24.07.2025, Эван Гоф, Universe Today
Миссия «Юноны» к Юпитеру столкнулась с множеством трудностей и препятствий. Газовый гигант находится далеко от Солнца, что ограничивает доступную солнечную энергию. Расстояние также затрудняет связь с космическим аппаратом. Добавьте к этому сложную окружающую среду: мощное гравитационное притяжение Юпитера и сложная орбитальная структура его четырёх галилеевых спутников создают постоянно меняющееся поле гравитационных взаимодействий.
Однако самым большим препятствием, вероятно, является интенсивное излучение Юпитера.
У Юпитера чрезвычайно мощные магнитные поля, которые захватывают заряженные частицы, создавая разрушительную среду для космических аппаратов и их чувствительной электроники. У «Юноны» есть титановый контейнер, в котором хранится самая ценная электроника, но, к сожалению, внутри контейнера не хватило места для всего. Поскольку камера JunoCam не входит в число основных научных инструментов миссии, она не прошла отбор. JunoCam — это оптическая камера, установленная на космическом аппарате. Она предназначена прежде всего для обычных людей, желающих увидеть то же, что видит аппарат, хотя также внесла свой вклад в науку.
После десятков оборотов и почти 10 лет на орбите Юпитера JunoCam испытывает на себе последствия воздействия радиации.
«Юнона» движется по широкой полярной орбите, что позволяет ей получать изображения всей поверхности Юпитера, пока планета движется под космическим аппаратом. По этой орбите аппарат проходит через радиационные пояса Юпитера, а затем выходит из них, чтобы передавать данные и вести наблюдения с большего расстояния. Таким образом, на каждом витке он проводит короткое время в опасном радиационном поле.
Компания Malin Space Science Systems построила JunoCam и была уверена, что он выдержит первые восемь витков «Юноны». Но после этого судьба прибора была неопределенной. Основная миссия «Юноны» продолжалась 34 витка, и всё это время JunoCam работала безупречно. Но со временем всё изменилось.
На 47-м витке камера обнаружила признаки радиационного повреждения. К 56-му витку почти все изображения JunoCam были повреждены. Изображения стали зернистыми и испещренными горизонтальными полосами.
Цифровые камеры построены на основе ПЗС (приборов с зарядовой связью). Они регистрируют фотоны и преобразуют их в электрические заряды, поэтому легко увидеть, как интенсивное радиационное поле может негативно на них влиять. Нежелательное излучение приводит к появлению нежелательных электрических сигналов, которые проявляются в виде полос, ярких пятен и шума, и со временем могут повредить кремниевую кристаллическую структуру ПЗС.
Поскольку камера JunoCam показывала признаки радиационного повреждения, вариантов продлить срок её службы на расстояния в 600 миллионов километров было немного. Однако появились подсказки относительно того, что именно повреждается. Оценив ситуацию, сотрудники миссии пришли к выводу, что причиной была неисправность регулятора напряжения в блоке питания камеры.
Не имея других вариантов, команда прибегла к тепловому воздействию.
Отжиг — распространённый процесс термической обработки в металлообработке, при котором материал нагревается выше температуры рекристаллизации, а затем охлаждается. Это делает металл более податливым к обработке. В JunoCam есть нагреватель, который поддерживает оптимальную рабочую температуру камеры в условиях холодного космоса. Инженеры решили, что отжиг камеры с помощью нагревателя — оптимальный вариант, хотя и не были уверены в его эффективности.
«Мы знали, что отжиг иногда может изменить свойства таких материалов, как кремний, на микроскопическом уровне, но не были уверены, что это устранит повреждения, — сказал инженер по визуализации JunoCam Джейкоб Шаффнер из Malin Space Science Systems. — Мы дали команду одному нагревателю JunoCam поднять температуру камеры до 25 градусов Цельсия — это гораздо выше обычной температуры для JunoCam, — и, затаив дыхание, ждали результатов».
Лихой подход сработал. Работоспособность JunoCam была восстановлена, и в течение следующих нескольких витков она передавала кристально чёткие изображения, к которым мы все привыкли.
Но миссия была спроектирована так, чтобы «Юнона» постепенно приближалась к Юпитеру на более поздних орбитах, а это означало повышенное воздействие радиации. Проблемы с изображениями снова возникли когда космический аппарат был на пути к сближению с вулканическим спутником Юпитера Ио. Это была прекрасная возможность для получения изображений и проведения научных исследований, которую никто не хотел упускать.
«После 55-го витка наши изображения были полны полос и шума, — сказал Майкл Рэвин, руководитель отдела инструментов JunoCam из Malin Space Science Systems. — Мы пробовали разные схемы обработки изображений, чтобы улучшить качество, но ничего не помогало. Учитывая, что через несколько недель мы приближались к Ио, это был последний шанс: единственное, что мы не попробовали, — это включить нагреватель JunoCam на полную мощность и посмотреть, спасёт ли нас более интенсивный отжиг».
Поначалу тестовые снимки не показали существенного улучшения качества, и ухудшение характеристик камеры перед предстоящим пролётом Ио вызывало беспокойство. Это была бы упущенная возможность, поскольку в ближайшем будущем другой возможности получить изображение Ио с такого близкого расстояния не предвиделось.
Затем, когда до сближения с Ио оставалось всего несколько дней, качество изображений улучшилось. 30 декабря 2023 года «Юнона» приблизилась к Ио на расстояние 1500 км (930 миль). Камера JunoCam передала чёткие и ясные изображения северного полярного региона Ио.
К настоящему моменту «Юнона» совершила 74 оборота вокруг Юпитера, что вдвое больше запланированных 37. Однако теперь снова возникают проблемы с изображениями, полученными с помощью «Юноны». Команда «Юноны» экспериментирует с дополнительным отжигом, надеясь на успех.
Это стало ценной и уникальной возможностью обучения для персонала миссии «Юнона». Команда «Юноны» использовала процесс отжига на некоторых других приборах космического корабля в рамках более широкой стратегии по поддержанию работоспособности космического корабля в условиях интенсивной радиации Юпитера. В будущем приборы могут быть разработаны специально для проведения отжига при необходимости.
«Juno учит нас, как создавать и поддерживать космические аппараты, устойчивые к радиации, предоставляя знания, которые будут полезны для спутников на орбите Земли, — сказал Скотт Болтон, главный исследователь проекта Juno из Юго‑Западного исследовательского института в Сан‑Антонио. — Я ожидаю, что опыт, полученный в ходе проекта Juno, будет применим как к оборонным, так и к коммерческим спутникам, а также к другим миссиям NASA».
Перевод: Александр Тарлаковский (блог tay‑ceti)
Комментарии (26)
wwq_deezer
27.07.2025 17:56Изображения стали зернистыми и испещренными горизонтальными полосами.
Да это просто зеленые человечки свой РЭБ включили.
Затем, когда до сближения с Ио оставалось всего несколько дней, качество изображений улучшилось.
A потом РЭБ выключили.
поднять температуру камеры до 25 градусов Цельсия — это гораздо выше обычной температуры для JunoCam, — и, затаив дыхание, ждали результатов».
Чего-то пурга какая-то. Какой такой "отжиг" при 25гр С?
Wizard_of_light
27.07.2025 17:56Чего-то пурга какая-то. Какой такой "отжиг" при 25гр С?
А вот, сумасшедшая идея, которая сработала. Кстати, если интересно, в качестве фотоприёмника там Kodak KAI-2020.
wwq_deezer
27.07.2025 17:56А вот, сумасшедшая идея, которая сработала.
- Доктор, а Рабинович говорит, что он в свои 83 года, каждый день трахает соседку Клаву. Доктор, я тоже так хочу. Что для этого надо делать? - Батенька, и Вы говорите.
Ну какой отжиг при комнатной температуре?
Rsa97
27.07.2025 17:56в условиях холодного космоса
Космос не холодный. Космос не горячий. Космос - он никакой.
vesper-bot
27.07.2025 17:56Зависит от масштабов. Если взять некое газопылевое облако, то у него будет-таки температура. А так - космос холодный потому, что входящее излучение "вдали" от звезд имеет настолько малую мощность, что нагревает абсолютно черное тело до ЕМНИП 4К, которые и считаются "температурой космоса".
Rsa97
27.07.2025 17:56Но это температура тела в космосе. У самого космоса температуры нет. В большей части космоса достаточно чистый вакуум, чтобы понятие температуры и, соответственно, определения "тёплый" и "холодный" для него смысла не имело.
ababich
27.07.2025 17:56Космос не холодный. Космос не горячий. Космос - он никакой.
строго говоря с точки зрения термодинамики - да, но в данном контексте речь о том ,что температура прибора будет немного выше абсолютного нуля ("холодный космос") , что определяется балансом между излучением самого космического аппарата ("охлаждением") и его собственным тепловыделением (если есть тепловыделяющие приборы) плюс нагрев солнечной радиацией (какой бы мизерный вклад она не вносила)....ну и еще....строго говоря не то, чтобы никакой....ведь есть температура реликтового излучения...значит не "никакой", а 2.7 К .... ну и если уж совсем быть занудой, то надо определиться с термином "космос"
Rsa97
27.07.2025 17:56Температура реликтового излучения - это, на самом деле, теоретическая температура абсолютно чёрного тела, спектр излучения которого совпадает с реликтовым излучением. Температурой среды она не является.
У солнечного излучения, например, температура ~5800 К. И эта температура не зависит от расстояния до Солнца, это просто характеристика спектра.ababich
27.07.2025 17:56Температура реликтового излучения - это, на самом деле, теоретическая температура абсолютно чёрного тела, спектр излучения которого совпадает с реликтовым излучением. Температурой среды она не является.
и при этом тело в этой "среде" вполне себе может приобрести температуру 2.7 К. Нет? Об этом и речь. То есть это вполне себе не теоретические , а осязаемые вещи. Точно так же, как у астрофизиков это давно устоявшийся термин "температура РИ" который не вызывает вопросов. Про "черное тело" - это понятно, это классика термодинамики.
У солнечного излучения, например, температура ~5800 К. И эта температура не зависит от расстояния до Солнца, это просто характеристика спектра.
это температура фотосферы Солнца, вполне себе не теоретическая , а осязаемая вещь. Как и сама фотосфера. И конечно температура фотосферы Солнца не зависит от расстояния до Солнца . И эта температура вполне себе адекватно отражает скорость движения "частиц" фотосферы , если говорить об одном из значений термина "температура". Разве не так?
То есть хочу сказать, что это не столько теоретические, а вполне себе осязаемые физически вещи
Rsa97
27.07.2025 17:56и при этом тело в этой "среде" вполне себе может приобрести температуру 2.7 К.
Может. Но это будет температура тела, а не окружающей среды. Точно так же под прямыми солнечными лучами температура поверхности может быть 50 ℃ при температуре окружающего воздуха 30 ℃.
это температура фотосферы Солнца
Собственно получена она из мощности излучения, которая пропорциональна четвёртой степени температуры абсолютно чёрного тела. Но, несмотря на такую температуру излучения, оно почему-то на Земле ничего не сжигает. То есть, говорить о температуре излучения как о температуре окружающей среды смысла не имеет.
ababich
27.07.2025 17:56Но, несмотря на такую температуру излучения, оно почему-то на Земле ничего не сжигает.
То есть, говорить о температуре излучения как о температуре окружающей среды смысла не имеет.
а при чем здесь Земля, если это РЕАЛЬНАЯ температура фотосферы Солнца?
не теоретическая, а реальная, а на Земле ничего не сжигает, так как мощность потока излучения на орбите Земли совсем другая (по закону обратных квадратов существенно меньше) , чем на границе фотосферы, там как раз все нормально "сжигает" .... там как раз "температура окружающей среды" 6000 К
Rsa97
27.07.2025 17:56мощность потока излучения на орбите Земли совсем другая
Но ведь для реликтового излучения вы, почему-то, не считаете мощность потока, только температуру. Так и для Солнца не считайте.
ababich
27.07.2025 17:56Но ведь для реликтового излучения вы, почему-то, не считаете мощность потока, только температуру. Так и для Солнца не считайте.
без проблем, погрузить тело в фотосферу так как некоторое тело "погружено" в РИ .... никаких мощностей потоков не надо
Rsa97
27.07.2025 17:56Так излучение имеет одну и ту же температуру, независимо от мощности. Зачем погружать в фотосферу, если на Земле температура излучения та же? Ставим несколько зеркал, вот и тело, полностью погруженное в солнечное излучение.
ababich
27.07.2025 17:56Так излучение имеет одну и ту же температуру, независимо от мощности. Зачем погружать в фотосферу, если на Земле температура излучения та же? Ставим несколько зеркал, вот и тело, полностью погруженное в солнечное излучение.
количество фотонов проходящее через единицу площади должно быть таким же....это разве что параболические зеркала поставить и чтобы все фотоны с площади зеркала концентрировались на маленькой площадке....тогда- да....но выше 6000К естественно нельзя получить таким образом
ababich
27.07.2025 17:56Может. Но это будет температура тела, а не окружающей среды.
ага, только температура тела в данном случае будет определяться температурой РИ, то есть температурой "окружающей среды"
ababich
27.07.2025 17:56Собственно получена
она не только получена, она и есть такая
Rsa97
27.07.2025 17:56И каким же термометром она измерена?
ababich
27.07.2025 17:56И каким же термометром она измерена?
я говорю не о термометре , а о том, что нет повода сомневаться в температуре фотосферы Солнца.... она и есть именно такая....так же как нет повода сомневаться в значении температуры в центре Солнца...хотя там более грубые оценки...но тоже без термометра
15432
27.07.2025 17:56О, как-то хотел добавить как один из компонентов защиты своей прошивки частоту внутреннего ring oscillator, уникальную у каждого чипа. Своеобразный отпечаток. Но после реализации обнаружил, что нагрев чипа до температуры пайки эту частоту сильно сдвигает, причем дня так на 2-3, а не просто до остывания
Sun-ami
27.07.2025 17:56Не снабдить Juno качественной оптической камерой в качестве научного инструмента, а вместо этого поставить нечто для PR, изначально было большой ошибкой. При помощи даже такой, очень ограниченной в своих возможностях камеры, было сделано множество открытий и в полярных областях Юпитера, и на Ио. А если бы поставили более серьёзную камеру - открытий было бы больше.
Вообще, на орбите вокруг Юпитера нужен постоянно действующий аппарат с оптической камерой, сильно превосходящей возможности наземных наблюдений. Потому что система Юпитера очень динамичная, на Юпитер постоянно падают довольно крупные объекты, его гравитационное поле разрушает близко пролетающие объекты, на Ио извергаются вулканы, на Европе вроде бы замечены гейзеры, но до сих пор неясно, где именно.
balamutang
27.07.2025 17:56Судя по подходу если бы не ПР то камеры на нем вообще бы не было - ее не заложили в конструкцию Джуно, а просто прилепили снаружи для смеха.
Smileyface71
27.07.2025 17:56Вы, скорее всего, не представляете, как формируется комплекс научной аппаратуры. А формируется он исходя из научных целей миссии. Точка. Любой "довесок" - это помеха для возврата научных данных, дополнительный расход электроэнергии и риски (от EMC до графика AIT аппарата). Потому камеры подобные остаются (когда они принципиально не требуются для достижения научных целей, как, например, на нашеv Hera) "nice to have", иногда ставятся по "остаточному приципу", иногда нет, я работал в паре миссий, где их просто "выкинули" на этапе AIT.
kompilainenn2
Что-то картинка Ио как из компьютерной игры выглядит
Florelit
Из какой?
GiveMeFreeNickName
Пасьянс