Si la órbita larga de Juno significa una tasa más baja de daño por radiación, ¿por qué la órbita corta planeada?

La nave espacial Juno (también Wikipedia , lanzamiento el 05 de agosto de 2011, inserción en la órbita de Júpiter el 05 de julio de 2016) estaba programada para una quema para reducir su período de aproximadamente 54 días a 14 días, manteniendo un periJove de baja altitud igualmente desafiante de solo 4000 km sobre el ecuador del planeta. Entre los desafíos técnicos está la intensa radiación cerca de Júpiter debido a las partículas atrapadas en el fuerte campo magnético del planeta. Esto condujo a algunas medidas extremas, incluida la Bóveda de Radiación Tantalum Juno de 1 cm de espesor para proteger aproximadamente 200 kg de equipos electrónicos.

Completó su primer periJove el 27 de agosto de 2016, y en el segundo periJove estaba programado para ejecutar la quema de reducción de órbita el 19 de octubre de 2016. Debido a posibles problemas con el sistema de propulsión descubiertos en la telemetría antes de la quema programada, se pospuso. La quema no se ejecutó durante ninguna quema posterior, y ahora parece que se ha tomado la decisión de dejar a Juno en la órbita más larga durante la duración de la misión, según Juno de Space Daily para permanecer en la órbita actual de Júpiter .

El artículo dice:

La órbita más grande de 53 días de Juno permite una "ciencia adicional" que no formaba parte del diseño original de la misión. Juno explorará aún más los confines de la magnetosfera joviana, la región del espacio dominada por el campo magnético de Júpiter, incluida la cola magnética lejana, la magnetosfera del sur y la región fronteriza magnetosférica llamada magnetopausa. Comprender las magnetosferas y cómo interactúan con el viento solar son objetivos científicos clave de la División de Ciencias Heliofísicas de la NASA.

"Otra ventaja clave de la órbita más larga es que Juno pasará menos tiempo dentro de los fuertes cinturones de radiación en cada órbita", dijo Scott Bolton, investigador principal de Juno del Southwest Research Institute en San Antonio. "Esto es significativo porque la radiación ha sido el principal factor limitante de la vida de Juno".

Pregunta: ¿Cuál fue el propósito del cambio planificado de 53 días a 14 días? Teniendo en cuenta las ventajas de permanecer en la órbita más larga, ¿cuáles fueron las ventajas aún más convincentes de la órbita corta?

abajo: Gráfica de la órbita planeada originalmente de Juno a partir de núcleos históricos (la fuente y la gráfica se describen aquí ) en la base de datos JPL Horizions . Juno permanece en un solo plano pero con un apoJove reducido. La precesión en el plano de los ábsides se debe a la sustancial achatamiento de Júpiter y su gran tamaño. j 2 . Izquierda: proyección en el plano J2000 Ecliptic YZ. Derecha: avión XZ, casualmente está de canto en esta vista debido al cronograma de la misión en relación con la órbita de Júpiter.

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arriba: boceto de algunas de las órbitas inferiores de 14 días de Juno e ilustración de las bandas de radiación más intensas cerca de Júpiter. Del Los Ángeles Times

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arriba: "Animación del toro de radiación de sincrotrón de Júpiter. Crédito: NASA/JPL - Caltech". Del Blog del Observatorio Vaticano

Creo que el tema de la ciencia adicional es un eufemismo para sacar lo mejor de lo que tienen, no es que sea un feliz accidente.
@GdD, ¿no crees que la órbita más larga tenga alguna ventaja? Por supuesto, uno mantiene las cosas positivas en los comunicados de prensa en parte porque los redactores de titulares de noticias siempre están buscando el lado malo de cualquier noticia, pero ¿podría la planificación de la órbita haber implicado un equilibrio de ventajas y desventajas potenciales para las órbitas tanto largas como cortas?
Creo que si el beneficio potencial de una órbita más alta fuera tan bueno, habrían planeado la misión con algunos de ellos antes de que el descenso se quemara @uhoh. Los desafíos de ingeniería y el costo de un diseño de órbita cercana significa que debe haber tenido buenas razones.
@GdD parece querer forzar un paradigma uniaxial. Puede tener simultáneamente una gran razón para hacer algo y una gran razón para no hacerlo . Podría haber varias consideraciones. No digo que su conclusión sea incorrecta, solo digo que podría haber múltiples factores importantes más allá de lo que se menciona en un artículo determinado.
Es por eso que hiciste la pregunta @uhoh, y creo que es buena. No estoy respondiendo esto porque no tengo datos duros.
La órbita alta significa pasar semanas o meses cerca de la apoapsis y escasas horas cerca del periapsis. La nave sufre menos daño por hora pero mucho más por órbita. Si es "tomar algunos datos, enviarlos a la Tierra, dejar que los científicos los analicen durante un par de semanas antes de la próxima captura de datos", funciona bien: obtiene menos datos de alta resolución y alta calidad, pero se extiende durante más tiempo (observación de baja -cambios de velocidad). Si quieres más datos , como un flujo continuo, te irá mejor con una órbita baja que produzca datos de alta resolución (y daño) de forma continua, en lugar de una ráfaga corta de datos + daño + daño prolongado de baja intensidad.

Respuestas (2)

Dinero. La misión se propuso a un límite de costos, que incluye los costos de operaciones. Los objetivos científicos podrían lograrse con una misión principal más corta y, por lo tanto, de menor costo utilizando órbitas más estrechas.

Tuve una corazonada :) En el lado de la mano de obra, ¿puede el personal multiplexar? Con 53 días entre sobrevuelos, ¿las personas dedicarán más tiempo a otras cosas que si hubieran pasado 14 días?
El equipo científico debería poder reducir algo casi proporcionalmente, pero el equipo de ingeniería solo podría reducirlo un poco. La planificación de actividades se reduciría, pero el monitoreo y la limpieza de las naves espaciales es más una función del tiempo que de las actividades. Sospecho que el equipo de Juno está considerando exactamente esos intercambios mientras hablamos, para ver cuánto tiempo pueden estirar sus fondos ya aprobados.
No estoy en desacuerdo contigo, es una respuesta interesante. ¿Tiene algún enlace a la evidencia en él?
@GdD, Mark Adler trabaja en JPL. También asistí recientemente a una charla de Steve Levin, científico del proyecto Juno, y dio la misma explicación.
No cuestiono la procedencia @pericynthion, esperaba aprender más si había documentos disponibles para leer.
@GdD Phys.org hace un muy buen trabajo al informar. " La misión tendrá que extenderse a decenas de millones de dólares adicionales si los científicos quieren recolectar todo según el plan original. Ya es una misión de mil millones de dólares ". Como lo documentan las fuentes de la NASA en esta respuesta , la exposición a la radiación habría sido peor en la órbita inferior, por lo que debe haber alguna otra razón para ponerlo allí. No es una respuesta completa, pero los comentarios no son preguntas completas.

Puedo ver varias razones para esas órbitas más cortas.

  • En primer lugar, debes notar que la sonda está en una órbita polar alrededor de Júpiter. Uno de los objetivos de la misión es hacer varios "mapas" de Júpiter (campos gravitacionales y magnéticos de Júpiter, variación en la composición atmosférica, etc.), de modo que cuanto más corta sea la órbita, más datos se obtienen durante un período de tiempo fijo (por ejemplo, la vida útil de la sonda).

  • si quieres hacer la misma cantidad de órbitas, pero con la más larga, tardarías 34 x 53,5 días = 1819 días (~5 años) en lugar de 34 x 14 días = 476 (~15 meses) para la más corta. El artículo de wikipedia citado en OP menciona que la configuración de las órbitas permite que el panel solar de la sonda esté siempre orientado hacia el sol. Con un tiempo de misión de alrededor de 5 años, y sabiendo que Júpiter tiene un período orbital de 11,86 años, se puede deducir que al menos unas pocas órbitas habrían llevado a la sonda a la sombra de Júpiter, y por tanto sin la posibilidad de energizarse a través de sus paneles solares. .

  • por último, pero no menos importante, dichas órbitas polares permiten que la sonda navegue con un contacto mínimo con los densos cinturones de radiación de Júpiter

    Estas órbitas minimizan el contacto con los densos cinturones de radiación de Júpiter, que pueden dañar la electrónica de las naves espaciales y los paneles solares, al explotar una brecha en la envoltura de radiación cerca del planeta, pasando a través de una región de radiación mínima.

¡Gracias! En el punto 1, la vida útil no se mide necesariamente en tiempo de reloj. Por ejemplo, la acumulación de dosis de radiación y el daño dependen de la ruta particular y pueden representarse mejor por el número y la duración de las pasadas cercanas y la rotación de los ábsides. punto 2; ¡Ese es un buen punto! si el periJove está al otro lado, no hay suficiente combustible para evitar el inevitable eclipse solar. Si puede encontrar en algún lugar qué tan pronto será y agregar la información y el enlace a su respuesta, ¡sería genial!
Punto 3 No lo entiendo: me parece que la órbita más larga en realidad pasará más lejos de las bandas de radiación que la más cercana.
De nada. Estoy de acuerdo con su comentario sobre el punto 1. Pero para una cierta cantidad de radiación permitida por el diseño, disminuye cualquier otro riesgo de falla y acorta la misión. Investigaré un poco sobre el punto 2.
Sobre el punto 3, no sé qué pensar para ser honesto. Puedes tener dos órbitas con periodos similares (digamos 30 días), pero una muy elíptica con un PeriJove muy bajo (y radiaciones+++) y otra más circular con un nivel de radiación ~constante. Pero aquí, hablé sobre dónde sobrevuela la sonda alrededor de Júpiter, y pueden ver en la imagen que muestra "las bandas de radiación más fuertes cerca de Júpiter" que casi no hay radiación en los polos.
Si la órbita larga de Juno significa una tasa más baja de daño por radiación, ¿por qué la órbita corta planeada?
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