El Júpiter Icy Moons Explorer ( Juice , anteriormente JUICE [3] ) es una nave espacial interplanetaria en camino a orbitar y estudiar tres lunas heladas de Júpiter : Ganímedes , Calisto y Europa . Se planea estudiar estas lunas de masa planetaria porque se cree que tienen debajo de sus superficies congeladas importantes masas de agua líquida, lo que las haría potencialmente habitables para vida extraterrestre . [4] [5]
JUICE es la primera nave espacial interplanetaria hacia los planetas exteriores del Sistema Solar no lanzada por los Estados Unidos y la primera que orbita una luna distinta de la Luna de la Tierra . Lanzado por la Agencia Espacial Europea (ESA), desde el Centro Espacial de Guayana en la Guayana Francesa el 14 de abril de 2023, con Airbus Defence and Space como contratista principal, [6] [7] se espera que llegue a Júpiter en julio de 2031 después de cuatro gravedad asistencias y ocho años de viajes. [8] [9] En diciembre de 2034, la nave espacial entrará en órbita alrededor de Ganímedes para su misión científica de primeros planos. [8] Su período de operaciones se superpondrá con la misión Europa Clipper de la NASA , que se lanzará en 2024.
La misión comenzó como una reformulación de la propuesta del Orbitador Júpiter Ganímedes , que iba a ser el componente de la ESA de la cancelada Misión del Sistema Europa Júpiter – Laplace (EJSM-Laplace). [10] Se convirtió en candidato para la primera misión clase L (L1) del Programa de Visión Cósmica de la ESA , y su selección se anunció el 2 de mayo de 2012. [11]
En abril de 2012, JUICE fue recomendado sobre el telescopio de rayos X propuesto por el Telescopio Avanzado para Astrofísica de Alta Energía (ATHENA) y un observatorio de ondas gravitacionales ( Nuevo Observatorio de Ondas Gravitacionales (ONG)). [12] [13]
En julio de 2015, Airbus Defence and Space fue seleccionado como contratista principal para diseñar y construir la sonda, que se ensamblará en Toulouse , Francia . [14]
Para 2023, se estimaba que la misión le costaría a la ESA 1.500 millones de euros (1.600 millones de dólares). [15]
Los principales impulsores del diseño de naves espaciales están relacionados con la gran distancia al Sol, el uso de energía solar y el duro entorno de radiación de Júpiter. Las inserciones orbitales en Júpiter y Ganímedes y la gran cantidad de maniobras de sobrevuelo (más de 25 asistencias de gravedad y dos sobrevuelos en Europa) requieren que la nave espacial transporte alrededor de 3.000 kg (6.600 lb) de propulsor químico. [16] La capacidad total delta-V de la nave espacial es de aproximadamente 2.700 m/s (6.000 mph). [17]
Juice tiene una antena fija de alta ganancia de 2,5 metros de diámetro y una antena orientable de ganancia media; se utilizarán bandas X y K. Son posibles velocidades de enlace descendente de 2 Gb/día con antenas terrestres de espacio profundo. La capacidad de almacenamiento de datos a bordo es de 1,25 Tb. [1]
El motor principal del Juice es un propulsor bipropulsor hipergólico ( monometilhidrazina y óxidos mixtos de nitrógeno ) de 425 N. Un aislamiento multicapa de 100 kg proporciona control térmico. La nave espacial está estabilizada en 3 ejes mediante ruedas de impulso. El blindaje contra la radiación se utiliza para proteger los componentes electrónicos de a bordo del entorno joviano [1] (la tolerancia a la radiación requerida es de 50 kilorad a nivel del equipo [17] ).
La carga útil científica de Juice tiene una masa de 280 kg e incluye el sistema de cámara JANUS, el espectrómetro de imágenes visibles e infrarrojas MAJIS, el espectrógrafo de imágenes ultravioleta UVS, la sonda de radar RIME, el altímetro láser GALA, el instrumento de ondas submilimétricas SWI, el magnetómetro J-MAG, PEP. paquete de partículas y plasma, investigación de ondas de plasma y radio RPWI, paquete de ciencia de radio 3GM, el instrumento de ciencia de radio PRIDE y el monitor de radiación RADEM. Un brazo desplegable de 10,6 metros albergará a J-MAG y RPWI, y para RIME se utilizará una antena desplegable de 16 metros de largo. Cuatro brazos de 3 metros transportan partes del instrumento RPWI. Los demás instrumentos están montados en el cuerpo de la nave espacial, o en el caso de 3GM, dentro del bus de la nave espacial . [1]
Juice fue lanzado al espacio el 14 de abril de 2023 desde el Centro Espacial de Guayana en un cohete Ariane 5 . Este fue el lanzamiento final de una misión científica de la ESA utilizando el vehículo Ariane 5 [18] y fue el penúltimo lanzamiento del cohete en general. [19]
El lanzamiento estaba previsto inicialmente para el 13 de abril de 2023, pero debido al mal tiempo se pospuso. [20] Al día siguiente, un segundo intento de lanzamiento tuvo éxito, y el despegue se produjo a las 12:14:36 UTC. Después de que la nave espacial se separó del cohete, estableció con éxito una conexión de señal de radio con la Tierra a las 13:04 UTC. Los paneles solares de Juice se desplegaron aproximadamente media hora más tarde, lo que llevó a la ESA a considerar el lanzamiento como un éxito. [18]
Después del lanzamiento, se planearán múltiples asistencias gravitacionales para poner a Juice en una trayectoria hacia Júpiter: un sobrevuelo del sistema Tierra-Luna en agosto de 2024, Venus en agosto de 2025, un segundo sobrevuelo de la Tierra en septiembre de 2026 y un tercero y último. sobrevuelo de la Tierra en enero de 2029. [8]
El jugo pasará dos veces por el cinturón de asteroides . Se propuso realizar un sobrevuelo del asteroide 223 Rosa en octubre de 2029, pero se abandonó para ahorrar combustible para la misión joviana principal. [21] [22] [23]
Las asistencias por gravedad incluyen: [24]
Las principales características del recorrido de referencia por Júpiter se resumen a continuación (fuente: Tabla 5-2 de ESA/SRE(2014)1 [17] ). Este escenario suponía un lanzamiento a principios de junio de 2022; sin embargo, los requisitos delta-V son representativos debido a las configuraciones orbitales bastante cortas y repetitivas de Europa, Ganímedes y Calisto.
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El orbitador JUICE realizará investigaciones detalladas sobre Ganímedes y evaluará su potencial para albergar vida . Las investigaciones de Europa y Calisto completarán un cuadro comparativo de estas lunas galileanas . [26] Se cree que las tres lunas albergan océanos internos de agua líquida , por lo que son fundamentales para comprender la habitabilidad de los mundos helados.
Los principales objetivos científicos de Ganímedes, y en menor medida de Calisto, son: [26]
Para Europa, la atención se centra en la química esencial para la vida, incluidas las moléculas orgánicas , y en la comprensión de la formación de las características de la superficie y la composición del material distinto del hielo de agua. Además, JUICE proporcionará el primer sondeo del subsuelo de la luna, incluida la primera determinación del espesor mínimo de la corteza helada sobre las regiones volcánicamente activas más recientes.
También se llevarán a cabo observaciones más distantes con resolución espacial de varios satélites irregulares menores y de la luna volcánicamente activa Io .
El 21 de febrero de 2013, tras un concurso, la ESA seleccionó 11 instrumentos científicos, que fueron desarrollados por equipos de ciencia e ingeniería de toda Europa, con participación de Estados Unidos. [27] [28] [29] [30] Japón también contribuyó con varios componentes para los instrumentos SWI, RPWI, GALA, PEP, JANUS y J-MAG, y facilitará las pruebas. [31] [32] [33]
El nombre en latín significa "observación integral de Júpiter, sus amores y sus descendientes". [34] Es un sistema de cámara para obtener imágenes de Ganímedes y partes interesantes de la superficie de Calisto a más de 400 m/píxel (resolución limitada por el volumen de datos de la misión). Los objetivos seleccionados se investigarán en alta resolución con una resolución espacial desde 25 m/píxel hasta 2,4 m/píxel con un campo de visión de 1,3°. El sistema de cámara tiene 13 filtros pancromáticos, de banda ancha y estrecha en el rango de 0,36 μm a 1,1 μm y proporciona capacidades de imágenes estéreo. JANUS también permitirá relacionar mediciones espectrales, láser y de radar con la geomorfología y, por lo tanto, proporcionará el contexto geológico general.
Un espectrógrafo de imágenes visibles e infrarrojas que opera desde 400 nm a 5,70 μm, con una resolución espectral de 3 a 7 nm, que observará las características de las nubes troposféricas y especies menores de gas en Júpiter e investigará la composición de los hielos y minerales en las superficies de la superficie helada. lunas. La resolución espacial se reducirá a 75 m (246 pies) en Ganímedes y a unos 100 km (62 millas) en Júpiter.
Un espectrógrafo de imágenes que opera en el rango de longitud de onda de 55 a 210 nm con una resolución espectral de <0,6 nm que caracterizará las exosferas y auroras de las lunas heladas, incluidas las búsquedas de penachos en Europa, y estudiará la atmósfera superior y las auroras jovianas. Resolución de hasta 500 m (1600 pies) observando Ganímedes y hasta 250 km (160 millas) observando Júpiter.
Un espectrómetro que utiliza una antena de 30 cm (12 pulgadas) y trabaja en 1080–1275 GHz y 530–601 GHz con un poder de resolución espectral de ~10 7 que estudiará la estratosfera y troposfera de Júpiter, y las exosferas y superficies de las lunas heladas.
Un altímetro láser con un tamaño de punto de 20 m (66 pies) y una resolución vertical de 10 cm (3,9 pulgadas) a 200 km (120 millas) destinado a estudiar la topografía de las lunas heladas y las deformaciones de las mareas de Ganímedes.
Un radar de penetración de hielo que funciona a una frecuencia de 9 MHz (ancho de banda de 1 y 3 MHz) emitido por una antena de 16 m (52 pies); se utilizará para estudiar la estructura del subsuelo de las lunas jovianas hasta 9 km (5,6 millas) de profundidad con una resolución vertical de hasta 30 m (98 pies) en hielo.
Durante la puesta en servicio posterior al lanzamiento de la nave espacial, la antena RIME no se desplegó correctamente desde su soporte de montaje. [35] Después de varias semanas de intentos de liberar el instrumento, se implementó con éxito el 12 de mayo del mismo año. [36]
JUICE estudiará los océanos subterráneos de las lunas heladas y la interacción del campo magnético joviano con el campo magnético de Ganímedes utilizando un magnetómetro sensible .
Un conjunto de seis sensores para estudiar la magnetosfera de Júpiter y sus interacciones con las lunas jovianas. PEP medirá iones positivos y negativos, electrones, gas neutro exosférico, plasma térmico y átomos neutros energéticos presentes en todos los dominios del sistema de Júpiter desde 1 meV hasta 1 MeV de energía.
RPWI caracterizará el entorno de plasma y las emisiones de radio alrededor de la nave espacial y se compone de cuatro experimentos: GANDALF, MIME, FRODO y JENRAGE. RPWI utilizará cuatro sondas Langmuir , cada una montada al final de su propio brazo dedicado y sensibles hasta 1,6 MHz, para caracterizar el plasma, y receptores en el rango de frecuencia de 80 kHz a 45 MHz para medir las emisiones de radio. [37] Este instrumento científico es algo notable por usar Sonic the Hedgehog como parte de su logotipo. [38] [39]
3GM es un paquete de radiociencia que comprende un transpondedor Ka y un oscilador ultraestable . [40] 3GM se utilizará para estudiar el campo de gravedad – hasta el grado 10 – en Ganímedes y la extensión de los océanos internos en las lunas heladas, así como para investigar la estructura de las atmósferas neutras y las ionosferas de Júpiter (0,1 – 800 m bar). ) y sus lunas. 3GM lleva un reloj atómico construido en Israel "que medirá pequeñas oscilaciones en un haz de radio". [41] [42]
El experimento generará señales específicas transmitidas por la antena de JUICE y recibidas mediante interferometría de línea de base muy larga para realizar mediciones de precisión de los campos de gravedad de Júpiter y sus lunas heladas.
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