Memahami Juno Orbit: Wawancara dengan Scott Bolton dari NASA

Pin
Send
Share
Send

Radiasi yang intens di sekitar Jupiter telah membentuk setiap aspek dari misi Juno, terutama orbit Juno. Data menunjukkan bahwa ada celah antara sabuk radiasi yang mengelilingi Yupiter, dan puncak awan Yupiter. Juno harus 'menyikapi jarum' dan melakukan perjalanan melalui celah ini, untuk meminimalkan paparan radiasi, dan untuk memenuhi tujuan sainsnya. Menambah kompleksitas misi Juno, adalah fakta bahwa desain pesawat ruang angkasa, tujuan ilmiah, dan persyaratan orbit semuanya saling membentuk.

Saya tidak yakin dengan pertanyaan apa untuk memulai wawancara ini: Bagaimana kondisi di sekitar Jupiter, terutama radiasi ekstremnya, membentuk orbit Juno? Atau, bagaimana orbit yang diperlukan untuk Juno untuk bertahan dari radiasi ekstrim Jupiter membentuk tujuan sains Juno? Atau, akhirnya, bagaimana tujuan sains membentuk orbit Juno?

Scott Bolton, Investigator Utama NASA untuk misi Juno ke Jupiter. Kredit Gambar: NASA

Seperti yang Anda lihat, misi Juno tampaknya seperti simpul Gordian. Ketiga pertanyaan itu, saya yakin, harus ditanyakan dan dijawab beberapa kali, dengan jawaban yang membentuk pertanyaan lainnya. Untuk membantu mengurai ikatan ini, saya berbicara dengan Scott Bolton, Investigator Utama NASA untuk misi Juno. Sebagai orang yang bertanggung jawab atas seluruh misi Juno, Scott memiliki pemahaman lengkap tentang tujuan sains Juno, desain Juno, dan jalur orbit yang akan diikuti Juno di sekitar Jupiter.

MISALNYA: Hai Scott. Terima kasih telah meluangkan waktu untuk berbicara dengan saya hari ini. Radiasi Jupiter adalah bahaya besar yang harus dihadapi Juno, dan kubah titanium Juno dirancang untuk melindungi barang-barang elektronik Juno. Tetapi orbit Juno sebagian dibentuk oleh radiasi di sekitar Jupiter. Bagaimana radiasi di sekitar Jupiter membentuk orbit Juno?

"... kami tahu bahwa wilayah di sekitar Jupiter benar-benar buruk, berbahaya, dan keras dengan radiasi ..."

SB: Yah, itu membatasi pilihan kita, katakanlah. Orbit Juno dipilih melalui kombinasi peluang untuk pengukuran ilmiah, yang membutuhkan beberapa jenis geometri atau lokasi pesawat ruang angkasa untuk melakukan, dan fakta bahwa kita harus menghindari sebaik mungkin wilayah paling berbahaya, pada dasarnya, di tata surya. Ini menuntut kami untuk berada sangat dekat dengan Yupiter, dan orientasi polar. Kami pergi ke kutub Jupiter. Dan kami tahu bahwa wilayah di sekitar Jupiter benar-benar buruk, berbahaya, dan keras dengan radiasi, tetapi kami juga belum pernah pergi ke sana dengan pesawat ruang angkasa. Jadi, kami tidak begitu yakin seberapa kerasnya itu, atau persis bagaimana bentuknya. Kami hanya punya beberapa ide.

Tetapi melalui analogi dengan Bumi, dan melalui pemodelan, kami dapat menemukan cara untuk mencapai tujuan ilmiah yang kami inginkan dan tetap berada di luar wilayah terburuk. Juno masuk melalui kutub, dan akan turun sangat dekat ke Jupiter dengan cara yang kami percaya akan berada di antara sabuk radiasi dan atmosfer Jupiter itu sendiri.

Di Bumi ada jendela kecil antara sabuk radiasi kita sendiri - yang tidak hampir sama berbahayanya dengan Jupiter tetapi dibentuk dengan cara yang sama - dan atmosfer Bumi. Ada celah di sana, dan kami memiliki bukti bahwa ada celah di Jupiter juga, dan kami memasang jarum itu.

MISALNYA: Dari mana datangnya bukti untuk celah itu, selain hanya melihat sabuk Van Allen di Bumi? Apakah ada pengamatan dari observatorium NASA yang menunjukkan ada celah serupa di sekitar Jupiter?

SB: Kami menggunakan teleskop radio seperti VLS (Very Large Array) dan teleskop radio lainnya di seluruh dunia yang dapat melihat Jupiter, dan pada frekuensi tertentu mereka melihat apa yang disebut radiasi synchrotron. Radiasi synchrotron adalah elektron energi sangat tinggi yang bergerak mendekati kecepatan cahaya, dan mereka mengeluarkan emisi radio. Mereka memberikannya dalam geometri yang sangat spesifik berdasarkan pada fisika relativistik. Kita dapat melihat itu, dan itu memberi tahu kita sesuatu tentang bagaimana radiasi dibentuk, dan bagaimana populasi elektron berenergi tinggi didistribusikan. Itu digunakan dalam model, dan kami dapat menunjukkan bahwa harus ada sedikit celah, sebagian karena ketika kita melihat radiasi itu, sepertinya itu meliuk ketika menjadi sangat dekat dengan Jupiter. Tapi kami memiliki resolusi terbatas, jadi sementara ada indikasi bahwa ada celah antara Jupiter dan sabuk radiasi, tidak ada bukti positif.

MISALNYA: Jadi Juno sendiri akan menjadi bukti positif bahwa ada jarak antara Jupiter dan sabuk radiasi?

SB: Iya. Dan kemudian kita memiliki satu pengukuran lain yang membantu kita memahami hal ini. Pesawat ruang angkasa Galileo yang mengorbit Jupiter kembali di pertengahan 90-an berisi sebuah penyelidikan yang masuk ke atmosfer Jupiter untuk mencari tahu apa itu terbuat dari. Penyelidikan itu mengambil beberapa pengukuran dengan beberapa instrumen yang sangat kasar, hampir seperti penghitung Geiger, dan data dari pengukuran tersebut menunjukkan puncak radiasi dan kemudian jarak dekat ke Jupiter. Jadi itu memberi kami bukti lebih lanjut bahwa ada celah. Meskipun ini merupakan kumpulan data yang sangat terbatas, ini konsisten dengan model dari teleskop radio.

MISALNYA: Anda harus memiliki tujuan sains tertentu dalam pikiran untuk misi Juno, jadi bagaimana pemahaman tentang sabuk radiasi Jupiter ini, dan orbit yang diperlukan untuk menghindarinya, membentuk tujuan sains dari misi Juno? Apakah itu memaksa semua tujuan untuk ditinggalkan sama sekali?

"Sebenarnya, itu adalah tujuan sains yang pada dasarnya mendorong orbit."

SB: Tidak, tidak sama sekali. Bahkan, itu adalah tujuan sains yang pada dasarnya mendorong orbit. Itulah yang mendorong kami untuk ingin menjadi sangat dekat. Pertanyaannya adalah seberapa dekat kita bisa mendapatkan yang aman, dan berapa kali kita bisa mengorbit? Jadi saya akan mengatakan bahwa apa yang dilakukan radiasi, apakah itu tidak mengubah orbit kita sebanyak membatasi berapa kali kita dapat mengorbit. Jadi kami memiliki waktu hidup yang terbatas, dan karena waktu hidup yang terbatas itu, kami pergi ke orbit yang memungkinkan kami untuk memetakan planet ini secepat mungkin. Kami ingin terbang dengan sangat dekat, di banyak bujur yang berbeda yang berjarak sama.

Tujuan sains dan batasan sabuk radiasi memberi tahu kami bahwa Juno hanya akan bertahan begitu lama, jadi Anda harus menyelesaikan peta dalam waktu terbatas. Jadi ada sedikit trade-off. Mungkin ada cara untuk melindungi Juno lebih lama dengan lebih banyak titanium, lebih banyak perisai, untuk bertahan sedikit lebih lama, tetapi pada akhirnya menjadi sangat buruk, sehingga saya tidak yakin apakah kita melindunginya lebih lama sehingga akan bertahan lebih lama.

"Seandainya saya bisa menaruh bahan bakar yang cukup di atas kapal, saya bisa mengubah orbit di tengah misi ..."

MISALNYA: Mengurangi pengembalian, kurasa?

SB: Baik. Jadi keterbatasan teknik dan kepraktisan apa yang bisa kita luncurkan dengan roket benar-benar membatasi kita. Seandainya saya bisa memasukkan bahan bakar yang cukup, saya bisa mengubah orbit di tengah misi untuk memungkinkan kami bertahan lebih lama. Itu akan membutuhkan sejumlah besar bahan bakar. Apa yang terjadi adalah, ketika Anda dekat dengan Jupiter, itu tidak simetris sempurna, sehingga mulai mengubah bentuk orbit Juno.

MISALNYA: Jadi Anda perlu melakukan koreksi, untuk mempertahankan orbit?

SB: Ya, tapi kami tidak bisa. Kami tidak punya cukup bahan bakar untuk melakukan sesuatu seperti itu, jadi Anda harus hidup dengan apa yang dilakukan Jupiter terhadap orbit. Jadi ia mulai memutar orbitnya, dan setiap kali kita datang ke Jupiter, ia mulai memutar orbitnya sedikit lagi. Kami menggunakan itu sedikit secara ilmiah, tetapi kenyataannya itu hanya sesuatu yang harus kita jalani. Untuk paruh pertama misi, jika mode sudah benar, kami tidak akan harus berurusan dengan jumlah maksimum radiasi, tetapi menuju paruh kedua misi itu mulai menjadi lebih buruk. Kami tidak dapat menghindari sabuk radiasi sebanyak yang kami bisa di awal. Pada dasarnya itulah yang membatasi masa hidup misi Juno.

MISALNYA: Jadi Jupiter terus-menerus memengaruhi orbit Juno, dan Anda memiliki kapasitas terbatas untuk menghadapinya?

SB: Itu benar. Itu karena Jupiter bukan bola yang sempurna.

MISALNYA: Dan salah satu tujuannya adalah untuk memetakan gravitasi Jupiter?

SB: Ya, untuk mengetahui seberapa tepatnya ketidaksempurnaan sebuah bola [tawa]. Dan kemudian belajar dari situ tentang seperti apa struktur interiornya, dan karenanya bagaimana bola itu terbentuk.

MISALNYA: Sepertinya ini saat yang tepat untuk bertanya seperti apa bentuk orbit Juno? Seberapa dekat dengan Jupiter, dan seberapa jauh jaraknya selama orbitnya?

"... kita berada di dekat bulan luar, dekat Callisto atau lebih."

SB: Ini elips, seperti kebanyakan orbit, dan titik pendekatan terdekatnya sekitar 5.000 km (3.100 mil) di atas puncak awan atau lebih, dan itu disebut perijove. Di sisi lain, kami berada di dekat bulan luar, dekat Callisto atau lebih.

MISALNYA: Cukup jauh, kalau begitu.

SB: Ya, jaraknya cukup jauh. Dibutuhkan sekitar 14 Juni untuk menyelesaikan orbit. Dan kemudian orientasi lainnya tepat di atas kutub. Tepat di kutub utara dan selatan. Tapi kami tidak segera masuk ke orbit itu. Pertama-tama kita harus menembakkan roket kita dan kita memasuki orbit yang jauh lebih besar yang membutuhkan waktu sekitar 53 hari untuk berputar, dan jarak yang kita tempuh dari Jupiter jauh lebih jauh. Selama beberapa bulan pertama, kami memiliki cukup bahan bakar untuk memodifikasi orbit untuk mendapatkan apa yang akhirnya kami inginkan, dan itu membutuhkan waktu beberapa bulan untuk melakukannya.

MISALNYA:Jadi Juno juga bertenaga surya, selain bahan bakarnya untuk mengubah orbitnya. Anda harus tetap terkena sinar matahari, jadi itu pasti tambahan saat mendesain orbit Anda?

"... secara umum, kita menghindari bayangan atau okultasi oleh Jupiter."

SB: Ya, itu adalah kendala tambahan dalam arti bahwa saya ingin menghindari masuk ke dalam bayangan Jupiter. Saya ingin panel surya selalu melihat matahari. Kita bisa pergi dalam waktu singkat tanpa itu, tetapi secara umum kita menghindari bayangan atau okultasi oleh Jupiter.

MISALNYA: Apakah itu salah satu alasan mengapa orbit Anda begitu jauh dari Jupiter? Untuk menghindari masuk ke bayangan Jupiter?

SB: Ya itu benar. Meskipun Anda bisa menghindarinya bahkan jika Anda sangat dekat, jika Anda mengorbit ke samping. Saya tidak harus pergi ke belakang Jupiter, meskipun orbitnya kecil. Tetapi Anda harus menghitung semua itu dan memastikan.

MISALNYA: Apakah semua instrumen Juno akan aktif di seluruh orbitnya? Atau apakah beberapa orbit didedikasikan untuk sensor dan instrumen tertentu?

SB: Secara umum, semua instrumen aktif. Tetapi kami memiliki orbit yang difokuskan pada hal-hal tertentu berdasarkan persyaratan penunjukan. Misalnya, pengukuran gravitasi. Ketika kita ingin mengukur medan gravitasi, kita harus memastikan antena diarahkan ke Bumi sebanyak mungkin. Begitulah cara Anda mengukur medan gravitasi, adalah Anda melihat sinyal yang dikirim Juno kembali ke Bumi, dan Anda mengukur pergeseran Doppler dari sinyal radio dan itu memberi tahu Anda bagaimana medan gravitasi mendorong dan menarik Juno.

Saat kami tidak mengukur medan gravitasi, kami memiliki instrumen lain yang lebih suka menunjuk langsung ke Jupiter. Mereka masih bisa mengambil data saat kita mengukur medan gravitasi, tetapi lebih baik jika mereka menunjuk langsung ke Jupiter. Kita bisa mentolerir itu karena susunan matahari masih menunjuk ke matahari, dan kita masih bisa tetap berkomunikasi dengan pesawat ruang angkasa, kita tidak bisa mendapatkan pengukuran medan gravitasi penuh.

"... di akhir misi, sel surya tidak diharapkan untuk berkinerja sebaik yang mereka lakukan di awal."

Jadi kami memiliki beberapa orbit yang didedikasikan untuk geometri itu. Tentu saja ketika kita mendedikasikannya untuk itu, kita hanya dapat mematikan sistem gravitasi jika kita tidak menggunakannya. Tapi saya pikir perkiraan kami sekarang adalah bahwa kekuatan kami cukup sehingga kami dapat mempertahankan keduanya pada saat yang sama. Apakah kita melakukan itu atau tidak, itu tidak diperlukan, tetapi pada akhir misi, sel surya tidak diharapkan untuk berkinerja sebaik yang mereka lakukan di awal.

MISALNYA: Itu karena radiasi? Untuk alasan yang sama bahwa elektronik sensitif, sel surya akan menurun seiring waktu?

SB: Betul. Jadi kami memiliki mereka dilindungi, tetapi kami tidak tahu seberapa baik itu akan bekerja dengan tepat. Kami tidak memilikinya dalam rencana kami, tetapi kami dapat mengakomodasinya dengan gagasan bahwa pada akhir misi, jika kami tidak memiliki kekuatan yang cukup untuk menjalankan semuanya, kami dapat mulai mematikan beberapa instrumen yang memiliki melakukan sebagian besar ilmu yang kami ingin mereka lakukan. Kita dapat memilah-milah instrumen mana yang aktif dan mana yang tidak.

MISALNYA: Jadi itu memberi Anda beberapa fleksibilitas misi jika radiasi lebih parah daripada yang disarankan pemodelan? Anda akan memiliki fleksibilitas untuk memprioritaskan menjelang akhir?

SB: Itu benar. Saat ini model kami menyarankan agar kami tidak harus melakukan itu, tetapi kami dapat memutar tombol itu jika perlu.

MISALNYA: Saya bertanya-tanya tentang pemodelan terperinci yang telah Anda lakukan untuk radiasi Jupiter dan misi Juno, dan melihat informasi yang tersedia di situs web NASA dan sumber lainnya. Disarankan bahwa semua instrumen Juno tidak diharapkan untuk selamat dari 33 orbit, apakah itu benar? Apakah ada semacam skenario kasus terbaik untuk kelangsungan hidup instrumen? Saya pernah membaca bahwa JIRAM (Jupiter Infrared Auroral Mapper) dan mungkin Junocam mungkin hanya bertahan hingga orbit ke-8, dan Microwave Radiometer mungkin hanya bertahan hingga orbit ke-11. Apakah itu skenario kasus terbaik? Atau lebih tepatnya model jalan tengah yang Anda ikuti nomor orbitnya?

SB: Kami berharap itu adalah skenario terburuk. Mereka dirancang untuk bertahan hidup dengan faktor margin 2 dalam radiasi. Mungkin sedikit lebih besar dari faktor dua. Jadi mereka harus bisa melakukan itu tanpa masalah. Akan mengejutkan jika mereka tidak bertahan selama itu. Harapan kami adalah bahwa mereka mungkin akan pergi ke akhir misi. Tapi saya tidak mengandalkan itu, dan saya tidak mengharuskan itu. Itu berasal dari fakta bahwa beberapa instrumen itu tidak memiliki elektronik di dalam lemari besi <titanium>.

MISALNYA: Apakah itu karena mereka tidak memerlukan semua 33 orbit untuk memenuhi misi mereka? Apakah instrumen diprioritaskan untuk berada di dalam ruang titanium berdasarkan pada berapa banyak orbit yang mereka perlukan untuk menyelesaikan misi mereka?

"Di lemari besi dengan semua elektronik bisa menjadi tempat yang cukup hangat, dan beberapa instrumen sedikit lebih baik ketika dingin."

SB: Betul. Jadi begitulah kami membuat pilihan itu. Mereka jelas membutuhkan perlindungan dari radiasi Jupiter, jadi ada kotak-kotak kecil di sekitar mereka, tetapi tidak seperti lemari besi raksasa. Ada juga beberapa alasan lain mengapa mereka tidak berada di brankas. Ada beberapa manfaat untuk memindahkan mereka. Di lemari besi dengan semua elektronik bisa menjadi tempat yang cukup hangat, dan beberapa instrumen sedikit lebih baik ketika dingin. Jadi ada beberapa perdagangan yang berbeda. Tetapi Anda telah mencirikannya dengan baik dalam arti bahwa kami tidak diharuskan untuk memenuhi tujuan sains agar semuanya dapat bertahan selama seluruh misi. Tetapi harapan saya adalah bahwa ada manfaat jika mereka bertahan lebih lama, jadi kami memiliki harapan ketika kami merancang mereka bahwa mereka akan bertahan lebih lama.

MISALNYA: Scott, apa gelar formal Anda di NASA?

SB: Secara resmi disebut Investigator Utama. Jadi saya adalah Investigator Utama dari misi Juno. Itu adalah gelar resmi yang hanya berarti bagi orang-orang NASA.

MISALNYA: Jadi, Anda sudah terlibat dalam desain misi sejak awal Juno?

SB: Oh ya. Saya agak menciptakan semuanya, atau seluruh proses. Apa artinya Kepala Investigator bagi orang kebanyakan adalah saya bertanggung jawab atas Juno. Untuk apa pun dan segala sesuatu yang terkait dengan Juno, saya bertanggung jawab atas keberhasilannya. Baik itu desain, teknik, sains, membuatnya tepat waktu, menghabiskan terlalu banyak uang, jadwal, semua hal semacam itu. Cara lain untuk mengatakan itu adalah jika ada masalah, saya yang disalahkan [tertawa].

MISALNYA: Yah, saya pikir banyak hal akan berjalan dengan benar [tawa.] Jadi, seperti saya, Anda harus cukup bersemangat mengantisipasi kedatangan Juno di Jupiter. Apa bagian yang paling menarik dan mengasyikkan dari misi Juno, jika Anda harus memilih satu hal? Saya yakin itu hampir mustahil untuk dijawab. Dan apa yang mungkin mengejutkan bagi Anda? Ketika kita melihat kedatangan New Horizon di Pluto dan hal-hal mengejutkan yang kami temukan di sana, atau Cassini menemukan geyser es, sepertinya selalu ada kejutan yang menunggu kami. Menurut Anda apa yang paling mengasyikkan tentang Juno, atau menurut Anda apa yang mengejutkan?

"... bagian yang menarik dari Juno adalah kita pergi ke suatu tempat yang belum pernah dikunjungi siapa pun sebelumnya."

SB: Ya, dari definisi kejutan, saya tidak bisa menebak. Tidak satu pun dari hal-hal itu yang dapat diantisipasi, itulah sebabnya mereka adalah kejutan. Tapi tahukah Anda, bagian yang menarik dari Juno adalah kita pergi ke suatu tempat yang belum pernah dikunjungi siapa pun. Kami akan melakukan pengukuran yang belum pernah dilakukan. Kami memiliki instrumen yang tidak pernah dibuat sebelumnya, apalagi memasukkannya ke dalam geometri orbital unik ini di mana Anda dapat melakukan pengukuran khusus. Jadi saya pikir antisipasi belajar sesuatu yang baru yang akan mengejutkan kita adalah bagian yang menyenangkan.

Apa yang sebenarnya akan kita pelajari yang akan mengubah gagasan kita tentang dari mana kita datang dan bagaimana kita sampai di sini? Seperti apa Jupiter sebenarnya? Ada begitu banyak teka-teki tentangnya, dan ini sangat penting. Bahkan hari ini, hal-hal yang telah kita pelajari tentang tata surya kita sendiri, dan hal-hal yang telah kita pelajari tentang tata surya lain ketika kita dapat mulai melihat planet-planet exo, hanya membuat Jupiter semakin penting bagi kita. Itu benar-benar memegang kuncinya, dan saya pikir bagian yang menarik adalah bahwa kita akhirnya akan membuka salah satu pintu rahasia itu. Kami membantu membuat jalan bagi misi di masa depan untuk belajar lebih banyak lagi.

Hal lain yang saya anggap menarik adalah meskipun saya disebut Penyelidik Utama, dan jika Anda bertanya kepada NASA apa artinya itu dan mereka memberi tahu Anda bahwa saya bertanggung jawab atas segalanya, kebenaran sebenarnya adalah bahwa itu bukan satu orang. Ini adalah tim besar yang membuat ini terjadi. Itu membantu mendesainnya, yang menciptakan cara untuk melakukannya, yang memahami kendala, yang memahami cara kerjanya, yang menemukan teknologi yang kami butuhkan untuk mewujudkannya, dan yang pada dasarnya memiliki visi untuk membuatnya, dan memiliki kemampuan untuk mengimplementasikannya dan mewujudkan visi tersebut. Saya senang bahwa saya adalah bagian dari tim orang-orang yang mencapai ini, dan bahwa tim itu sebenarnya hanya bagian dari masyarakat dan kemanusiaan kita, yang semuanya berusaha mencari tahu berbagai hal. Hal-hal seperti bagaimana kita masuk ke dalam alam dan bagaimana alam semesta bekerja. Saya biasanya senang menjadi bagian dari sesuatu yang mencoba melakukan hal seperti itu.

MISALNYA: Ini luar biasa dan saya sepenuhnya setuju dengan kata-kata Anda, dan saya pikir itu menarik untuk diri saya sendiri dan bagi para pembaca Space Magazine. Ini adalah misi yang sangat besar, dan kami tidak sabar untuk mulai mendapatkan beberapa hasil kembali. Dan beberapa gambar. Sangat menarik.

SB: Saya juga. [tawa]

MISALNYA: Terima kasih telah meluangkan waktu untuk berbicara kepada saya hari ini Scott. Semoga kita bisa bicara lagi. Saya tahu bahwa orang-orang sangat tertarik dengan misi Juno.

SB: Sama-sama. Semoga harimu menyenangkan.

Pin
Send
Share
Send

Tonton videonya: ANOTHER EARTH. KEPLER 186F - Full Documentary (November 2024).