הבנת המסלול של ג'ונו: ראיון עם סקוט בולטון של נאס"א

הקרינה העזה סביב צדק עיצבה את כל ההיבטים במשימת ג'ונו, במיוחד מסלולו של ג'ונו. נתונים מראים כי קיים פער בין חגורות הקרינה המקיפות את צדק, לבין צמרות הענן של צדק. ג'ונו תצטרך 'להשחיל את המחט' ולעבור בפער זה, על מנת למזער את חשיפתה לקרינה ולהגשים את יעדיה המדעיים. הוספת המורכבות של משימת ג'ונו היא העובדה שתכנון החללית, היעדים המדעיים ודרישות המסלול כולם עיצבו זה את זה.

לא הייתי בטוחה באיזו שאלה להתחיל את הראיון הזה: איך התנאים סביב צדק, ובמיוחד הקרינה הקיצונית שלו, עיצבו את מסלולו של ג'ונו? או, כיצד המסלול הדרוש לג'ונו בכדי לשרוד את הקרינה הקיצונית של צדק, עיצב את יעדי המדע של ג'ונו? או סוף סוף, כיצד יעדי המדע עיצבו את מסלולו של ג'ונו?

סקוט בולטון, החוקר הראשי של נאס"א במשימת ג'ונו ליופיטר. אשראי תמונה: נאס"א

כפי שאתה יכול לראות, משימת ג'ונו נראית כמו קשר גורדי. אני בטוחה שצריך לשאול את כל שלוש השאלות ולענות עליהן מספר פעמים, והתשובות מעצבות את השאלות האחרות. כדי לעזור להתיר את הקשר הזה דיברתי עם סקוט בולטון, החוקר הראשי של נאס"א במשימת ג'ונו. כאחראי על כל משימת ג'ונו כולה, לסקוט יש הבנה מלאה של יעדי המדע של ג'ונו, עיצובו של ג'ונו והמסלול מסלולי ג'ונו ילך סביב יופיטר.

למשל: הי סקוט. תודה שלקחת את הזמן לדבר איתי היום. הקרינה של צדק היא סכנה גדולה שג'ונו צריכה להתמודד איתה, וכספת הטיטניום של ג'ונו נועדה להגן על האלקטרוניקה של ג'ונו. אך מסלולו של ג'ונו מעוצב בחלקו על ידי הקרינה סביב צדק. איך הקרינה סביב צדק עיצבה את מסלולו של ג'ונו?

"... ידענו שהאזור סביב צדק באמת רע, מסוכן וקשה עם קרינה ..."

SB: ובכן, זה הגביל את הבחירות שלנו, נניח. מסלולו של ג'ונו נבחר על ידי שילוב של הזדמנויות למדידות מדעיות, שהיו זקוקות לסוג מסוים של גיאומטריה או מיקום של החללית כדי לבצע, והעובדה שאנחנו צריכים להימנע ככל האפשר מהאזור המסוכן ביותר, בעיקרון, באזור מערכת השמש. זה דרש מאיתנו להיות קרובים מאוד לצדק, ולהיות קוטביים בכיוון. אנו עוברים על קטבי יופיטר. וידענו שהאזור סביב צדק באמת רע, מסוכן וקשה עם קרינה, אבל גם מעולם לא נכנסנו לשם עם חללית. אז אנחנו לא לגמרי בטוחים כמה זה קשה, או בדיוק איך זה מעוצב. יש לנו רק כמה רעיונות.

אך באמצעות אנלוגיות לכדור הארץ, ובאמצעות דוגמנות, הצלחנו למצוא דרך להשיג את היעדים המדעיים שרצינו ועדיין להישאר מחוץ לאזורים הגרועים ביותר. ג'ונו נכנסת מעל הקטבים, ותטבול קרוב מאוד לצדק באופן שלדעתנו יהיה בין חגורות הקרינה לאווירה של צדק עצמה.

בכדור הארץ יש חלון זעיר בין חגורות הקרינה שלנו - שאינן מסוכנות כמעט כמו צדק אך מעוצבות בצורה דומה - לבין האטמוספרה של כדור הארץ. יש שם פער, ויש לנו הוכחות לכך שיש גם פער ביופיטר, ואנחנו משחילים את המחט הזו.

למשל: מאיפה הגיעו העדויות לפער הזה, מלבד להסתכל על חגורות הוואן-אלן של כדור הארץ? האם היו תצפיות ממצפות הכוכבים של נאס"א שהראו שיהיה פער דומה סביב צדק?

SB: השתמשנו בטלסקופים רדיו כמו ה- VLS (מערך גדול מאוד) וטלסקופי רדיו אחרים ברחבי העולם שיכולים להסתכל על צדק, ובתדרים מסוימים הם רואים מה שנקרא קרינת סינכרוטרון. קרינת סינכרוטרון היא אלקטרונים בעלי אנרגיה גבוהה מאוד שנעים במהירות האור, והם מפטירים פליטות רדיו. הם נותנים את זה בגיאומטריה מאוד ספציפית המבוססת על פיזיקה רלטיבית. אנו יכולים לראות זאת, והיא מספרת לנו משהו על אופן עיצוב הקרינה וכיצד מפוזרת אוכלוסיית האלקטרונים האנרגטיים העליונים. זה משמש בדגמים, ואנחנו יכולים להצביע שצריך להיות קצת פער, בין השאר מכיוון שכשאנחנו מסתכלים על הקרינה הזו, זה נראה כאילו זה מתמוטט מכיוון שהוא מתקרב מאוד לצדק. אבל יש לנו רזולוציה מוגבלת, כך שבעוד שיש אינדיקציה לכך שקיים פער בין יופיטר לחגורות הקרינה שלו, אין הוכחה חיובית לכך.

למשל: אז ג'ונו עצמה תהיה ההוכחה החיובית שיש פער בין יופיטר לחגורות הקרינה שלו?

SB: כן. ואז יש לנו מדידה אחרת שעוזרת לנו להבין זאת. החללית גלילאו שהקיפה את יופיטר באמצע שנות ה -90 הכילה בדיקה שנכנסה לאווירה של צדק כדי לגלות ממה היא עשויה. בדיקה זו ביצעה כמה מדידות עם מכשירים גסים מאוד, כמעט כמו מונים של גייגר, והנתונים מאותן מדידות הצביעו על שיא קרינה ואז פער קרוב לצדק. כך שהביא לנו עדות נוספת לכך שקיים פער. אף שמדובר במערך נתונים מוגבל מאוד, זה תואם את הדגמים מטלסקופי הרדיו.

למשל: בוודאי היו לך יעדים מדעיים מסוימים בראש עבור משימת ג'ונו, אז איך הבנה זו של חגורות הקרינה של צדק, והמסלול הדרוש כדי להימנע מהן, עיצבה את היעדים המדעיים של משימת ג'ונו? האם זה אילץ לנטוש כל יעדים לחלוטין?

"למעשה, היעדים המדעיים הם שהניעו את המסלול."

SB: בכלל לא. למעשה, היעדים המדעיים הם שהניעו את מסלולו. זה מה שהניע אותנו לרצות להתקרב ממש. השאלה הייתה עד כמה אנו יכולים להגיע זה בטוח, וכמה פעמים נוכל למסלול? אז הייתי אומר שמה שהקרינה עושה, האם זה לא שינה את מסלולנו עד כדי הגבלת מספר הפעמים שאנחנו יכולים למסלול. אז היה לנו זמן חיים מוגבל, ובגלל זמן החיים המוגבל הזה, נכנסנו למסלול שאיפשר לנו למפות את כדור הארץ במהירות האפשרית. אנו רוצים לעוף על ידו מקרוב, באורכי רוחב רבים ושונים המרווחים באופן שווה.

היעדים המדעיים ואילוצי חגורות הקרינה אמרו לנו שג'ונו רק תימשך כל כך הרבה זמן, כך שתצטרך לבצע את המפה בפרק זמן מוגבל. אז יש קצת פיתרון. אולי הייתה דרך להגן על ג'ונו יותר עם יותר טיטניום, יותר מיגון, להחזיק מעמד קצת יותר זמן, אבל זה נהיה כל כך גרוע בסוף, שאני לא בטוח אם הגנו עליו יותר שהוא יימשך עוד.

"אילו הייתי מסוגל לשים מספיק דלק על הסיפון, הייתי יכול לשנות את המסלול באמצע המשימה ..."

למשל: אני חושב?

SB: ימין. אז המגבלות של ההנדסה והפרקטיות של מה שאנחנו יכולים לשגר על רקטה הן באמת מה שהגביל אותנו. אם הייתי מסוגל לשים מספיק דלק על הסיפון, הייתי יכול לשנות את המסלול באמצע המשימה כדי לאפשר לנו להחזיק מעמד זמן רב יותר. זה דורש כמות עצומה של דלק. מה שקורה הוא שכשאתה קרוב לצדק, זה לא סימטרי לחלוטין, אז הוא מתחיל לשנות את צורת מסלולו של ג'ונו.

למשל: אז היית צריך לבצע תיקונים, כדי לשמור על מסלול המסלול?

SB: כן, אבל אנחנו לא יכולים. אין לנו מספיק דלק כדי לעשות משהו כזה, אז אתה צריך לחיות עם מה שיופיטר עושה למסלול. אז זה מתחיל לסובב את המסלול סביבו, ובכל פעם שאנחנו מגיעים ליד יופיטר זה מתחיל לסובב את המסלול קצת יותר. אנו משתמשים בזה קצת באופן מדעי, אבל המציאות היא שזה פשוט משהו שאנחנו צריכים לחיות איתו. במחצית הראשונה של המשימה, אם המצבים נכונים, לא נצטרך להתמודד עם כמות הקרינה המרבית, אבל לקראת המחצית השנייה של המשימה זה מתחיל להחמיר. איננו יכולים להתחמק מחגורות הקרינה ככל שיכולנו בהתחלה. בעיקרון זה מה שמגביל את זמן החיים של משימת ג'ונו.

למשל: אז יופיטר משפיע כל הזמן על מסלולו של ג'ונו, ויש לך יכולת מוגבלת להתמודד עם זה?

SB: זה נכון. הסיבה לכך היא שיופיטר אינו תחום מושלם.

למשל: ואחת המטרות היא למפות את כוח המשיכה של צדק?

SB: כן, כדי לגלות עד כמה זה לא מושלם בתחום זה [צחוק.] ואז ללמוד מזה על איך נראה המבנה הפנימי שלו, ומכאן כיצד נוצר.

למשל: זה נראה זמן טוב לשאול מהי צורת מסלולו של ג'ונו? כמה קרוב ליופיטר הוא יגיע, וכמה רחוק הוא יגיע במהלך מסלולו?

"... אנחנו בחוץ ליד הירחים החיצוניים, ליד קליסטו בערך."

SB: זה אליפסה, כמו רוב המסלולים, ונקודת הגישה הקרובה ביותר שלה היא כ -5,000 ק"מ (3100 מיילים) מעל צמרות העננים בערך, וזה נקרא perijove. בצד השני, אנחנו בחוץ ליד הירחים החיצוניים, ליד קליסטו בערך.

למשל: אז די רחוק.

SB: כן, זה די רחוק. ייקח לג'ונו 14 יום לערך כדי להשלים מסלול. ואז האוריינטציה האחרת נמצאת ממש מעל הקטבים. ממש מעל לקוטב הצפוני והדרומי. אבל אנחנו לא נכנסים למסלול הזה מייד. ראשית עלינו לירות את הרקטות שלנו ונכנס למסלול הרבה יותר גדול שלוקח כ -53 יום להסתובב, והמרחק שאנחנו מתרחקים מיופיטר הוא כל כך רחוק יותר. במהלך החודשים הראשונים, יש לנו מספיק דלק כדי לשנות את המסלול כדי לקבל את מה שאנחנו בסופו של דבר רוצים, וזה לוקח כמה חודשים לעשות.

למשל:כך שג'ונו גם מונעת על השמש, מלבד הדלק שלה כדי לשנות את מסלולו. אתה צריך להישאר חשוף לשמש, כך שזה בטח היה תוספת בעת עיצוב מסלולך?

"... באופן כללי, אנו נמנעים מהצללים או מההתרחשויות של יופיטר."

SB: כן, זה היה אילוץ נוסף במובן זה שאני רוצה להימנע מלהיכנס לצלו של צדק. אני רוצה שהפאנלים הסולאריים יראו תמיד את השמש. אנו יכולים לעבור פרקי זמן קצרים בלי זה, אך באופן כללי אנו נמנעים מהצללים או התסתרויות של צדק.

למשל: האם זו אחת הסיבות שהמסלול לוקח אותך כל כך רחוק מצדק? כדי להימנע מלהיכנס לצלו של צדק?

SB: כן זה נכון. אם כי הייתם יכולים להימנע מכך גם אם הייתם כל כך קרובים, אם הייתם מסתובבים לצדדים. אני לא צריך ללכת מאחורי צדק, אפילו אם המסלול היה קטן. אבל אתה צריך לחשב את כל זה ולוודא.

למשל: האם כל המכשירים של ג'ונו יהיו פעילים בכל מסלוליו? או שמא חלק מהקווים המוקדשים לחיישנים וכלים מסוימים?

SB: באופן כללי, כל המכשירים פעילים. אבל יש לנו מסלולים שממוקדים על דברים מסוימים על בסיס דרישות הצבעה. למשל, מדידת הכובד. כאשר אנו רוצים למדוד את שדה הכובד, עלינו לוודא שהאנטנה מכוונת לכדור הארץ ככל האפשר. ככה אתה מודד את שדה הכובד, האם אתה מסתכל על האות שג'ונו משדרת בחזרה לכדור הארץ, ואתה מודד את משמרת הדופלר של אות הרדיו וזה אומר לך איך שדה הכבידה דחף את ג'ונו ומושך אותו.

כשאנחנו לא מודדים את שדה הכובד, יש לנו מכשירים אחרים שיעדיפו להפנות ישירות אל צדק. הם עדיין יכולים לקחת את הנתונים בזמן שאנחנו מודדים את שדה הכובד, אבל עדיף אם הם יפנו ישירות אל צדק. אנו יכולים לסבול שמכיוון שמערכי השמש עדיין מכוונים אל השמש, ואנחנו עדיין יכולים לשמור על קשר עם החללית, אנו פשוט לא יכולים לקבל את מדידת שדה הכובד המלא.

"... בסוף המשימה, התאים הסולאריים לא צפויים לבצע כמו שהם בתחילת הדרך."

אז יש לנו כמה מסלולים שמוקדשים לגיאומטריה ההיא. כמובן שכשאנחנו מוקדשים לזה פעם שאנחנו יכולים פשוט לכבות את מערכת הכבידה אם לא היינו משתמשים בה. אבל אני חושב שההערכות שלנו הן כעת שכוחנו מספיק כדי שנוכל לשמור על שתיהן במקביל. בין אם נעשה זאת ובין אם לא, זה לא נדרש, אבל ממש בסוף המשימה, תאי השמש לא צפויים לבצע באותה מידה כמו שהם עושים בהתחלה.

למשל: זה בגלל הקרינה? מאותה סיבה שהאלקטרוניקה רגישה, תאי השמש ישפילו עם הזמן?

SB: זה נכון. אז יש לנו אותם מוגנים, אבל אנחנו לא יודעים כמה טוב זה יעבוד בדיוק. אין לנו את זה בתוכניות שלנו, אבל אנחנו יכולים להכיל את זה ברעיון שבסופו של המשימה, אם אין לנו מספיק כוח לנהל את הכל, נוכל להתחיל לכבות כמה מכשירים שיש להם עשינו את רוב המדע שרצינו שיעשו. אנו יכולים לבצע סיבובים עבור מכשירים ואילו לא.

למשל: אז זה נותן לך גמישות מסוימת במשימה אם הקרינה חמורה יותר ממה שמציע דוגמנות? תהיה לך קצת גמישות לתעדף קרוב לסוף?

SB: זה נכון. כרגע הדגמים שלנו מציעים שלא נצטרך לעשות זאת, אך אנו יכולים לסובב את החוגה הזו אם נצטרך.

למשל: אני תוהה לגבי הדוגמנות המפורטת שעשית למען הקרינה של צדק ומשימת ג'ונו, ובוחנת את המידע הזמין באתרי נאס"א ומקורות אחרים. מוצע כי כל המכשירים של ג'ונו לא צפויים לשרוד את 33 המסלולים, האם זה נכון? האם יש סוג של תרחיש מקרי ביותר להישרדות מכשירים? קראתי שג'ייראם (יופיטר אינפרא אדום אורורל ממפה) ואולי ג'ונוקאם עלול להימשך רק עד למסלול השמיני, ורדיומטר המיקרוגל עשוי להימשך רק עד מסלול 11. האם זה סוג של תרחיש מקרה טוב? או יותר אמצע של מודל הכביש שאתה עוקב אחר המספרים המסלוליים?

SB: אנו מקווים שזה התרחיש הגרוע ביותר. הם נועדו לשרוד את זה עם גורם של 2 שולי קרינה. זה כנראה קצת יותר גדול מגורם של שניים. אז הם צריכים להיות מסוגלים לעשות זאת ללא בעיה. זו תהיה הפתעה אם הם לא יחזיקו מעמד כל כך הרבה זמן. הציפייה שלנו היא שהם ככל הנראה יגיעו לסוף המשימה. אבל אני לא סומך על זה ולא דורש זאת. זה נבע מהעובדה שלזוג מכשירים אלה אין האלקטרוניקה שלהם בתוך הכספת.

למשל: האם זה מכיוון שהם לא דורשים את כל 33 המסלולים כדי למלא את המשימה שלהם? האם עדיפות מכשירים להיות בתוך קמרון הטיטניום בהתבסס על כמה מסלולי מסלול שהם דורשים כדי להשלים את משימתם?

"בכספת עם כל האלקטרוניקה יכולה להיות מקום די חם, וכמה מכשירים קצת יותר טובים כשקר."

SB: זה נכון. אז ככה עשינו את הבחירה הזו. ברור שהם היו זקוקים להגנה מסוימת מפני קרינת צדק, כך שיש תיבות קטנות סביבן, אבל לא כמו הכספת הענקית. יש גם כמה סיבות אחרות שהם לא בכספת. יש כמה יתרונות להעברתם החוצה. בכספת עם כל האלקטרוניקה יכולה להיות מקום די חם, וכמה מכשירים קצת יותר טובים כשקר. כך שיש עסקאות שונות שנמשכו. אבל אתה מאפיין את זה היטב במובן זה שאיננו נדרשים בכדי לספק את יעדי המדע כדי שיחזיקו מעמד בכל המשימה. אבל הציפייה שלי היא שיש יתרונות אם הם יחזיקו מעמד זמן רב יותר, כך שיש לנו תקווה כאשר עיצבנו אותם שהם יחזיקו מעמד זמן רב יותר.

למשל: סקוט, מה הכותרת הרשמית שלך בנאס"א?

SB: רשמית קוראים לזה חוקר ראשי. אז אני החוקר הראשי של משימת ג'ונו. זה תואר רשמי שפירושו של דבר לאנשים נאס"א רק די.

למשל: אז היית עם עיצוב המשימה כבר מתחילת ג'ונו?

SB: הו כן. אני יצרתי את כל העניין, או את כל התהליך. מה המשמעות של חוקר ראשי לאדם הממוצע הוא שאני אחראי לג'ונו. לכל מה שקשור לג'ונו אני אחראי להצלחתו. בין אם זה העיצוב, ההנדסה, המדע, לבנות אותו בזמן, לבזבז יותר מדי כסף, את לוח הזמנים, את כל הדברים האלה. דרך נוספת לומר זאת היא שאם משהו ישתבש, אני זה שמאשים אותי [צחוק].

למשל: ובכן, אני חושב שהרבה מזה הולך להישמע [צחוק]. אז, כמוני, אתה בוודאי מצפה בשקיקה להגעתו של ג'ונו לצדק. מה החלק הכי מעניין ומרגש במשימה של ג'ונו, אם היית צריך לבחור דבר אחד? אני בטוח שכמעט בלתי אפשרי לענות עליה. ומה עשוי להפתיע אותך? כשאנחנו מסתכלים על הגעתו של New Horizon לפלוטו והדברים המפתיעים שמצאנו שם, או שקאסיני מוצא גייזרים קרח, תמיד נראה שיש הפתעה שמחכה לנו. מה לדעתך הכי מרגש בג'ונו, או מה לדעתך עשוי להיות ממצא מפתיע?

"... החלק המרגש בג'ונו הוא שאנחנו הולכים לאן שאף אחד לא הלך לפני כן."

SB: ובכן, לפי ההגדרה של הפתעה, אני לא יכול לנחש. אף אחד מהדברים האלה לא ניתן היה לצפות, וזו הסיבה שהם היו הפתעות. אבל אתה יודע, החלק המרגש בג'ונו הוא שאנחנו הולכים לאנשהו שאף אחד לא הלך לפני כן. אנו הולכים לבצע מדידות שמעולם לא בוצעו. יש לנו מכשירים שפשוט מעולם לא נוצרו, קל וחומר להכניס אותם לגיאומטריה מסלולית ייחודית זו, שם תוכלו לבצע מדידות מיוחדות. אז אני חושב שהציפייה ללמוד משהו חדש שיפתיע אותנו הוא החלק המרגש.

מה באמת נלמד שעתיד לשנות את הרעיונות שלנו לאן הגענו לצורה ואיך הגענו לכאן? איך באמת צדק? יש בזה כל כך הרבה חידות, וזה כל כך חשוב. גם היום הדברים שלמדנו על מערכת השמש שלנו, והדברים שלמדנו על מערכות סולריות אחרות כפי שהצלחנו להתחיל לראות כוכבי לכת exo, רק הפכו את יופיטר לחשוב עוד יותר עבורנו. זה באמת מחזיק את המפתח, ולדעתי החלק המרגש הוא שבסוף נפתח את אחת הדלתות לסודות האלה. אנו עוזרים לבצע את הדרך למשימות עתידיות ללמוד עוד יותר.

הדבר השני שמצאתי מרגש הוא למרות שאני מה שמכונה החוקר הראשי, ואם אתה שואל את נאס"א מה זה אומר והם אומרים לך שאני אחראי לכל דבר, האמת האמיתית היא שזה לא אדם אחד. זה צוות אדיר שגרם לזה לקרות. זה עזר לתכנן את זה, שיצר דרך לעשות את זה, שהבין את האילוצים, שהבין איך זה יכול לעבוד, שהבין את הטכנולוגיות הדרושות לנו בכדי לגרום לזה לקרות, ובעצם היה לו החזון ליצור את זה, והיה לו את יכולת ליישם אותו ולהביא את החזון הזה למציאות. אני נרגש שאני חלק מצוות האנשים הזה שמצליח להשיג את זה, ושהצוות הזה הוא למעשה רק חלק מהחברה ומהאנושות שלנו, שכולה מושכת את הניסיון להבין את הדברים. דברים כמו איך אנחנו משתלבים בטבע ואיך היקום עובד. אני בדרך כלל מתרגש להיות חלק ממשהו שמנסה לעשות משהו כזה.

למשל: זה מדהים ואני מסכים לגמרי עם דבריך, ואני חושב שזה מרגש עבורי ועבור קוראי מגזין החלל. זו משימה ענקית, ואנחנו לא יכולים לחכות להתחיל לקבל תוצאות אחורה. ואיזו תמונה. זה סופר מרגש.

SB: גם אני. [צחוק]

למשל: תודה שקיבלת את הזמן לדבר איתי היום סקוט. אני מקווה שנוכל לדבר שוב. אני יודע שאנשים מתעניינים מאוד במשימת ג'ונו.

SB: בבקשה. שיהיה לך יום טוב.