Використовуючи свій головний двигун, Juice змінив свою орбіту навколо Сонця, щоб вибрати необхідну траєкторію для подвійного гравітаційного прольоту повз Землю і Місяць, що відбудеться наступного літа.
Маневр тривав 43 хвилини та спалив майже 10% усього запасу палива космічного корабля. Це перша частина маневру, що складається з двох частин, і, можливо, останнє включення головного двигуна Juice до його прибуття в систему Юпітера в 2031 році.
Місія ESA Jupiter Icy Moons Explorer (Juice), запуск якої було здійснено 14 квітня 2023 року з європейського космодрому у Французькій Гвіані, полягає у проведенні детальних спостережень за гігантською газовою планетою та її трьома великими океанськими супутниками — Ганімедом, Каллісто та Європою. Дослідження розпочнуться після прибуття місії до системи Юпітера у 2031 році.
Чому шлях до Юпітера займає так багато часу? Коротка відповідь полягає в тому, що це пов'язано не стільки з відстанню між Землею та Юпітером, скільки з боротьбою з величезним гравітаційним тяжінням Сонця. Місіям до гігантських газових планет, таких як Juice, Europa Clipper, Galileo або Juno, перетворилися б на гігантські паливні баки, якби їм доводилося долати гравітацію Сонця лише за допомогою двигунів.
Натомість вони використовують гравітаційні маневри, щоб отримати достатньо енергії та розігнатися, долаючи сильні гравітаційні поля різних планет на своєму шляху.
Перший імпульс Juice отримає від Землі, коли він повернеться у серпні 2024 року, більш як через рік після запуску. Фактично, під час першого у своєму роді прольоту Juice спочатку пройде повз Місяць, щоб отримати від нього додатковий поштовх і зробити проліт біля Землі, який відбудеться через 1,5 дні, ще ефективнішим. Але навіть з цим додатковим прискоренням, щоб максимально ефективно використовувати силу гравітації, Juice повинен прибути в систему Земля-Місяць точно в потрібний час, з правильною швидкістю і рухатися у правильному напрямку.
Ось тут і стане в нагоді сьогоднішній маневр. 17 листопада у головний двигун Джуса пропрацював приблизно 43 хвилини. «На цей маневр було витрачено приблизно 363 кг палива — або майже рівно 10% від 3650 кг палива, з якими стартував Джус», — говорить Джулія Шварц, інженер з динаміки польоту в центрі управління польотами ESOC ESA в Німеччині.
На даний момент це найбільший маневр Джуса. До сьогоднішнього дня зонд Juice витратив всього близько 10 кг палива - в основному в рамках серії коротких марнотратів, що використовуються для звільнення антени RIME, що застрягла.
Будучи одним із найважчих міжпланетних космічних кораблів, що коли-небудь запускалися, його загальна маса становить близько 6000 кг, тому для досягнення цього знадобилося багато палива.
«Цей перший опік виконав 95% роботи, змінивши швидкість Juice майже на 200 м/с. Через кілька тижнів, як тільки ми проаналізуємо нову орбіту Джуса, виконаємо другу, набагато меншу за розміром другу частину маневру. Поділ маневру на дві частини дозволяє нам використовувати другий запуск двигуна, щоб згладити будь-які неточності першого», — додає Джулія.
Додатковий маневр з використанням менших двигунів Джуса може бути виконаний у травні 2024 року для остаточного точного налаштування під час підходу до Землі.
Останнє використання головного двигуна до 2031 року
Для місії у восьмирічній подорожі спалювання 10% запасу палива всього за 43 хвилини може здатися безумством. Але це вкладення окупиться довгі роки вперед. "Якщо обидві частини цього маневру пройдуть добре, нам, швидше за все, більше не доведеться використовувати головний двигун доти, поки ми не вийдемо на орбіту навколо Юпітера в 2031 році", - говорить Ігнасіо Танко, менеджер з експлуатації космічного корабля Juice. «Для невеликих коригувань траєкторії ми будемо використовувати менші двигуни Juice».
Ця подорож цікава вже і тим, що вона дозволяє космічній станції Juice дістатися Юпітера без повторного запуску головного двигуна, що скорочує кількість палива, необхідного космічному кораблю, і дозволяє наповнити його науковими приладами. Після подвійного обльоту Землі та Місяця у 2024 році Джус спочатку здійснить один обліт Венери у 2025 році та ще два обльоти Землі у 2026 та 2029 роках (обидва без додаткового прискорення від Місяця).
«Сьогоднішній маневр дозволить Джусу прибути в систему Земля-Луна в потрібний час наступного року для подвійного обльоту», - додає Ігнасіо. «І завдяки розумній траєкторії, розробленій нашою командою з аналізу місії, цей проліт майже ідеально вирівняє її для решти, і нам не доведеться знову запускати головний двигун».
З кожним прольотом космічний корабель отримуватиме більше енергії, ніж можна було б отримати, спалюючи розумну кількість палива — енергії, яка допоможе йому піднятися до Юпітера, долаючи тяжіння Сонця.
«Було дуже важливо провести цей маневр сьогодні. А якщо ні, то вартість — скільки палива нам потрібно буде спалити, щоб вийти на нову орбіту, яка нам потрібна — почне різко зростати», — каже Ігнасіо.
Сьогоднішнє включення двигуна також дало командам можливість переконатися, що головний двигун Джуса працює правильно. Вперше він був випробуваний невдовзі після запуску, але досі він не використовувався для такого масштабного маневру в глибокому космосі.
«Були деякі речі, які ми не могли перевірити досі. Наприклад, у нас була лише оцінка того, як рухатиметься рідина у паливних баках у міру прискорення космічного корабля. Це дуже важливо знати точно, тому що якщо паливо поводитиметься не так, як ми очікуємо, це може призвести до того, що космічний корабель відхилиться від курсу під час горіння. Тому ми уважно стежимо».
Наступного разу Джусу обов'язково доведеться запустити свій головний двигун під час «Виведення на орбіту Юпітера» у 2031 році. Це єдиний найважливіший маневр, за яким спостерігатимуть команди ESOC. Усього через 13 годин після прольоту повз Ганімед і входу в систему Юпітера космічному кораблю доведеться сповільнитися приблизно на 1 км/с - у п'ять разів більше, ніж зміна швидкості, досягнута сьогодні. «Це робить сьогоднішній маневр також важливим випробуванням для виведення на Юпітер — чим раніше ми дізнаємося, чи є у нас проблеми з головним двигуном, тим краще», — каже Ігнасіо.
Опинившись на орбіті газового гіганта, Джус зможе розпочати дослідження системи Юпітера. Команди ESOC проведуть Джуса через серію із 35 обльотів океанських супутників. Якщо раніше прольоти були щорічним явищем, то на Юпітері вони проводитимуться раз на два тижні.
Ці великі плани крижаних місяців дозволять космічним кораблям та вченим на Землі зібрати дані, необхідні для кращого розуміння цих загадкових інопланетних світів.
