Polskie przygotowania do misji badawczej Jowisza

Ganimedes, ulubieniec mitologicznego Zuesa, którego starożytni Rzymianie nazywali Jowiszem, na olimpijskim dworze pełnił funkcję podczaszego, który roznosił bogom nektar i ambrozję. Ganimedes to także nazwa największego księżyca w Układzie Słonecznym. Za jego odkrywcę uważa się Galileusza, który zaobserwował i opisał w XVII wieku wszystkie 4 największe Księżyce Jowisza: Io, Europę, Kallisto i samego Ganimedesa. Właśnie to ciało niebieskie jest głównym, choć nie jedynym, celem misji JUICE (JUpiter ICy Moons Explorer), która w 2022 roku wyruszy w trwającą ponad 7 lat podróż w stronę najmasywniejszej planety Układu Słonecznego.

- Chociaż jak dotąd udało się odkryć ponad 70 naturalnych satelitów orbitujących wokół największego z gazowych olbrzymów, masa czterech "księżyców Galileuszowych" stanowi niemal 99% masy materii krążącej wokół Jowisza. Na ich powierzchni znajdziemy lód, a naukowcy podejrzewają, że panujące na większej głębokości warunki, w tym obecność wody w stanie ciekłym, mogą być dogodne dla powstania życia - powiedział Jacek Kosiec, Prezes Creotech Instruments S.A.

Jak to jest możliwe, że tak daleko od Słońca może być woda w stanie ciekłym? Otóż, potężny Jowisz tworzy ze swoją gwiazdą unikalny układ grawitacyjny. Masa Jowisza jest tak wielka, że zakłóca grawitację jego satelitów. Według matematycznych modeli, opracowanych przez naukowców, prowadzi to do rozciągania się i kurczenia największych księżyców planety. Powstałe tarcie może "rozgrzać" ich jądra do sprzyjających temperatur. JUICE leci sprawdzić tę teorię.

Misja JUICE jest jednym z najambitniejszych projektów realizowanych obecnie przez Europejską Agencję Kosmiczną, a jej łączny koszt sięga niemal 900 mln euro. Projekt jest częścią strategicznego programu naukowego ESA o nazwie "Kosmiczna Wizja" (ang. Cosmic Vision). Celem europejskiej wizji kosmicznej jest odpowiedź na najważniejsze pytania dotyczące naszego wszechświata, czyli jakie warunki umożliwiają formowanie się planet i pojawianie się życia?, jak funkcjonuje Układ Słoneczny?, jakie fundamentalne prawa fizyki rządzą wszechświatem? oraz jak powstał Wszechświat i z czego jest zrobiony? Cele badawcze misji  JUICE są ścisłe powiązane z odpowiedzią na te pytania. Podróż do innych układów gwiezdnych w poszukiwaniu życia możliwa jest na razie wyłącznie poprzez podglądanie.

Zgodnie z założeniami misji badania w systemie Jowisza potrwają co najmniej trzy i pół roku, ale podróż na miejsce zajmie ponad dwukrotnie więcej czasu.

Ważący ponad 5 t statek kosmiczny wyniesiony zostanie przez masywną rakietę Ariane 5, a w długiej podróży w stronę Jowisza wykona kilka manewrów wykorzystujących tzw. asystę grawitacyjną. Manewry te polegają na wykorzystaniu grawitacji planety lub innego ciała niebieskiego do zwiększenia prędkości i zmiany kierunku lotu statku kosmicznego. Podczas podróży w stronę orbity Jowisza JUICE skorzysta z asysty grawitacyjnej Wenus i Marsa, a także, aż trzykrotnie, z asysty Ziemi. Skomplikowany tor lotu statku kosmicznego, który nie tylko musi dotrzeć w pobliże orbity Jowisza, ale musi to zrobić także w odpowiednim momencie (rok Jowisza, czyli czas obiegu planety wokół Słońca, to prawie 12 ziemskich lat), prześledzić można na wizualizacji przygotowanej przez Europejską Agencję Kosmiczną.

O sukcesie misji w dużej mierze zadecyduje to, czy licznym podmiotom zaangażowanym w budowę sondy JUICE uda się na czas zaprojektować i wyprodukować wszystkie elementy wchodzące w jej skład. W przeciwnym razie start zostanie przesunięty i nie wszystkie zaplanowane badania będą mogły być wykonane. Sonda musi ruszyć w podróż w stronę Jowisza w konkretnym, bardzo krótkim, bo trwającym tylko trzy tygodnie, oknie czasowym wiosną 2022 roku, aby wykorzystać koniunkcję położenia Wenus, Marsa i Ziemi.  Za integrację całego systemu odpowiadać będzie Airbus Defence and Space, ale w łańcuch dostawców zaangażowanych jest wiele firm i instytucji naukowych z całej Europy.

- Jesteśmy w trakcie weryfikacji naszych procesów produkcyjnych pod kątem zadań, za które będziemy odpowiadać uczestnicząc w projekcie JUICE. Prace przygotowawcze prowadzimy na zlecenie Europejskiej Agencji Kosmicznej. Misja jest bardzo wymagająca, ponieważ sonda, zarówno przemierzając pustkę Układu Słonecznego, jak i później, pozostając przez co najmniej trzy i pół roku w systemie Jowisza, narażona będzie na ekstremalne i zmienne warunki termiczne oraz wysoką radiację, szczególnie niebezpieczną dla komponentów elektronicznych. To niezwykle ważne, żeby w tych warunkach wszystkie elementy działały bez zarzutu, bo od tego zależy powodzenie całej misji - powiedział Paweł Kowalczyk, który w firmie Creotech Instruments S.A. odpowiada za obszar zapewnienia jakości.

Firma Creotech Instruments S.A. będzie odpowiadać za montaż części elementów elektronicznych dwóch z dziesięciu instrumentów badawczych, które znajdą się na pokładzie JUICE. Projektowanie i  testy tych elementów leżą w kompetencji inżynierów i naukowców z Centrum Badań Kosmicznych Polskiej Akademii Nauk, którego Creotech jest podwykonawcą.

Pierwszy z instrumentów nosi nazwę SWI (ang. Sub-millimeter Wave Instrument) i będzie wykonywał badania rozkładu temperatury, składu oraz dynamiki stratosfery i troposfery Jowisza, a także egzosfer i powierzchni księżyców lodowych. Wyposażony zostanie w antenę o średnicy 30cm. Drugi instrument nazwano RPWI (ang. Radio & Plasma Wave Investigation) i składają się na niego aż cztery mniejsze instrumenty, które pozwolą zdiagnozować w szerokim zakresie częstotliwości, właściwości pola elektrycznego i magnetycznego oraz opisać ekstremalne środowisko plazmowe w układzie Jowisza.  

Spółka Creotech Instruments S.A.TI jest także odpowiedzialna za zapewnienie wysoko wykwalifikowanych specjalistów-elektroników, którzy wspierają hiszpański oddział Airbus Defence & Space o nazwie CRISA w integracji lotnej elektroniki dla sondy JUICE. W tym wypadku nie chodzi o instrumenty naukowe, ale o platformę, na której oparta będzie architektura całej sondy JUICE.

Udział w misjach badających głęboki kosmos to dla każdej firmy działającej w sektorze kosmicznym nie tylko prestiż, ale też dowód unikatowych kompetencji. Oczekiwania stawiane przed uczestnikami tak złożonych projektów są bardzo wysokie, a wymagana niezawodność produkowanego sprzętu jest wielokrotnie wyższa niż ma to miejsce w przypadku budowy satelitów przeznaczonych do operowania na orbicie ziemskiej.

Jacek Kosiec, Prezes Creotech Instruments S.A., zwraca uwagę, że nasze bezpośrednie kosmiczne otoczenie znamy i rozumiemy już dosyć dobrze. Dysponujemy też technologią, która gwarantuje niezawodną łączność z satelitami na orbitach bliskich Ziemi. Eksploracja głębokiego kosmosu stawia jednak przed nami zupełnie nowe wyzwania.

- Już sam fakt, że komunikacja z sondą JUICE, od nadania komunikatu przez sondę, do odbioru przez nią sygnału zwrotnego, trwać będzie prawie 2 godziny, stawia przed uczestnikami tego projektu ogromne wyzwania, w zakresie zapewnienia wysokiego poziomu autonomiczności systemów misji, a to wszystko w warunkach próżni, ekstremalnej radiacji i zmiennych temperatur. Dlatego niezawodność wszystkich części składowych sondy jest tak ważna - podsumował Jacek Kosiec.

Creotech Instruments S.A., jako jedyna polska firma dysponuje doświadczeniem w montażu elektroniki przeznaczonej do misji w głębokim kosmosie. Firma odpowiadała za produkcję podzespołów orbitera TGO (Trace Gas Orbiter), który wykonuje zobrazowania powierzchni Marsa w ramach misji ExoMars. Uczestnictwo w misji JUICE to zatem kolejny projekt, w którym Creotech skorzystać może ze swojego doświadczenia i unikatowych na polskim rynku kompetencji.