Czy należąca do NASA Europa Clipper przetrwa intensywne promieniowanie na Jowiszu?

Należąca do NASA sonda Europa Clipper, pokazana na ilustracji zaktualizowanej w grudniu 2020 r., będzie okrążać Jowisza po eliptycznej ścieżce, zbliżając się do jej księżyca Europy podczas każdego przelotu w celu zebrania danych. Prawa autorskie: NASA/JPL-Caltech

NASA’S Europa Misja Clipper koncentruje się na rozwiązywaniu problemów związanych z promieniowaniem tranzystorów w ramach przygotowań do wystrzelenia w ramach wyprawy na… Jowisz Aby zbadać możliwości zamieszkania w Europie.

Misja stoi przed wyzwaniami związanymi z tranzystorami odpornymi na promieniowanie, które okazały się mniej odporne na intensywne promieniowanie Jowisza. Testy prowadzone w różnych ośrodkach NASA mają na celu rozwiązanie tych problemów.

Trwają przygotowania do wystrzelenia misji NASA Europa Clipper. Sonda została dostarczona do Kennedy Space Center na Florydzie w maju ubiegłego roku, a zespołowi udało się zainstalować antenę o dużym wzmocnieniu.

Inżynierowie pracujący nad misją Europa Clipper należącą do NASA w dalszym ciągu przeprowadzają szeroko zakrojone testy tranzystorów, które pomagają kontrolować przepływ energii elektrycznej na pokładzie statku kosmicznego. Specjalne wersje używane przez Europa Clipper są odporne na promieniowanie i są zaprojektowane tak, aby wytrzymać od 100 do 300 kiloradów (rad to jednostka miary pochłoniętej dawki promieniowania jonizującego).

Jednakże zespół misji w Laboratorium Napędów Odrzutowych NASA (Laboratorium Napędów Odrzutowych) w południowej Kalifornii, która zarządza misją, ocenia dane testowe, które sugerują, że w pewnych warunkach na niektóre tranzystory może wpływać znacznie niższy poziom promieniowania. Obawiają się, że niektóre z tych części mogą nie wytrzymać promieniowania układu Jowisza, najgęstszego środowiska radiacyjnego w Układzie Słonecznym.

Wyzwania radiologiczne i bieżąca analiza

Testy są również prowadzone w Laboratorium Fizyki Stosowanej Uniwersytetu Johnsa Hopkinsa w Laurel w stanie Maryland oraz w Centrum Lotów Kosmicznych Goddarda w Greenbelt w stanie Maryland. Główny korpus statku kosmicznego został zaprojektowany przez Laboratorium Fizyki Stosowanej we współpracy z Laboratorium Napędów Odrzutowych i Centrum Goddarda NASA.

Problem z tranzystorami wyszedł na jaw w maju, kiedy zespół misji został poinformowany, że podobne części mogą ulec uszkodzeniu przy niższych niż oczekiwano dawkach promieniowania. W czerwcu 2024 r. wysłano alert branżowy w celu powiadomienia użytkowników o tym problemie. Producent współpracuje z zespołem misji, aby wspierać trwające wysiłki w zakresie testów i analiz promieniowania, aby lepiej zrozumieć ryzyko związane z używaniem tych części w statku kosmicznym Europa Clipper.

Trwałość elektroniki i rozwiązań

Uzyskane dotychczas dane wskazują, że niektóre tranzystory prawdopodobnie ulegną uszkodzeniu w środowisku o wysokim promieniowaniu w pobliżu Jowisza i jego księżyca Europa, ponieważ części nie są tak odporne na promieniowanie, jak oczekiwano. Zespół pracuje nad określeniem, ile tranzystorów może być podatnych na awarię i jak będą one działać podczas lotu. NASA ocenia możliwości maksymalizacji żywotności tranzystorów w układzie Jowisza. Wstępne analizy mają zostać zakończone pod koniec lipca.

Elektronika wzmocniona promieniowaniem jest wykorzystywana w różnych gałęziach przemysłu do ochrony statków kosmicznych przed uszkodzeniami spowodowanymi promieniowaniem, które mogą wystąpić w przestrzeni kosmicznej. Układ Jowisza jest szczególnie szkodliwy dla statków kosmicznych ze względu na jego masywne pole magnetyczne — około 20 000 razy większe niż ziemskie — które wychwytuje naładowane cząstki i przyspiesza je do bardzo wysokich energii, tworząc intensywne promieniowanie bombardujące Europę i inne księżyce wewnętrzne. Problem, który może dotyczyć tranzystorów w Europa Clipper, wydaje się być zjawiskiem, o którym branża nie była świadoma, i stanowi nowo zidentyfikowaną lukę w kwalifikacji standardowego promieniowania przemysłowego dla chipów tranzystorowych.

Cele misji i perspektywy na przyszłość

Wystrzelenie Europa Clipper rozpoczyna się 10 października, a dotarcie do Jowisza zaplanowano na rok 2030, gdzie przeprowadzi badania naukowe, aby zrozumieć, czy na Europie może istnieć życie podczas kilkukrotnego przelotu w pobliżu Księżyca.

Całkowity koszt misji Europa Clipper szacuje się na około 5 miliardów dolarów, co czyni ją jedną z najdroższych misji planetarnych. Budżet ten obejmuje rozwój, wystrzelenie i eksploatację statku kosmicznego podczas planowanego czasu trwania misji.