История Europa Clipper
Изначально Europa Clipper входила в большую международную космическую программу Europa Jupiter System Mission, которой занимались НАСА, Роскосмос, Европейское космическое агентство и Японское космическое агентство. Тогда миссия называлась Jupiter Europa Orbiter (JEO) и должна была отправиться на орбиту Европы в 2020 году.
В 2011 году Американский конгресс отозвал программу из-за высокой стоимости проекта — $4,7 млрд — и перенаправил эти средства на Марсианскую программу. Кроме того, в то время инженеры не до конца представляли, как посадить спускаемый аппарат на поверхность Европы, поскольку детализация изображений, полученных с предыдущей миссии по изучению этой луны, не позволила НАСА составить полноценную карту спутника Юпитера.
Основной интерес для изучения Европы представляет собой гигантский океан, который находится на глубине в 20–30 км подо льдом — гипотетически, в нем могут быть условия для формирования жизни. При этом ученые и сейчас не понимают, как запустить ровер в этот океан, однако уже тестируют в Антарктиде роботов, которых в дальнейшем отправят к Европе. Есть вероятность, что спускаемые аппараты будут отправлены к Европе в составе уже следующей миссии по изучению этого спутника. Окончательное решение будет принято после запуска космической обсерватории нового поколения «Джеймс Уэбб», которая сделает подробные снимки поверхности Европы.
Практически сразу НАСА представила наследника миссии JEO — проект Europa Clipper, орбитальный зонд стоимостью $2 млрд без учета стоимости ракеты-носителя Atlas V 551 и запуска. Конгресс принял эти расчеты, и инженеры начали разрабатывать миссию, несмотря на отказ от некоторого оборудования — например, радиоизотопного генератора энергии нового поколения Advanced Stirling Radioisotope Generator (ASRG). Текущая стоимость проекта — $1 млрд, однако независимые аудиторы называют сумму до $3,5 млрд с учетом полного сопровождения миссии.
Основные принципы миссии Europa Clipper
Сейчас НАСА рассчитывает, что Europa Clipper будет запущена не раньше 2025 года. Миссия должна обеспечить гарантированные периоды работоспособности зонда в районе Европы не менее 109 дней. Всего время исследования составит 3,5 года, за время которых зонд совершит 45 облетов спутника на высоте от 2,7 тыс. до 25 тыс. км. Для сравнения, максимальное сближение «Галилео» составляло 200 км.
В связи со значительной удаленностью Юпитера от Земли и высокой массой самого аппарата наиболее практичным способом доставки Europa Clipper является использование сверхтяжелой ракеты-носителя.
Пока не ясно, какая из существующих ракет-носителей будет использована в этой миссии. С одной стороны, использование сверхтяжелой SLS стоимостью $876 млн в два раза дороже, чем цена за аналогичные прототипы Delta IV Heavy или сверхтяжелой Falcon Heavy. С другой, пока только SLS может доставить Europa Clipper до Юпитера напрямую и без гравитационных маневров — менее, чем за три года. Это снизит стоимость запуска на несколько сотен миллионов долларов за счет сокращения расходов на зарплаты сотрудникам миссии. На текущий момент НАСА не сделало заказ на разработку ракеты-носителя для этой миссии.
Чем Europa Clipper будет заниматься во время своей миссии
- Исследовать Европу на предмет ее способности к формированию и в идеале — поддержанию жизни.
- Изучить поверхность Европы и сделать максимально подробную карту спутника для дальнейшей работы спускаемого аппарата в случае, если НАСА решит отложить его до будущей миссии.
- Подтвердить существование подледного океана и найти полыньи, в которые можно спустить роверы. Кроме того, в рамках миссии ученые должны оценить толщину льда на спутнике.
В случае, если Europa Clipper будет отправлена к Юпитеру не позднее 2025 года, зонд прибудет к Европе к 2028 году. За последующие три года аппарат определит толщину ледяной коры, глубину и соленость океана. После 2031 года инженеры рассчитывают продлить миссию, если огромная радиация Европы не выведет из строя электронику, а у самого спутника будет достаточно топлива для работы. В конце миссии Europa Clipper инженеры просто выведут зонд с орбиты Европы для последующего столкновения с другим спутником Юпитера — Ганимедом.
Сейчас в массе Europa Clipper зарезервировано 250 кг для микроспутников формата CubeSat. Планируется, что они будут оснащены миниатюрными ксеноновыми двигателями для того, чтобы команда миссии исследовала гипотетические гейзеры Европы, которые могут достигать высоты в несколько десятков километров. Кроме того, кубсаты можно использовать для исследования гравитационных, радиационных и магнитных полей Европы, сканирования поверхности и составления карты. Пока НАСА собирает заявки от разработчиков кубсатов, инженеры уже выбрали 10 концептов для дальнейшей проработки.
Спускаемые аппараты
В 2015 году американский конгресс принял бюджет НАСА, в который были включены разработки спускаемых роботов для изучения Европы. Пока до конца не ясно, каким образом будет оснащена эта миссия — часть команды Europa Clipper выступает за совместный запуск аппаратов, однако другие инженеры считают, что будет целесообразнее запустить робота отдельно к Европе независимо от материнской миссии.
Масса робота Bruie (от англ. Buoyant Rover for Under-ice Exploration, «Плавучий вездеход для исследований подо льдом» — «Хайтек»), который на момент написания текста совершил тестирования в Восточной Антарктиде общей продолжительностью более 42 часов, составит 230 кг, из которых 42 кг — научное оборудование. Bruie сможет пробыть на территории Европы не более 20 дней, за время которых должен совершить спуск под ледяную поверхность и изучить химическую структуру океана.
В основе Bruie лежат приборы из других миссии НАСА и Европейского космического агентства, которое стало партнером этой части миссии. В Bruie будут использоваться технологии марсохода «Розетта», посадочного модуля Phoenix и марсохода «Пастер» в составе европейско-российской миссии «Экзомарс».
В случае отдельного запуска аппарата он будет отправлен к Европе не раньше конца 2025 года с помощью РКН SLS Block 1B. При этом до Юпитера он долетит лишь в 2030 году и только через год сможет сесть на Европу, так как перед этим ему предстоит выйти на орбиту газового гиганта.
Почему Европа?
По своим размерам, уступая даже Луне, Европа является самым тяжелым спутником в Солнечной системе. Вероятно, это связано с тем, что она состоит из силикатных пород, а в ее центре находится небольшое железное ядро.
У Европы очень разреженная атмосфера, однако она практически полностью состоит из кислорода. При этом, в отличие от Земли, на Европе кислород не биологического происхождения. Он формируется под воздействием солнечной радиации на лед, при котором легкий водород улетучивается в космос, а кислород остается в атмосфере.
Существование океана было предположено после миссии «Галилео», которая показала, что у Европы есть магнитное поле, всегда направленное против юпитерианского. Следовательно, его создают электрические токи, индуцированные в недрах Европы магнитным полем Юпитера. Для создания такого поля необходимо наличие огромного слоя с хорошей проводимостью, например, глубокого океана соленой воды. Кроме того, еще одним признаком существования подледного океана является смена коры Европы на 80 градусов относительно недр, что было бы невозможно, если бы они полностью прилегали друг к другу.
Кроме того, лед поверхности Европы — молодой, такой вывод позволил сделать спектральный анализ поверхности спутника. Не замерзает океан, вероятно, благодаря приливным силам, периодические изменения которых вызывают деформацию спутника и, как следствие, нагрев его недр.
Ряд ученых предполагает, что Европа может быть пригодной для создания не только простейших форм жизни, но и более развитых. Они объясняют это наличием кислорода, возможного жидкого океана и температур, которые в глубинах океана из-за давления могут достигать пригодных для жизни показателей.
Окончательно ученые смогут прийти к выводу на счет возможной жизни на Европе только в случае успешного запуска Europa Clipper, ее сближения со спутником, а также спуска роботов для изучения поверхности луны.