Команда миссии космического аппарата NASA «Юнона», который вращается вокруг Юпитера, в декабре 2023 года провела операцию по спасению камеры JunoCam для съёмки спутника Юпитера Ио. Результаты этого спасения были представлены 16 июля на технической сессии в рамках конференции Института инженеров электротехники и электроники по радиационным эффектам в ядерной сфере и космосе в Нэшвилле.
JunoCam — это цветная камера, работающая в видимом диапазоне. Оптический блок камеры расположен за пределами титанового хранилища, защищённого от радиации, которое защищает чувствительные электронные компоненты многих инженерных и научных приборов «Юноны».
Это сложное место, поскольку во время полётов «Юноны» она проходит через самые интенсивные поля планетарной радиации в Солнечной системе. Хотя разработчики миссии были уверены, что JunoCam сможет работать в течение первых восьми витков вокруг Юпитера, никто не знал, как долго прибор проработает после этого.
В течение первых 34 витков (в рамках основной миссии) JunoCam работала нормально, возвращая изображения, которые команда регулярно использовала в научных статьях миссии. Затем, во время 47-го витка, камера начала демонстрировать признаки радиационного повреждения. К 56-му витку почти все изображения были искажены.
Хотя команда знала, что проблема может быть связана с радиацией, определить, что именно повреждено в JunoCam, было сложно из-за сотен миллионов миль расстояния. Учёные заподозрили повреждение регулятора напряжения, который был жизненно важен для питания JunoCam. Имея мало вариантов для восстановления, команда обратилась к процессу, называемому отжигом, когда материал нагревается в течение определённого периода, а затем медленно охлаждается. Хотя процесс не до конца изучен, идея заключается в том, что нагревание может уменьшить дефекты в материале.
«Мы знали, что отжиг иногда может изменить материал, например, кремний, на микроскопическом уровне, но не знали, исправит ли это повреждение», — сказал инженер по визуализации JunoCam Джейкоб Шаффнер из Malin Space Science Systems в Сан-Диего, который спроектировал и разработал JunoCam и является частью команды, которая управляет ею. «Мы приказали одному нагревателю JunoCam поднять температуру камеры до 77 градусов по Фаренгейту — намного теплее, чем обычно для JunoCam, — и затаив дыхание, ждали результатов».
Вскоре после завершения процесса отжига JunoCam начала выдавать чёткие изображения в течение нескольких витков. Но «Юнона» с каждым проходом всё глубже погружалась в сердце радиационных полей Юпитера. К 55-му витку изображения снова начали показывать проблемы.
«После 55-го витка наши изображения были полны полос и шума», — сказал руководитель прибора JunoCam Майкл Рэйвин из Malin Space Science Systems. «Мы пробовали разные схемы обработки изображений для улучшения качества, но ничего не получалось. В преддверии близкого сближения с Ио через несколько недель настало время для последней попытки: единственное, что мы не пробовали, — это максимально увеличить нагрев JunoCam и посмотреть, спасёт ли нас более экстремальный отжиг».
Тестовые изображения, отправленные на Землю во время отжига, в первую неделю показали небольшое улучшение. Затем, за несколько дней до сближения с Ио, изображения начали резко улучшаться. К тому времени, когда «Юнона» приблизилась к поверхности Ио на 930 миль (1500 километров) 30 декабря 2023 года, изображения были почти такими же хорошими, как в день запуска камеры, показывая детальные виды северной полярной области Ио, где были обнаружены горные массивы, покрытые сернистым инеем, резко поднимающиеся из равнин, и ранее не нанесённые на карту вулканы с обширными полями лавы.
На сегодняшний день космический аппарат, работающий на солнечной энергии, совершил 74 витка вокруг Юпитера. Недавно во время 74-го витка в изображениях снова появился шум.
С момента первого эксперимента с JunoCam команда «Юноны» применяла вариации этого метода отжига к нескольким приборам и инженерным подсистемам «Юноны».
«Юнона» учит нас, как создавать и поддерживать космические аппараты, устойчивые к радиации, предоставляя идеи, которые принесут пользу спутникам на орбите вокруг Земли», — сказал Скотт Болтон, руководитель проекта «Юнона» из Юго-Западного научно-исследовательского института в Сан-Антонио. «Я ожидаю, что уроки, извлечённые из «Юноны», будут применимы как к оборонным, так и к коммерческим спутникам, а также к другим миссиям NASA».
Предоставлено NASA.