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Juice
Riepilogo

JUICE (JUpiter ICy lune Explorer) è la prima missione di grande classe nel programma Cosmic Vision 2015-2025 dell'ESA. Completerà un tour unico del sistema di Giove che includerà studi approfonditi di tre satelliti potenzialmente oceanici, Ganimede, Europa e Callisto.
Il tour di Giove include diversi passaggi nell'universo di dimensioni planetarie e termina con l'inserimento dell'orbita attorno a Ganimede, la più grande luna del Sistema Solare.
JUICE trasporterà il più potente carico scientifico mai volato sul Sistema Solare esterno. Consiste di 10 strumenti all'avanguardia più un esperimento scientifico che utilizza il sistema di telecomunicazione di veicoli spaziali con radiotelescopi terrestri.
Gli strumenti di JUICE consentiranno agli scienziati di confrontare ciascuno di questi satelliti ghiacciati e di studiare il potenziale per tali corpi di ospitare ambienti abitabili come gli oceani sottosuperficiali. Eseguiranno anche osservazioni su Giove, la sua atmosfera, la magnetosfera, i satelliti e gli anelli.
Il lancio di JUICE è attualmente pianificato per il 2022. Dopo una crociera di 7,5 anni verso Giove, che include le fionde gravitazionali di Terra, Venere e Marte, la navicella spaziale entrerà in orbita attorno al pianeta gigante nel 2029.

Specifiche Tecniche

I principali elementi di progettazione delle navicelle spaziali sono legati alla grande distanza dal Sole, l'uso della generazione di energia solare e il duro ambiente di radiazione di Giove.
Le inserzioni di orbita su Giove e Ganimede e il gran numero di manovre di sorvolo (più di 25 tra sorvoli e fionde gravitazionali) richiedono che la navicella trasporti circa 3000 kg di propellente chimico.
L'ampia distanza dalla Terra si traduce in un tempo di andata e ritorno del segnale fino a 1h 46 m, che richiede un'attenta pre-pianificazione e l'esecuzione autonoma delle operazioni da parte del veicolo spaziale. Inoltre il veicolo spaziale sarà equipaggiato con un'antenna ad alto guadagno di 3 m di diametro per fornire un download giornaliero di almeno 1,4 Gb di dati.
La sistemazione del carico utile deve tenere conto della necessità di schermatura contro le radiazioni e soddisfare i requisiti dei singoli strumenti. La missione JUICE si concentra su Ganimede e Callisto, insieme a due voli su Europa, e quindi rimane al di fuori delle principali fasce di radiazioni di Giove per la maggior parte delle operazioni di missione. Ciò significa che la schermatura può essere utilizzata come protezione primaria per l'elettronica di bordo.
L'utilizzo dell'energia solare in combinazione con la grande distanza dal Sole, con una costante solare nel caso peggiore di 46 Wm-2, si traduce in pannelli solari di grandi dimensioni, tipicamente di circa 60 - 75 m quadrati. Poiché l'ambiente delle radiazioni è dominato dagli elettroni, è possibile utilizzare array solari per fornire energia elettrica, con celle solari GaAs ottimizzate per condizioni di 'Bassa Intensità / Bassa Temperatura'.
La missione JUICE include una serie di sorvoli delle lune gioviane Callisto, Ganimede ed Europa, tutte soggette a vari gradi di protezione planetaria. Ciò ha implicazioni per le attività di progettazione e integrazione del veicolo spaziale e del carico utile.

Carico Scientifico

La navicella spaziale JUICE trasporterà il più potente complemento di carico utile geofisico mai portato nel Sistema solare esterno.
Il carico utile è costituito da 10 strumenti all'avanguardia più un esperimento che utilizza il sistema di telecomunicazione di veicoli spaziali con strumenti a terra. Questo carico utile è in grado di affrontare tutti gli obiettivi scientifici della missione, dalle misurazioni in situ dell'atmosfera di Giove e dell'ambiente plasma, alle osservazioni a distanza della superficie e dell'interno delle tre lune ghiacciate, Ganimede, Europa e Callisto.
Un pacchetto di telerilevamento comprende immagini (JANUS) e capacità di imaging spettrale dalle lunghezze d'onda ultraviolette a quelle sub-millimetriche (MAJIS, UVS, SWI). Un pacchetto geofisico consiste in un altimetro laser (GALA) e un radar (RIME) per esplorare la superficie e il sottosuolo delle lune e un esperimento di radio scienza (3GM) per sondare le atmosfere di Giove e dei suoi satelliti e per eseguire misurazioni di i campi di gravità. E' compreso un potente pacchetto per studiare l'ambiente delle particelle (PEP), un magnetometro (J-MAG) e uno strumento a onde radio e plasma (RPWI), insieme ai sensori dei campi elettrici e una sonda Langmuir. Un esperimento (PRIDE) che utilizza un'interferometria di base molto lunga a terra fornirà una determinazione precisa della posizione e della velocità del veicolo spaziale.

JANUS - Sistema di telecamere
Una camera ottica per studiare morfologia e processi globali, regionali e locali sulle lune e per eseguire la mappatura delle nuvole su Giove.
JANUS avrà 13 filtri, un campo visivo di 1,3 gradi e risoluzione spaziale fino a 2,4 m su Ganimede e circa 10 km a Giove.
MAJIS - Spettrometro
Uno spettrometro di imaging iper-spettrale per osservare le caratteristiche delle nubi troposferiche su Giove e per la caratterizzazione di ghiacci e minerali sulle superfici delle lune ghiacciate.
MAJIS coprirà le lunghezze d'onda del visibile e dell'infrarosso da 0,4 a 5,7 micron, con risoluzione spettrale di 3-7 nm. La risoluzione spaziale sarà fino a 25 m su Ganimede e circa 100 km su Giove.
UVS - Spettrografo di immagini UV
Uno spettrometro UV per caratterizzare la composizione e la dinamica delle esosfere delle lune ghiacciate, per studiare le aurore gioviane e per studiare la composizione e la struttura dell'atmosfera superiore. Lo strumento eseguirà sia le osservazioni al nadir che in fase di occultazione solare e stellare.
L'UVS coprirà l'intervallo di lunghezze d'onda 55-210 nm con una risoluzione spettrale di <0,6 nm. La risoluzione spaziale raggiungerà 0,5 km a Ganimede e fino a 250 km a Giove.
SWI - Strumentazione a onde sub-millimetriche
Uno strumento ad onda sub-millimetrica per studiare la struttura della temperatura, la composizione e le dinamiche della stratosfera e della troposfera di Giove, e le esosfere e le superfici delle lune ghiacciate.
SWI è uno spettrometro eterodina che utilizza un'antenna da 30 cm e lavora in due gamme spettrali 1080-1275 GHz e 530-601 GHz con un potere di risoluzione spettrale di ~ 107.
GALA - Altimetro laser
Un altimetro laser per studiare la deformazione di marea di Ganimede e la morfologia e la topografia delle superfici delle lune ghiacciate.
GALA avrà una dimensione spot di 20 m e una risoluzione verticale di 0,1 m a 200 km.
RIME - Radar per l'esplorazione delle lune ghiacciate
Un radar che penetra nel ghiaccio per studiare la struttura del sottosuolo delle lune ghiacciate fino a 9 km di profondità con una risoluzione verticale fino a 30 m di ghiaccio.
RIME funzionerà a una frequenza centrale di 9 MHz (larghezza di banda 1 e 3 MHz) e utilizzerà un'antenna di 16 m.
J-MAG - Magnetometro
Un magnetometro per caratterizzare il campo magnetico gioviano, la sua interazione con il campo magnetico interno di Ganimede e per studiare gli oceani sottosuperficiali delle lune ghiacciate.
Lo strumento utilizzerà sensori di flusso (in ingresso e in uscita) montati su un braccio.
PEP - Pacchetto particelle ambientali
Un pacchetto di plasma con sensori per caratterizzare l'ambiente plasma nel sistema di Giove.
La PEP misurerà la densità e i flussi di ioni positivi, negativi, elettroni, gas neutro esosferico, plasma termico ed atomi neutri energetici nell'intervallo di energia da <0,001 eV a> 1 MeV con copertura angolare completa. La composizione delle esosfere delle lune sarà misurata con un potere risolutivo superiore a 1000.  
RPWI - Investigatore sulle onde Radio e sul Plasma
Uno strumento a onde radio plasma per caratterizzare l'ambiente di emissione radio e plasma di Giove e le sue lune ghiacciate.
RPWI sarà basato su quattro esperimenti, GANDALF, MIME, FRODO e JENRAGE. Utilizzerà un set di sensori, tra cui due sonde Langmuir per misurare i vettori di campo elettrico CC fino a una frequenza di 1,6 MHz e per caratterizzare i ricevitori di plasma e media e alta frequenza e le antenne per misurare i campi elettrici e magnetici nelle emissioni radio nell'intervallo di frequenza 80 kHz- 45 MHz.  
3GM - Gravità e geofisica di Giove e delle Lune galileiane
Un pacchetto radiofonico comprendente un transponder Ka e un oscillatore ultrasonico.
Il 3GM sarà usato per studiare il campo gravitazionale - fino al 10° grado - a Ganimede e l'estensione degli oceani interni sulle lune ghiacciate, e per studiare la struttura delle atmosfere neutre e delle ionosfere di Giove (0,1 - 800 mbar) e delle sue lune .  
PRIDE - Interferometro radio planetario ed esperimento Doppler
PRIDE utilizzerà il sistema di telecomunicazione standard del veicolo spaziale JUICE e VLBI - Very Long Interferometry Baseline - per eseguire misurazioni precise della posizione e della velocità del veicolo spaziale per investigare i campi gravitazionali di Giove e le lune ghiacciate.

Cronologia Missione
30-06-2022 Juice: lancio
31-01-2030 Juice: inserimento nell'orbita di Giove
Oggetti
  • Giove
    Gigante gassoso

    Il pianeta più grande del sistema solare, ha una composizione simile a quella del Sole e il suo intenso campo gravitazionale perturba le orbite degli altri pianeti.

  • Ganimede
    Satellite naturale

    Ganimede è il maggiore dei satelliti naturali di Giove e il più grande dell'intero sistema solare. Supera per dimensioni (ma non per massa) il pianeta Mercurio ed è l'unico satellite del sistema solare per cui è nota l'esistenza di un campo magnetico proprio.

  • Callisto
    Satellite naturale

    È la quarta luna galileiana in ordine di distanza da Giove e la sua superficie è la più antica e la più pesantemente craterizzata del sistema solare.

  • Europa
    Satellite naturale

    Leggermente più piccolo della Luna, Europa è composto principalmente da silicati con una crosta costituita da acqua ghiacciata ed è circondato esternamente da una tenue atmosfera, composta principalmente da ossigeno. A differenza di Ganimede e Callisto, la sua superficie si presenta striata e poco craterizzata ed è la più liscia di quella di qualsiasi oggetto noto del sistema Solare.

Obiettivi

Upiter ICy lune Explorer (JUICE) eseguirà indagini dettagliate su Giove e il suo sistema in tutte le loro relazioni e complessità, con particolare attenzione a Ganimede come corpo planetario e potenziale habitat. Le indagini di Europa e Callisto completerebbero un quadro comparativo delle lune galileiane.
Giove è l'archetipo per i pianeti giganti del Sistema Solare e per i numerosi pianeti giganti che orbitano attorno ad altre stelle. Inoltre, i diversi satelliti galileiani di Giove - tre dei quali si ritiene che possano ospitare oceani interni - sono fondamentali per comprendere l'abitabilità dei mondi ghiacciati.
Comprendere il sistema gioviano e svelare la sua storia, dalla sua origine alla possibile comparsa di ambienti abitabili, ci darà una visione migliore di come i pianeti giganti gassosi ei loro satelliti si formano e si evolvono. Inoltre, dovrebbe essere posta nuova luce sul potenziale per l'emergere della vita nei sistemi esoplanetari di Giove.
La missione JUICE affronterà due temi del programma Cosmic Vision dell'ESA: quali sono le condizioni per la formazione del pianeta e l'emergere della vita? Come funziona il sistema solare?

OCEANI INTERNI, MONDI ABITABILI?
L'obiettivo di Juice è di caratterizzare le condizioni che possono aver portato alla comparsa di ambienti abitabili tra i satelliti ghiacciati di Giove, con particolare attenzione ai tre mondi oceanici, Ganimede, Europa e Callisto. Ganimede viene identificato per un'indagine dettagliata poiché fornisce un laboratorio naturale per l'analisi della natura, l'evoluzione e la potenziale abitabilità dei mondi ghiacciati in generale, ma anche per il ruolo che svolge all'interno del sistema dei satelliti galileiani e le sue uniche interazioni magnetiche e plasma con l'ambiente gioviano circostante.
I principali obiettivi scientifici per Ganimede e, in misura minore, per Callisto, sono:

- caratterizzazione degli strati oceanici e rilevamento di giacimenti idrici sottosuolo putativi;
- mappatura topografica, geologica e compositiva della superficie;
- studio delle proprietà fisiche delle croste ghiacciate;
- caratterizzazione della distribuzione di massa interna, dinamica ed evoluzione degli interni;
- investigazione dell'esosfera;
- studio del campo magnetico intrinseco di Ganimede e delle sue interazioni con la magnetosfera gioviana.

Su Europa l'attenzione si concentrerrà sulla chimica essenziale per la vita, comprese le molecole organiche, e sulla comprensione della formazione delle caratteristiche superficiali e della composizione del materiale non ghiaccio-acqua. Inoltre, JUICE fornirà la prima analisi radar del sottosuolo della luna, compresa la prima determinazione dello spessore minimo della crosta ghiacciata nelle regioni più attive.

IL SISTEMA GIOVIANO COME ARCHETIPO PER I GIGANTI GASSOSI
La missione si concentrerà anche sulla caratterizzazione della diversità dei processi nel sistema di Giove che potrebbero essere necessari per fornire un ambiente stabile su Ganimede, Europa e Callisto in scale temporali geologiche.
Gli studi sull'atmosfera gioviana saranno focalizzati sulla ricerca della sua struttura, dinamica e composizione. La circolazione, la meteorologia, la chimica e la struttura di Giove saranno studiate dalle nubi alla termosfera. Queste osservazioni saranno raggiunte su una linea temporale temporale sufficientemente lunga con un'ampia copertura latitudinale per studiare sistemi meteorologici in evoluzione e i meccanismi di trasporto di energia, quantità di moto e materiale tra i diversi strati.
L'attenzione nella magnetosfera gioviana includerà un'indagine sulle proprietà tridimensionali del disco magnetico e lo studio approfondito dei processi di accoppiamento all'interno della magnetosfera, della ionosfera e della termosfera. Verranno chiarite le aurore e le emissioni radio e la loro risposta al vento solare.
All'interno del sistema satellitare di Giove, JUICE studierà anche le interazioni delle lune con la magnetosfera, l'accoppiamento gravitazionale e l'evoluzione delle maree a lungo termine dei satelliti galileiani.

Notizie

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