим пълното измерване на гравитационното поле.
„… В самия край на мисията слънчевите клетки не се очаква да изпълняват така, както в началото.“
Така че имаме някои орбити, които са посветени на тази геометрия. Разбира се, когато сме посветени на това, което беше, че можем просто да изключим гравитационната система, ако не я използвахме. Но мисля, че според нашите оценки сега нашата сила е достатъчна, за да можем да ги поддържаме едновременно. Независимо дали го правим или не, не е задължително, но в самия край на мисията не се очаква слънчевите клетки да се изпълняват толкова добре, колкото в началото.
EG: Това е заради радиацията? По същата причина, поради която електрониката е чувствителна, слънчевите клетки ще се разграждат с времето?
SB: Това е вярно. Така че ние ги защитаваме, но не знаем колко добре ще работи точно. Нямаме го в плановете си, но можем да го приспособим с идеята, че в края на мисията, ако нямаме достатъчно мощност да изпълним всичко, можем да започнем да затваряме някои от инструментите, които имат направихме по-голямата част от науката, която ние искахме от тях. Можем да подредим завои за кои инструменти са включени и кои не.
EG: Това дава ли ви гъвкавост на мисията, ако радиацията е по-силна, отколкото предполага моделирането? Ще имате някаква гъвкавост да давате приоритет близо до края?
SB: Това е правилното. В момента нашите модели предполагат, че няма да трябва да го правим, но можем да завъртим този циферблат, ако се наложи.
EG: Чудя се за подробното моделиране, което сте направили за радиацията на Юпитер и мисията Юнона, и разглеждам информацията, налична на уебсайтовете на НАСА и други източници. Предполага се, че не се очаква всички инструменти на Juno да преживеят 33-те орбити, нали така? Има ли някакъв най-добър сценарий за оцеляване на инструмента? Чел съм, че JIRAM (Инфрачервен аерорален Mapper на Юпитер) и може би Junocam може да издържи само до 8-та орбита, а микровълновият радиометър може да продължи само до орбита 11. Това ли е най-добрият сценарий? Или повече по средата на модела на пътя, който следвате тези номера на орбита?
SB: Надяваме се, че това е най-лошият сценарий. Те са проектирани така, че да оцелеят с коефициент 2 маржа на радиация. Вероятно е малко по-голям от коефициент два. Така че те трябва да могат да го правят без проблем. Ще бъде изненада, ако не издържат толкова дълго. Нашето очакване е, че те вероятно ще стигнат до края на мисията. Но аз не разчитам на това и не ми е необходимо. Произтича от факта, че няколко от тези инструменти нямат своя електроника вътре в трезора на <Titan>.
EG: Това ли е, защото не се нуждаят от всички 33 орбити, за да изпълнят мисията си? Предвидено ли е инструментите да бъдат вътре в титановия свод въз основа на колко орбити са им необходими, за да завършат мисията си?
„В трезора с цялата електроника може да бъде доста топло място, а някои инструменти са малко по-добри, когато е студено.“
SB: Това е вярно. Ето как направихме този избор. Те очевидно се нуждаеха от някаква защита от радиацията на Юпитер, така че около тях има малки кутии, но не като гигантския свод. Има и други причини, поради които те не са в трезора. Има някои ползи от преместването им. В свода с цялата електроника може да бъде доста топло място, а някои инструменти са малко по-добре, когато е студено. Така че има различни сделки, които продължават. Но вие сте го характеризирали добре в смисъл, че не са ни необходими, за да задоволим целите на науката, за да ги накараме да издържат цялата мисия. Но моето очакване е, че има ползи, ако продължат по-дълго, така че имаме надежда, когато ги проектирахме, че те ще продължат по-дълго.
EG: Скот, какво е официалното ти заглавие в НАСА?
SB: Официално се нарича Главен следовател. Така че аз съм главният следовател на мисията Juno. Това е официално заглавие, което означава само нещо за хората от НАСА
EG: Значи сте били в дизайна на мисията още от началото на Juno?
SB: О да. Аз някак си създадох цялата работа или целия процес. Това, което главният следовател означава за обикновения човек, е, че аз отговарям за Juno. За всичко и всичко свързано с Джуно, аз отговарям за нейния успех. Независимо дали става въпрос за дизайн, инженерство, наука, да го изградите навреме, да харчите твърде много пари, график, всякакви подобни неща. Друг начин да го кажа е, че ако нещо се обърка, аз съм този, който е обвинен [смях.]
EG: Е, мисля, че много от това ще се оправи (смях.) Така че, подобно на себе си, вие трябва доста нетърпеливо да очаквате пристигането на Юнона в Юпитер. Коя е най-интересната и вълнуваща част от мисията на Джуно, ако трябва да изберете едно нещо? Сигурен съм, че е почти невъзможно да се отговори. И какво може да ви изненада? Когато погледнем пристигането на New Horizon в Плутон и изненадващите неща, които намерихме там, или Касини откри ледени гейзери, винаги ни се струва изненада. Какво мислите, че е най-вълнуващо за Juno или какво според вас може да бъде изненадващо откритие?
"... вълнуващата част от Juno е, че отиваме някъде, където никой никога не е ходил досега."
SB: Е, по дефиницията на изненадата, не мога да предположа. Нищо от тези неща не можеше да се очаква, поради което бяха изненади. Но знаете, вълнуващата част от Juno е, че отиваме някъде, където никой никога не е ходил. Ще направим измервания, които никога не са правени. Имаме инструменти, които просто никога не са били създавани преди, камо ли да ги вкарате в тази уникална орбитална геометрия, където можете да правите специални измервания. Затова мисля, че очакването да научим нещо съвсем ново, което ще ни изненада, е вълнуващата част.
Какво всъщност ще научим, че ще промени представите си за това къде сме попаднали и как стигнахме тук? Какво всъщност е Юпитер? Има толкова много загадки за него и е толкова важно. Дори днес нещата, които научихме за нашата собствена слънчева система, и нещата, които научихме за други слънчеви системи, тъй като успяхме да започнем да виждаме екзопланети, само направиха Юпитер още по-важен за нас. Той наистина държи ключа и мисля, че вълнуващото е, че най-накрая ще отключим една от вратите към тези тайни. Ние помагаме да направим пътя за бъдещите мисии да научат още повече.
Другото, което ме вълнува е, въпреки че съм наречен главен следовател и ако попитате НАСА какво означава това и ви кажат, че съм отговорен за всичко, истинската истина е, че не е един човек. Огромен екип направи това. Това помогна да го проектираме, създадохме начин да го направим, разбрахме ограниченията, разбрахме как може да работи, разбрахме технологиите, от които се нуждаем, за да се осъществим и в основата си имаше визията да го създадем и способност за прилагането му и привеждане на тази визия в реалност. Развълнуван съм, че съм част от този екип от хора, които постигат това и че този екип всъщност е просто част от нашето общество и човечество, което се опитва да измисли нещата. Неща като това как се вписваме в природата и как работи Вселената. Просто по принцип съм развълнуван да бъда част от нещо, което се опитва да направи нещо подобно.
EG: Страхотно е и напълно съм съгласен с думите ви и мисля, че е вълнуващо за мен и за читателите на Space Magazine. Това е огромна мисия и нямаме търпение да започнем да получаваме някакви резултати. И малко снимка. Супер вълнуващо е
SB: Аз също. [смях]
EG: Благодаря, че отделихте време да говорите с мен днес Скот. Дано да поговорим отново. Знам, че хората са силно заинтересовани от мисията Juno.
SB: Моля. Приятен ден.
