Юпитердің мұзды айларын зерттеу миссиясының тоқтатылуы

Кіріспе

Юпитер мұзды айларына бағытталған NASA орбиталық миссиясы тоқтатылды.
Еуропалық ғарыш агенттігі миссиясы.

Юпитер мұзды айларын зерттеу үшін NASA ғарыш кемесі жобаланды. Басты мақсат – Еуропа айы, онда сұйық судан тұратын мұхит шетелдік өмірге орын болуы мүмкін. Ганимед пен Каллисто да қызығушылық тудырды, өйткені олардың мұзды беттерінің астында сұйық, тұзды мұхиттар бар деп саналады, және осы зонд оларды да зерттеуге тиіс болған.

JIMO ғарыш кемесі

JIMO-да көптеген революциялық мүмкіндіктер болуы тиіс еді. Юпитердің серіктеріне негізгі сапары барысында оны жоғары қуатты электрлік жетегі немесе NEXIS қозғалтқышы арқылы иондық жетегімен қозғалтуға, ал шағын ядролық реактормен қуаттандыруға жоспарланған. Брейтондық қуат түрлендіру жүйесі реактордың жылуын электр энергиясына айналдыратын еді. Күн энергиясынан немесе радиоизотоптық термоэлектр генераторларынан (РТГ) мың есе артық электр қуатын беретін реактор, толыққанды мұзды тесіп өтетін радар жүйесін іске қосуға және жоғары өткізгіштікке ие, күшті деректерді жіберуге мүмкіндік беретіні күтілді. Электр жетегін пайдалану (8 иондық қозғалтқыш, сондай-ақ әртүрлі өлшемдегі Холл жетегіштер) Юпитердің серіктерінің айналасындағы орбитаға кіруге және одан шығуға, қазіргі ғарыш аппараттарына қарағанда толыққанды байқау және картографиялау мүмкіндіктерін жасауға мүмкіндік беретін еді, себебі олар отынның шектеулі болуына байланысты қысқа ұшу маневрлерін жасауға мәжбүр. Жоспар бойынша реактор ғарыш аппаратының алдыңғы бөлігінде, сезімтал жабдықтарды қорғайтын күшті радиациялық қалқанның артында орналастырылуы керек еді. Реактор зонд Жер орбитасынан жеткілікті алшақтағаннан кейін ғана қосылатын еді, осылайша орбитаға шығарылатын радионуклидтердің мөлшері азайтылатын еді. Бұл конфигурация Күн жүйесінің сыртқы бөліктеріне жасалған бұрынғы миссияларда қолданылған РТГ-лерге қарағанда қауіпсіз деп есептелді. "Еуропаға қондыру" миссиясы JIMO құрамына кіші ядролық қуатпен жұмыс істейтін "Еуропаға қондыру" аппаратын қосуды ұсынды. Ол орбиталық аппаратпен бірге саяхаттайтын еді, ол сонымен қатар Жермен байланыс релесі ретінде де қызмет ететін еді. Ол Еуропаның өмірге жарамдылығын зерттейтін және оның астробиологиялық әлеуетін, Еуропаның мұзды қабығының ішінде және астындағы судың болуын растау және оның сипаттамаларын анықтау арқылы бағалайтын еді. Northrop Grumman 2004 жылдың 20 қыркүйегінде Lockheed Martin және Boeing IDS компанияларын жеңіп, 400 миллион АҚШ долларына алдын ала жобалау шартын жеңіп алды. Шарты 2008 жылға дейін күшінде болуы тиіс еді. Құрылыс және жеке құралдарды қамтитын жеке шарттар кейінірек тағайындалатын еді.

JIMO was to have a large number of revolutionary features. Throughout its main voyage to the Jupiter moons, it was to be propelled by an ion propulsion system via either the High Power Electric Propulsion or NEXIS engine, and powered by a small fission reactor. A Brayton power conversion system would convert reactor heat into electricity. Providing a thousand times the electrical output of conventional solar or radioisotope thermoelectric generator (RTG) based power systems, the reactor was expected to open up opportunities like flying a full scale ice penetrating radar system and providing a strong, high bandwidth data transmitter. Using electric propulsion (8 ion engines, plus Hall thrusters of varying sizes) would make it possible to go into and leave orbits around the moons of Jupiter, creating more thorough observation and mapping windows than exist for current spacecraft, which must make short fly by maneuvers because of limited fuel for maneuvering. The design called for the reactor to be positioned in the tip of the spacecraft behind a strong radiation shield protecting sensitive spacecraft equipment. The reactor would only be powered up once the probe was well out of Earth orbit, so that the amount of radionuclides that must be launched into orbit is minimized. This configuration is thought to be less risky than the RTGs used on previous missions to the outer Solar System. The Europa Lander Mission proposed to include on JIMO a small nuclear powered Europa lander. It would travel with the orbiter, which would also function as a communication relay to Earth. It would investigate Europa's habitability and assess its astrobiological potential by confirming the existence and determining the characteristics of water within and below Europa's icy shell. Northrop Grumman was selected on September 20, 2004 for a US$400 million preliminary design contract, beating Lockheed Martin and Boeing IDS. The contract was to have run through to 2008. Separate contracts, covering construction and individual instruments, were to be awarded at a later date.

Ядролық қозғалтқыш

JIMO миссиясы ұзақ мерзімді миссия үшін ядролық электрлік жетегін қамтуды көздеген, қуаты 200 кВт-қа жуық кішкентай ядролық электр станциясымен қамтамасыз етілетін жүйе. Ядролық жетегін дамыту бағдарламасы 2003-2005 жылдары АҚШ Энергетика министрлігінің (DOE) Naval Reactors тармағымен жүргізілді.

Миссияның профилі

2015 жылдың мамырында екі көшіру сатысы мен зондты құрастыру үшін LEO-ға үш ұшыру жоспарланған. Көшіру сатылары зондты 2015 жылдың қазан айының соңынан 2016 жылдың қаңтар айының ортасына дейінгі ұшыру кезеңінде Юпитерге қарай траекторияға шығару үшін жасалды. Ұшудың алғашқы айында зондтың негізгі құрылымдары жайылтылып, ядролық реакторы қосылып, қозғалтқыштар сынақтан өткізілетін еді. Планетааралық сапар 2021 жылдың сәуір айына дейін созылар еді (иондық қозғалтқыштар уақыттың үштен екі бөлігінде жұмыс істеуге тиіс еді). Зонд Юпитердің тартылыс аймағына енгеннен кейін, навигация күрделене түсер еді. Зонд орбитаға ену үшін гравитациялық маневрлерді пайдалануға мәжбүр болар еді. Зонд Каллистоны, содан кейін Ганимедті әрқайсысын үш айдан зерттейтін еді, ал соңында Еуропаны бір ай бойы зерттеу жоспарланған (орбиталық жағдайлар қолайлы болғанда Ионы зерттеу де қарастырылған). 2025 жылдың қыркүйегінде миссия аяқталысымен аппарат Еуропаның тұрақты орбитасына орналастырылар еді.

Күшін жою

NASA-дағы экипажды ғарышқа ұшуға басымдық беру саясатының нәтижесінде, жоба 2005 жылы қаржыландырудан айырылып, JIMO миссиясы тоқтатылды. Басқа мәселелермен қатар, ұсынылған ядролық технология тым жоғары мақсатты деп саналды, сондай-ақ бірнеше рет ұшыру және орбитада құрастыру миссиясының архитектурасы да амбициялық болды. 2005 жылдың көктемі мен жазында JIMO жобасындағы Жетісу Ғарыш Зерттеулер Лабораториясының инженерлері жұмыстан босатылды немесе басқа қызметке ауыстырылды. Бюджеттік өзгерістерге байланысты NASA енді Жерге жақын мақсатқа демонстрациялық миссияны жоспарлап отыр, онда реактор мен жылуды тарату жүйесі сынақтан өтеді. Ғарыш кемесінің көлемі де бастапқы өлшемдерінен кішірейтілуі мүмкін. Миссия тоқтатылған кезде ол жоспарлаудың бастапқы кезеңінде болды және 2017 жылға дейін ұшырылуы күтілмеген еді. Бұл NASA-ның "Прометей жобасы" бағдарламасы аясындағы алғашқы ұсынылған миссия болды, бұл бағдарлама ғарыш кемелерін жылжыту үшін ядролық бөлінуді дамытуға бағытталған.

Кейінгі ұсынылатын ауыстырулар

JIMO-дан кейін NASA және ESA Юпитердің серіктеріне бірлескен миссияны жоспарлады, ол Еуропа-Юпитер жүйесі миссиясы болды. Бұл миссия да 2011 жылы тоқтатылды. Одан бері ESA бұл жоба бойынша жеке жұмыс істеуді жалғастырды және 2012 жылдың 2 мамырында басқа екі ESA миссиясының орнына Jupiter Icy Moon Explorer (JUICE) миссиясын қаржыландыруға таңдады. JUICE миссиясы Юпитердің Еуропа, Каллисто және Ганимед серіктерін зерттейді және 2023 жылдың 14 сәуірінде Ariane 5 тасығыш зымыранымен ESA L классының миссиясы ретінде ұшырылды. 2010 жылдардың соңында Europa Clipper NASA-ның Еуропаға бағытталған негізгі миссиясы болды, оның ерекшелігі – ол күн энергиясымен жұмыс істейді және серіктің айналысына түспей, оның маңынан бірнеше рет өтеді. Тағы бір ұқсас миссия – Europa Lander, Еуропа Клиперді толықтыру мақсатындағы NASA-ның Еуропа астробиологиялық миссиясы. Europa Clipper 2024 жылы, ал Europa Lander 2025 жылы ұшыруға жоспарлануда.