Moćni Jupiter nepojmljivo je velik. Masivniji od svih ostalih planeta i asteroida u Sunčevom sustavu zajedno, Jupiter je veličine 1300 Zemlje. Kao da je tako velikom tipu potrebna dodatna zaštita, Jupiter je također obavijen zračenjem koje je mnogo tisuća puta jače nego oko Zemlje.
“Jupiter je daleko najjače radijacijsko okruženje od bilo kojeg tijela u Sunčevom sustavu, osim Sunce”, kaže Kevin Rudolph, inženjer u Lockheed Martinu koji je pomogao u dizajnu i izradi svemirske letjelice Juno.
Svemirska letjelica Juno stići će na Jupiter 4. srpnja i kruži oko njega dvije godine. Kako će Juno preživjeti takvo blistavo zračenje? "Mi smo u osnovi oklopni tenk", kaže Scott Bolton, glavni istraživač Junoa. “Ova je misija prva za NASA-u na mnogo načina. To je vjerojatno jedan od najvećih izazova koje su pokušali, približiti se Jupiteru.”
Odakle dolazi zračenje?
Jupiterova velika metalna jezgra daje mu magnetsko polje 20 000 puta veće od Zemljinog. I baš poput Zemljinog magnetskog polja, Jupiterijska magnetosfera hvata električno nabijene čestice koje izlaze iz Sunca.
Čestice u magnetosferi se s vremenom nakupljaju i mnoge postaju opasnije. Dok se planet okreće, Jupiterovo magnetsko polje također se okreće, ubrzavajući sve one nabijene protone i elektrone koji su uhvaćeni u magnetsku mrežu. Oni također uzimaju više energije dok se sudaraju s drugima.
"Završite s praktički BB-ima", kaže Rudolph. Ali oni su subatomski, pa mogu proći kroz čvrsti trup letjelice i izazvati probleme elektronici letjelice.
“Te čestice nalik BB-u uletjet će u elektronički krug i srušiti atome s čipa ili izbaciti elektrone u krugu s položaja. Ako izbace dovoljno, to može uništiti krug.”
Oklopni tenk
1. Izbjegavajte zračenje
Prvi korak u osiguravanju da se Junoin strujni krug ne raspadne radijacijom jest ograničiti njegovu izloženost.
Jupiterovo najgore zračenje je koncentrirano oko njegovih ekvatorijalnih područja, tako da će Junoova eliptična orbita osigurati da leti kroz ta područja što je manje moguće.
“Orbite koje imamo idu daleko od Jupitera većim dijelom orbite,” kaže Rudolph, “a kada približe se, brzo zarone kroz intenzivni dio, zatim lete ispod zračenja i vraćaju se van brzo."
"Uvlačimo konac u iglu", kaže Bolton. "Prelaskom preko polova možemo se spustiti u mali jaz između atmosfere i ovih intenzivnih pojaseva zračenja."
2. Kaljenje zračenjem
Lockheed Martin temeljio je Junoov dizajn na Mars Reconnaissance Orbiteru. Ali razine radijacije oko Marsa mnogo su niže nego na Jupiteru, pa je tim Junoa morao napraviti neke prilagodbe.
Inženjeri su omotali mnoge komponente Junoovih sustava avionike u tanki sloj olovnog štita, koji je dovoljno gust da čestice imaju problema prodrijeti.
Također su povećali neke elektroničke dijelove kako bi umanjili utjecaj svakog udara zračenja. Na primjer, kaže Rudolph, ako tranzistor ima samo pet atoma u sebi i zračenje izbaci jedan od tih atoma, tada bi izgubio 20 posto svoje funkcionalnosti. Ali ako tranzistor ima 500 atoma u sebi, tada udar radijacije izbaci samo 0,2 posto toga.
"Ako je veći, otporniji je na zračenje", kaže Rudolph.
Ova vrsta otvrdnjavanja zračenjem čini letjelicu sposobnom preživjeti dozu zračenja od 50 000 rema. Ali to je još uvijek daleko od 20 milijuna rema kojima će Juno biti izložen tijekom svog životnog vijeka. Kako bi bilo još teže, morali su napraviti posebnu kutiju.
3. Trezor otporan na zračenje
Većina Junoine elektronike izlučena je unutar kocke koja mjeri oko 3 stope sa svake strane. "Svod" je izrađen od pola inča debelog titana koji će zaustaviti ili usporiti te brze nabijene čestice prije nego što se mogu razbiti u Junoine delikatne dijelove.
Naravno, solarni paneli i kamere Junoa neće biti od velike koristi ako su zaključani u mračnoj kutiji. Ti i drugi senzori ostavljeni su izvan trezora, s kabelima koji ih povezuju sa strujnim krugovima unutar trezora.
Ti vanjski dijelovi imaju dodatnu zaštitu. Na primjer, kamera koja gleda u zvijezde kako bi pomogla svemirskoj letjelici da se orijentira omotana je u kanister debljine inča, sa samo jednim krajem otvorenim.
Nizovi solarnih panela imaju staklenu ploču debljine 12 milimetara na vrhu. Staklo propušta svjetlost kako bi solarni paneli mogli obavljati svoj posao, ali također pruža malu količinu zaštite od zračenja i štetnih čestica prašine.
4. Pretjerano kompenzirajuće
Kako bi vidjeli kako bi radijacija utjecala na Junoine solarne panele, inženjeri su ćelije stavili u ono što Rudolph opisuje kao komoru u obliku "hot dog" koja ispaljuje elektrone na ćelije.
Ti eksperimenti su pokazali da će solarne ćelije izgubiti 10 do 15 posto svoje proizvodnje tijekom trajanja misije. Da bi to kompenzirao, tim je samo napravio ploče 10 do 15 posto većima. Na taj će način Juno i dalje imati dovoljno snage za snimanje fotografija i mjerenja čak i kada je pri kraju svoje misije.
Sve u svemu, Juno je dizajniran da primi dvostruko više zračenja nego što znanstvenici očekuju da će se morati nositi s njim. Njegova ukupna tolerancija zračenja od 40 milijuna rema daje malo prostora za pogreške, u slučaju da razine zračenja su veći od očekivanih, a također bi trebali ostaviti otvorenom mogućnost produljenja misije nakon studenog 2018.
Krčenje puta u Europu
Junoovi senzori zaštićeni od zračenja pokazuju nam Jupiter detaljnije nego ikad prije. Misija bi mogla pomoći u otkrivanju kako je Jupiter nastao, zauzvrat rasvjetljavajući kako je nastao Sunčev sustav, a možda čak i sam život.
NASA također ozbiljno razmatra misiju na Jupiterov mjesec Europa, za koji znanstvenici smatraju da je jedno od najvjerojatnijih mjesta za pronalazak vanzemaljskog života u našem Sunčevom sustavu. Budući da Europa kruži u Jupiterovom pojasu jakog zračenja, Junoov dizajn mogao bi pomoći u oblikovanju svemirske letjelice koja će tamo otići.
"Doza zračenja u Europi mnogo je gora od doze koju dobivamo od Jupitera", kaže Rudolph. "Morat će smisliti neke zgodne stvari i siguran sam da će NASA naučiti lekcije iz ove misije."
