Используя свой главный двигатель, Juice изменил свою орбиту вокруг Солнца, чтобы выбрать необходимую траекторию для двойного гравитационного пролета мимо Земли и Луны, который состоится следующим летом.
Маневр длился 43 минуты и сжег почти 10% всего запаса топлива космического корабля. Это первая часть маневра, состоящего из двух частей, и возможно последнее включение главного двигателя Juice до его прибытия в систему Юпитера в 2031 году.
Миссия ESA Jupiter Icy Moons Explorer (Juice), запуск которой был осуществлен 14 апреля 2023 года с европейского космодрома во Французской Гвиане, состоит в проведении детальных наблюдений за гигантской газовой планетой и ее тремя большими океанскими спутниками — Ганимедом, Каллисто и Европой. Исследования начнутся после прибытия миссии к системе Юпитера в 2031 году.
Почему путь до Юпитера занимает так много времени? Краткий ответ заключается в том, что это связано не столько с расстоянием между Землей и Юпитером, сколько с борьбой с огромным гравитационным притяжением Солнца. Миссиям к гигантским газовым планетам, таким как Juice, Europa Clipper, Galileo или Juno, превратились бы в гигантские топливные баки, если бы им приходилось преодолевать гравитацию Солнца только с помощью двигателей.
Вместо этого они используют гравитационные маневры, чтобы получить достаточно энергии и разогнаться, преодолевая сильные гравитационные поля различных планет на своем пути.
Первый импульс Juice получит от Земли, когда он вернется в августе 2024 года, более чем через год после запуска. Фактически, во время первого в своем роде пролета Juice сначала пройдет мимо Луны, чтобы получить от нее дополнительный толчок и сделать пролет около Земли, который произойдет через 1,5 дня, еще более эффективным. Но даже с этим дополнительным ускорением, чтобы максимально эффективно использовать силу гравитации, Juice 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 главный двигатель Джуса проработал примерно 43 минуты. «На этот маневр было израсходовано 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 ESA в Германии.
На данный момент это крупнейший маневр Джуса. До сегодняшнего дня зонд Juice израсходовал всего около 10 кг топлива – в основном в рамках серии коротких прожиганий, используемых для освобождения застрявшей антенны RIME.
Будучи одним из самых тяжелых межпланетных космических кораблей, когда-либо запускавшихся, его общая масса составляет около 6000 кг, поэтому для достижения этого потребовалось много топлива.
«Этот первый ожог выполнил 95% работы, изменив скорость Juice почти на 200 м/с. Через несколько недель, как только мы проанализируем новую орбиту Джуса, мы выполним вторую, гораздо меньшую по размеру вторую часть маневра. Разделение маневра на две части позволяет нам использовать второй запуск двигателя, чтобы сгладить любые неточности первого», — добавляет Джулия.
Дополнительный маневр с использованием меньших двигателей Джуса может быть выполнен в мае 2024 года для окончательной точной 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 это вложение окупится на долгие годы вперед. «Если обе части этого маневра пройдут хорошо, нам, скорее всего, 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 мы будем использовать меньшие двигатели Juice».
Это путешествие интересно уже и тем, что оно позволяет космической станции Juice добраться до Юпитера без повторного запуска главного двигателя, что сокращает количество топлива, необходимого космическому кораблю, и позволяет наполнить его научными приборами. После двойного облёта Земли и Луны в 2024 году Джус сначала совершит один облёт Венеры в 2025 году и ещё два облёта 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 Солнца.
«Было очень важно провести этот маневр сегодня. В противном случае стоимость — сколько топлива нам нужно будет сжечь, чтобы выйти на новую орбиту, которая нам нужна — начнет резко возрастать», — говорит Игнасио.
Сегодняшнее включение двигателя также дало 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.
«Были некоторые вещи, которые мы не могли проверить до сих пор. Например, у нас была только оценка того, как будет двигаться жидкость в топливных баках по мере ускорения космического корабля. Это очень важно знать точно, потому что, если топливо будет вести себя не так, как мы ожидаем, это может привести к тому, что космический корабль отклонится от курса во время горения. Поэтому мы внимательно следим».
В следующий раз Джусу обязательно придется запустить свой главный двигатель во время «Вывода 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.
