Centrum Badań Kosmicznych PAN

tel. (+48) 224-966-200
Menu

RPWI i SWI (misja JUICE)

RPWI/JUICE

The JUpiter ICy moons Explorer ESA L-class mission JUICE will perform advanced investigations of Jupiter and its system. The RPWI Radio & Plasma Waves Investigation is one of the scientific payload instrument. RPWI consists of a highly integrated instrument package that will carry out measurements that allow for comprehensive science investigations of the space environments around Jupiter primarily near Ganymede, Europa and Callisto and monitoring radio wave emissions in the Jupiter system. The CBK PAN responsibilities are: Digital Processing Unit DPU, the four booms and sensors for the Langmuir Probe & Plasma Wave Instrument LP-PWI, radio antenna for RWI.

SWI/JUICE

SWI – Sub-millimeter Wave Instrument is one of the JUICE payload instruments created to investigate the temperature structure, composition and dynamics of Jupiter’s stratosphere and troposphere, and the exospheres and surfaces of the icy moons. SWI is a heterodyne spectrometer that uses a 30cm antenna and works in two spectral ranges 1080-1275GHz and 530-601GHz with spectral resolving power of ~107. CBK PAN is responsible for the delivery of SWI DPU (main computer) and PSU (power supply unit with programmable bias lines for microwave SWI blocks).

Cele misji

  • pochodzenie i ewolucja planety bliskiej macierzystej gwieździe
  • Merkury jako planeta: kształt, wewnętrzna struktura, geologia, budowa i kratery
  • pochodzenie pola magnetycznego na Merkurym
  • szczątkowa atmosfera Merkurego (exosfera): skład chemiczny i dynamika zmian
  • magnetosfera: struktura i dynamika
  • potwierdzenie ogólnej teorii względności Einsteina

Krótko o projekcie

BepiColombo jest misją ESA, zaplanowaną w kooperacji z Japonią. Jej celem jest badanie Merkurego, planety znajdującej się najbliżej Słońca. Europejscy naukowcy uważają tę misję za jedno z największych wyzwań, głównie ze względu na bliskie położenie Merkurego w stosunku do Słońca. Stwarza to duże trudności w przygotowaniu satelity i prowadzeniu obserwacji.

Nazwa misji BepiColombo pochodzi od nazwiska profesora Giuseppe (Bepi) Colombo (1920-1984) z Uniwersytetu w Padwie we Włoszech – genialnego matematyka i inżyniera o zadziwiającej wyobraźni. On pierwszy przedstawił teorię rezonansu, który powoduje trzykrotny obrót Merkurego wokół własnej osi w ciągu dwóch okrążeń planety wokół Słońca. On także zaproponował NASA, jak wykorzystać wspomaganie grawitacyjne Wenus w celu wyniesienia sondy Mariner 10 na orbitę słoneczną, tak by zbliżyć się do Merkurego trzy razy w latach 1974-5.

BepiColombo z dwoma orbiterami jest dużą i kosztowną misją, jedną z ‚kamieni węgielnych’ w ESA długoterminowym programie naukowym. Misja jest ogromnym, ale bardzo ciekawym przedsięwzięciem. Wszystkie dotychczasowe misje międzyplanetarne ESA były związane ze stosunkowo zimnym obszarem Układu Słonecznego. BepiColombo będzie pierwszą misją w rejon „gorący”.

Misja będzie składała się z dwóch satelitów okrążających planetę. ESA buduje główny orbiter zwany MPO (Mercury Planetary Orbiter), natomiast Japońska Agencja Kosmiczna ISAS/JAXA dostarczy MMO (Mercury Magnetospheric Orbiter).
MPO będzie badał powierzchnię i skład skorupy Merkurego. Na tym orbiterze będą znajdować się: dwie kamery o wysokiej rozdzielczości oraz zespół spektrometrów do obserwacji w pasmach od fal podczerwonych i ultrafioletowych do promieniowania X, gamma i neutronowego.

Uzyskane widma pozwolą określić minerały i pierwiastki znajdujące się na powierzchni, wykryć obecność wody lub lodu w skorupie, a także skład cienkiej atmosfery Merkurego. MPO będzie również zawierał altimetr laserowy (wysokościomierz) do pomiarów morfologicznych na powierzchni, a także przyrządy radiometryczne do pomiarów rozkładu masy wewnątrz planety.

MMO będzie badał magnetosferę Merkurego, tzn. ten rejon wokół planety, gdzie istnieje pole magnetyczne. Będzie zawierał detektory pola magnetycznego oraz śledził oddziaływanie tego pola z wiatrem słonecznym.

BepiColombo rozpocznie swą 7-letnią podróż w październiku 2018 roku. Zostanie wystrzelony na rakiecie Ariane 5 z europejskiego kosmodromu w Gujanie Francuskiej, jego masa ma wynosić 2300 kg. Po przybyciu w rejon Merkurego, rozpocznie obserwacje przesyłając na Ziemię dane o najmniej poznanej dotychczas wewnętrznej planecie Układu Słonecznego. Nominalna temperatura pracy wszystkich przyrządów szacowana jest na 250°C. Praca na orbicie planowana jest na 365 dni od stycznia 2026 do stycznia 2027, z możliwością przedłużenia na następny rok do stycznia 2028.

Satelita będzie musiał przezwyciężyć siłę grawitacyjną przyciągania Słońca, która będzie rosła wraz ze zbliżaniem się w rejon Merkurego. Jest to sytuacja odwrotna niż w przypadku podróży w kierunku planet zewnętrznych, kiedy satelita doznaje przyśpieszenia wraz z oddalaniem się od Słońca. Aby wejść na orbitę Merkurego, BepiColombo wykorzysta pole grawitacyjne planety oraz włączy silnik rakietowy do korekcji lotu.

Główne cele naukowe przewidziane dla badań księżyców Jowisza – Ganimedesa i (w mniejszym stopniu) Kallisto – są następujące:

  • zbadanie powierzchniowych oceanów oraz wykrycie przypuszczalnych podpowierzchniowych zbiorników wodnych,
  • zmapowanie topograficzne, geologiczne oraz wyglądu powierzchni,
  • zbadanie fizycznych właściwości skorupy lodowej,
  • zbadanie wewnętrznego rozkładu masy księżyca, dynamiki i ewolucji jego wnętrza,
  • zbadanie jego atmosfery,
  • zbadanie jego pola magnetycznego oraz jego oddziaływania z magnetosferą Jowisza.

Badania księżyca Europa będą skupiały się na określeniu składu chemicznego atmosfery pod kątem możliwości występowania życia, w tym istnienia w niej cząsteczek organicznych, oraz właściwości ukształtowania powierzchni i niewodnego lodu. Ponadto JUICE przeprowadzi po raz pierwszy podpowierzchniowe sondowanie tego księżyca, w tym badanie minimalnej grubości pokrywy lodowej w najbardziej obecnie aktywnych regionach.

JUICE (JUpiter ICy moons Explorer) to sonda Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA) mająca dotrzeć do układu Jowisza, w celu przebadania trzech jego księżyców: Ganimedesa, Kallisto i Europy. Sonda ma przeprowadzić poszukiwania płynnej wody znajdującej się pod powierzchnią tych obiektów, pod kątem możliwości występowania na nich życia.

Aparatura naukowa

Na pokładzie sondy znajdzie się dziesięć instrumentów naukowych projektowanych przez grupy naukowców i inżynierów z całej Europy oraz z USA i Japonii. Podsystemy do dwóch z tych instrumentów: do eksperymentu fal submilimetrowych (SWI) oraz eksperymentu fal radiowych i plazmowych (RPWI) powstają w Centrum Badań Kosmicznych Polskiej Akademii Nauk:

  • JANUS (Jovis, Amorum ac Natorum Undique Scrutator): kamera optyczna przeznaczona do badania globalnej, regionalnej i lokalnej morfologii i procesów na księżycach oraz obserwacji chmur na Jowiszu,
  • MAJIS (Moons and Jupiter Imaging Spectrometer): Hiperspektralny spektrometr obrazujący w podczerwieni przeznaczony do obserwacji struktury chmur troposferycznych na Jowiszu oraz scharakteryzowania lodów i minerałów na powierzchni księżyców lodowych,
  • UVS (UV imaging Spectrograph): Spektrometr obrazujący w ultrafiolecie przeznaczony do scharakteryzowania składu i dynamiki egzosfer księżyców lodowych, badania jowiszowych zórz polarnych oraz składu i struktury górnych warstw atmosfery,
  • SWI (Sub-millimeter Wave Instrument): Instrument do obserwacji w zakresie fal submilimetrowych przeznaczony do badania rozkładu temperatury, składu i dynamiki stratosfery i troposfery Jowisza oraz egzosfer i powierzchni księżyców lodowych,
  • RPWI (Radio & Plasma Wave Investigation): Instrument do odbioru fal radiowych i plazmowych przeznaczony do scharakteryzowania emisji radiowych i środowiska plazmowego Jowisza i jego księżyców lodowych,
  • GALA (GAnymede Laser Altimeter): Wysokościomierz laserowy służący do badania deformacji pływowych Ganimedesa oraz morfologii i topografii powierzchni księżyców lodowych,
  • RIME (Radar for Icy Moons Exploration): Radar penetrujący lód przeznaczony do badania podpowierzchniowej struktury księżyców lodowych,
  • J-MAG (A magnetometer for JUICE): Magnetometr przeznaczony do scharakteryzowania jowiszowego pola magnetycznego, jego interakcji z wewnętrznym polem magnetycznym Ganimedesa,
  • PEP (Particle Environment Package): Zestaw instrumentów przeznaczony do scharakteryzowania środowiska plazmowego w układzie Jowisza,
  • 3GM (Gravity & Geophysics of Jupiter and Galilean Moons): Eksperyment radiowy.

Dodatkowy eksperyment PRIDE (Planetary Radio Interferometer & Doppler Experiment) wykorzysta system telekomunikacyjny sondy i sieć radioteleskopów VLBI na powierzchni Ziemi do wykonania precyzyjnych pomiarów pozycji i prędkości sondy.

Start JUICE’a jest planowany na 2022 rok za pomocą rakiety nośnej Ariane 5, natomiast dotarcie do systemu Jowisza przewidziane jest na rok 2029. Do 2033 roku, po przeprowadzeniu manewrów wokół Jowisza i jego księżyców, sonda wejdzie na orbitę księżyca Jowisza – Ganimedesa.

SWI (Sub-millimeter Wave Instrument) jest jednym z instrumentów naukowych przeznaczonych do pracy na europejskim satelicie JUICE (JUpiter ICy moons Experiment).

Celem naukowym misji jest badanie środkowej atmosfery Jowisza, a także atmosfery i egzosfery księżyców planety: Ganimedes, Europa i Kallisto. SWI będzie miał udział w badaniach systemu Jowisza ze szczególnym uwzględnieniem chemii, meteorologii i struktury środkowej atmosfery Jowisza i złożonych procesów atmosferycznych, scharakteryzowania regolitu, lodowej warstwy powierzchniowej, atmosfery i egzosfery księżyców Jowisza. Będzie możliwe również badanie Ganimedesa jako obiektu planetarnego i możliwego siedliska, a także studiowanie i badanie młodej skorupy lodowej Europy w niedawno utworzonych strefach aktywnych.

SWI to heterodynowy spektrometr mający 30 cm antenę i pracujący w dwóch pasmach spektralnych 1080-1275 GHz oraz 530-601 GHz z rozdzielczością bliską ~107.

SWI jest budowane przez międzynarodowe konsorcjum kierowane przez Prof. Paul Hartogh z Max Planck Institute for Solar System Research w Getyndze w Niemczech.

Polska strona z CBK uczestniczy w programie technicznym i naukowym eksperymentu. W zakresie technicznym jesteśmy odpowiedzialni za: komputer pokładowy i sterowanie instrumentem (DPU), zasilacz dla instrumentu oraz testy tych modułów wraz z analizami termicznymi i strukturalnymi. W części naukowej współuczestniczymy w realizacji programu naukowego eksperymentu w zakresie obserwacji atmosfer i ich dynamiki. W ramach projektu realizowane będą kolejno faza A/B1 w pierwszym etapie, faza B2/C/D oraz faza E.

W 2015 roku projekt znajdował się w fazie A/B1. Przedmiotem tego pierwszego etapu było wykonanie Development Model i Bread Board modeli poszczególnych podsystemów instrumentu. Po testach gotowych modeli zostanie przeprowadzony PDR. W ramach kolejnych etapów będą budowane modele STM, EQM (faza C), FM oraz niektóre moduły do modelu SFM (faza D). We wszystkich tych etapach planowany jest nasz udział w integracje całego instrumentu, jego testach i kalibracji.

W 2016 roku wykonano projekt i analizę prototypu bloku DPU oraz PSU. Model DM DPU został przekazany do MPS w Getyndze do dalszych testów systemu. Wykonano płytki BIAS oraz DC/DC bloku PSU, złożono je i przetestowano, a następnie przekazano do MPS.

RPWI/JUICE

The JUpiter ICy moons Explorer ESA L-class mission JUICE will perform advanced investigations of Jupiter and its system. The RPWI Radio & Plasma Waves Investigation is one of the scientific payload instrument. RPWI consists of a highly integrated instrument package that will carry out measurements that allow for comprehensive science investigations of the space environments around Jupiter primarily near Ganymede, Europa and Callisto and monitoring radio wave emissions in the Jupiter system. The CBK PAN responsibilities are: Digital Processing Unit DPU, the four booms and sensors for the Langmuir Probe & Plasma Wave Instrument LP-PWI, radio antenna for RWI.

 

SWI/JUICE

SWI – Sub-millimeter Wave Instrument is one of the JUICE payload instruments created to investigate the temperature structure, composition and dynamics of Jupiter’s stratosphere and troposphere, and the exospheres and surfaces of the icy moons. SWI is a heterodyne spectrometer that uses a 30cm antenna and works in two spectral ranges 1080-1275GHz and 530-601GHz with spectral resolving power of ~107. CBK PAN is responsible for the delivery of SWI DPU (main computer) and PSU (power supply unit with programmable bias lines for microwave SWI blocks).

Przewiń do góry