Pokonywanie dużych odległości dzięki zaawansowanej technologii antenowej

Dodanie anteny o dużym wzmocnieniu pozwoli statkowi kosmicznemu agencji Europa Clipper – którego start zaplanowano na październik 2024 r. – komunikować się z kontrolerami misji oddalonymi o setki milionów mil.

NASAEuropa Clipper został zaprojektowany do poszukiwania warunków odpowiednich do życia na pokrytym lodem księżycu Jowisz. 14 sierpnia sonda otrzymała centralny element wyposażenia tego przedsięwzięcia: ogromną antenę o dużym zysku w kształcie talerza.

Cechy i funkcje anteny

Antena o dużym wzmocnieniu rozciąga się na 10 stóp (3 metry) w poprzek kadłuba statku kosmicznego i jest największym i najbardziej widocznym układem anten na Europa Clipper. Sonda będzie jej potrzebować podczas badania pokrytego lodem księżyca, od którego pochodzi, Europy, około 444 milionów mil (715 milionów kilometrów) od Ziemi. Głównym celem misji jest dowiedzenie się więcej o podziemnym oceanie księżyca, który może zawierać środowisko nadające się do zamieszkania.

Inżynierowie i technicy instalują antenę Europa Clipper o wysokim zysku w głównym pomieszczeniu czystym w JPL.
Źródło: NASA/JPL-Caltech

Gdy statek kosmiczny dotrze do Jowisza, wiązka radiowa anteny będzie skierowana wąsko w kierunku Ziemi. Tworzenie tej wąskiej, skupionej wiązki jest tym, o co chodzi w antenach o dużym wzmocnieniu. Nazwa odnosi się do zdolności anteny do skupiania energii, co pozwala statkowi kosmicznemu przesyłać z powrotem sygnały o wysokiej energii Sieć Deep Space Network NASA Na ziemi. Oznaczałoby to potok danych naukowych o dużej przepustowości.

Instalacja i testowanie

Precyzyjnie zaprojektowana czasza została przymocowana do statku kosmicznego w starannie zaprojektowanych etapach w ciągu kilku godzin w zatoce Spacecraft Assembly Facility w Laboratorium Napędu Odrzutowego NASA w Południowej Kalifornii.

„Antena pomyślnie przeszła wszystkie niezależne testy” — powiedział Matthew Bray na kilka dni przed zainstalowaniem anteny. „Kiedy statek kosmiczny zakończy ostatni test, sygnały radiowe powrócą do anteny przez specjalną osłonę, aby sprawdzić, czy ścieżki sygnału komunikacyjnego działają”.

Znajdujący się w Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory w Laurel w stanie Maryland Bray jest głównym projektantem i inżynierem anteny o dużym wzmocnieniu, nad którą prace rozpoczęto w 2014 roku. To była niesamowita podróż zarówno dla Braya, jak i dla samej anteny.

Zobacz, jak członkowie zespołu Europa Clipper podnoszą i instalują dużą antenę w kształcie talerza statku kosmicznego w głównym pomieszczeniu czystym w Laboratorium Napędu Odrzutowego NASA. Źródło: NASA/Laboratorium Napędów Odrzutowych– Caltech

Przez nieco ponad rok widział antenę latającą po całym kraju w okresie poprzedzającym instalację. Jego zdolność do dokładnego przesyłania danych została przetestowana dwukrotnie w 2022 roku w NASA Langley Research Center w Hampton w Wirginii. Pomiędzy tymi dwoma wizytami antena zatrzymała się w Goddard Space Flight Center NASA w Greenbelt w stanie Maryland, aby przetestować wibracje i próżnię termiczną, aby sprawdzić, czy poradzi sobie z wibracjami podczas startu i ekstremalnymi temperaturami w przestrzeni kosmicznej.

Następnie w październiku 2022 r. przeniósł się do JPL w celu instalacji na statku kosmicznym w ramach przygotowań do wysyłki w przyszłym roku do Centrum Kosmicznego im. Kennedy’ego na Florydzie.

Długa podróż do Jowisza rozpoczyna się wraz z wystrzeleniem z Kennedy’ego w październiku 2024 r.

Inżynierowie i technicy używają dźwigu do podniesienia 3-metrowej anteny, przygotowując ją do zainstalowania na statku kosmicznym NASA Europa Clipper. Orbiter jest montowany w czystym pomieszczeniu w High Bay 1 w JPL w ramach przygotowań do wystawy w październiku 2024 r. Źródło: NASA/JPL-Caltech

Europa w ich zasięgu

Jordan Evans, kierownik projektu Clipper w JPL, podkreślił znaczenie anteny o dużym zysku, mówiąc: „Antena o dużym zysku jest kluczową częścią budowy Europa Clipper. Jest to bardzo widoczny element sprzętu, który zapewnia moc potrzebną statkowi kosmicznemu” wysłać dane naukowe z Europy. Teraz, gdy ma dużą antenę, nie tylko wygląda jak statek kosmiczny, ale jest gotowy do kolejnych krytycznych testów w miarę zbliżania się do startu”.

Statek kosmiczny będzie trenował Dziewięć instrumentów naukowych W Europie wszystkie one wytwarzają duże ilości bogatych danych: kolorowe i stereofoniczne obrazy o wysokiej rozdzielczości do badań geologicznych i powierzchniowych; obrazy termiczne w świetle podczerwonym, aby znaleźć najcieplejsze obszary, w których woda może znajdować się blisko powierzchni; współczynnik odbicia światła podczerwonego do mapowania lodu, soli i materii organicznej; i odczyty w ultrafiolecie, aby pomóc określić skład gazów i materii powierzchniowej w atmosferze.

Clipper odbije radar penetrujący lód od podpowierzchniowego oceanu, aby określić jego głębokość, a także grubość skorupy lodowej nad nim. Magnetometr zmierzy pole magnetyczne Księżyca, aby potwierdzić obecność głębokiego oceanu i grubość lodu.

Antena o dużym zysku będzie transmitować większość tych danych z powrotem na Ziemię w ciągu 33 do 52 minut. Siła sygnału i ilość danych, które może przesłać w jednym czasie, będą znacznie większe niż w przypadku sondy NASA Galileo, która zakończyła swoją ośmioletnią misję na Jowiszu w 2003 roku.

Na miejscu w JPL w celu zainstalowania anteny był Simmie Berman, kierownik działu częstotliwości radiowych w APL. Podobnie jak Bray, prace nad anteną rozpoczęła w 2014 roku. Moduł częstotliwości radiowej obejmuje cały podsystem telekomunikacyjny statku kosmicznego i łącznie siedem anten, w tym o dużym zysku. Jej zadaniem podczas instalacji było upewnienie się, że antena została prawidłowo zamontowana na statku kosmicznym oraz że komponenty są odpowiednio zorientowane i dobrze zintegrowane.

Podczas gdy inżynierowie zarówno z APL, jak i JPL wielokrotnie ćwiczyli instalację, wirtualnie i na rzeczywistych modelach, 14 sierpnia po raz pierwszy podłączono antenę o dużym zysku do statku kosmicznego.

Powiedziała: „Nigdy nie pracowałam nad niczym na taką skalę, zarówno pod względem skali fizycznej, jak i samego interesu publicznego”. „Małe dzieci wiedzą, gdzie jest Jowisz. Wiedzą, jak wygląda Europa. To wspaniałe, że pracujecie nad czymś, co może wywrzeć tak ogromny wpływ pod względem wiedzy na ludzkość.”

Po wykonaniu tego ogromnego kroku Europa Clipper czeka jeszcze kilka etapów przygotowań do kolejnej podróży do zewnętrznych części Układu Słonecznego.

Więcej o misji

Głównym celem naukowym Europa Clipper jest ustalenie, czy pod lodowym księżycem Jowisza, Europą, istnieją miejsca, w których mogłoby istnieć życie. Trzy główne cele naukowe misji to określenie grubości lodowej skorupy księżyca i interakcji jego powierzchni z oceanem poniżej, zbadanie jego składu i scharakteryzowanie jego geologii. Szczegółowa eksploracja Europy w ramach misji pomoże naukowcom lepiej zrozumieć astrobiologiczny potencjał zamieszkałych światów poza naszą planetą.