AST3 0055 scaled e1607518327604 Ludzie

Politechnika Koszalińska w misji, która zbada księżyce Jowisza

Fot. European Space Agency

W połowie kwietnia br., z kosmodromu w Gujanie Francuskiej wystrzelono sondę JUICE, która podczas swojej długiej podróży zbada warunki do powstania życia na księżycach Jowisza. Udział w przygotowaniu urządzeń badawczych, w które wyposażona jest sonda, mieli naukowcy z Politechniki Koszalińskiej.

svg%3E Ludzie

Misję JUICE ((Jupiter Icy Moon Explorer)) realizuje Europejska Agencja Kosmiczna (ESA). Zakłada ona, że ważąca pięć ton sonda dotrze do układu Jowisza i zbada jego lodowe księżyce: Ganimedesa, Europę i Kallisto. Badacze przypuszczają, że pod warstwami lodu może znajdować się woda. Misja JUICE jako pierwsza w historii sonda kosmiczna wejdzie na orbitę księżyca innej planety niż Ziemia.

Piąta planeta od Słońca

Jowisz to piąta w kolejności od Słońca i największa planeta Układu Słonecznego. Odkryte w 1610 r. przez Galileusza księżyce tej planety mają spore rozmiary – ich średnica wynosi od 3 tysięcy do ponad 5 tysięcy kilometrów. Księżyce Jowisza to lodowe pustkowia, tak bardzo oddalone od Słońca, że temperatura na ich powierzchni waha się od około minus 140 do minus 170 stopni C.

Wcześniejsze badania wykazały jednak, że pod grubymi lodowymi skorupami tych księżyców znajdują się oceany słonej wody. Możliwe jest więc, że powstały w nich związki organiczne, szczególnie jeżeli istnieją tam wyziewy hydrotermalne, które znamy z ziemskich głębin oceanicznych.

Zgodnie z planami sonda ma dotrzeć na Jowisza w 2031 r. JUICE zbada również samą planetę i jej otoczenie. Celami misji są także: badania atmosfery, środowiska magnetycznego, wulkanicznego księżyca Io, pyłowych pierścieni i mniejszych księżyców. Instrumenty pomiarowe i komponenty funkcjonalne dla tej misji opracowały zespoły naukowe łącznie z 16 krajów europejskich oraz z USA (NASA), Japonii (JAXA) i Izraela (ISA). Udział naukowców i inżynierów z Polski był kluczowy dla całego przedsięwzięcia.

Wyjątkowa powłoka DLC

Trzy z dziesięciu instrumentów zostały zrealizowane dzięki udziałowi polskich podmiotów. Centrum Badań Kosmicznych Polskiej Akademii Nauki przewodziło w pracach nad konstrukcjami mechanicznymi sondy i komputerem głównym instrumentu RPWI, przeznaczonego do scharakteryzowania emisji radiowych oraz środowiska plazmowego Jowisza i jego lodowych księżyców.

W prace zaangażowana była również firma Astronika, której specjaliści uczestniczyli w budowie dwóch rodzajów urządzeń: anten instrumentu RWI (Radio Wave Instrument) i wysięgników LP-PWI (Langmuir Probe – Plasma Wave Instrument). W przygotowanie anten RWI włączyli się naukowcy z Politechniki Koszalińskiej. Zespół prof. Witolda Gulbińskiego z Katedry Fizyki Technicznej i Nanotechnologii Wydziału Mechanicznego zajął się wytworzeniem na antenach RWI pokryć typu DLC (Diamond Like Carbon).

Powłoka typu DLC, określana także jako diamento-podobna, to powłoka nanokompozytowa, która wykazuje unikalne właściwości naturalnych diamentów, takie jak: wysoka twardość, odporność na korozję, niskie tarcie, izolacja elektryczna i inne.

Redukcja temperatury Słońca

Przygotowana przez specjalistów z Politechniki Koszalińskiej dodatkowa powłoka DLC będzie szczególnie istotna podczas asysty grawitacyjnej z Wenus, kiedy sonda znajdzie się bliżej Słońca i temperatury anten wzrosną do 200 stopni C. Powłoka DLC pozwoli zredukować temperaturę taśm do bezpiecznego poziomu.

Jak wyjaśnił Łukasz Wiśniewski, kierownik projektu w Astronice, urządzenia RWI mają trzy wzajemnie prostopadłe anteny wykonane z taśm z brązu berylowego pokrytych DLC. Anteny te zapewnią możliwość kierunkowego pomiaru pola elektrycznego i odbioru emisji radiowych obecnych w środowisku plazmy wokół układu Jowisza. Antena RWI w trakcie startu i lotu ku układowi Jowisza będzie złożona do długości zaledwie 26 cm, a w wyznaczonym miejscu na orbicie będzie musiała rozłożyć się do długości 2,5 metra.

Zespół prof. Witolda Gulbińskiego został zaproszony do współpracy z racji dużego doświadczenia w badaniach dotyczących techniki próżniowo-plazmowej. – Od lat zajmujemy się technikami próżniowo-plazmowymi i wytwarzaniem najróżniejszych warstw w tych warunkach: nanosimy te powłoki na narzędzia skrawające, narzędzia do metali czy do drewna – podkreśla naukowiec.

Oczekiwanie na efekt misji

Skąd wiadomo, jakie warunki panują w kosmosie? – To nie jest skomplikowane – uspokaja prof. Witold Gulbiński. – Zakładamy, że w przestrzeni kosmicznej panuje wysoka próżnia, czyli niskie ciśnienie. Takie parametry w warunkach ziemskich możemy osiągnąć w komorach próżniowych. Największym problemem jest tarcie, bo nie ma substancji smarujących. W atmosferze ziemskiej taką substancją jest na przykład para wodna. Potrzebne były materiały o wyjątkowych właściwościach.

Materiały, z których wykonane są elementy współpracujące, muszą mieć taki skład chemiczny i fazowy, by po zetknięciu ze sobą nie ulegały zniszczeniu, a umiały ze sobą współpracować. Naukowcy założyli, że takie wymagania spełnią powłoki DLC.

Zresztą współpraca uczelni z firmą Astronika ma dłuższą historię. Zapoczątkował ją prof. Andrzej Czyżniewski, który do emerytury pracował w Katedrze Fizyki Technicznej i Nanotechnologii.

Prace naukowe podczas misji JUICE zaczną się około sześć miesięcy po dotarciu do Jowisza. Pierwsze rezultaty badań będą możliwe do osiągnięcia dopiero około 2032 r. Pewne dane będą zbierane wcześniej, podczas podróży sondy w kierunku gazowej planety. Wtedy też otrzymamy pierwsze wykonane w trakcie misji obrazy.