جونو (Juno) فضاپیمای بدون سرنشین ناسا است که توسط شرکت لاکهید مارتین ساخته شد. این فضاپیما در ۵ آگوست ۲۰۱۱ به فضا پرتاب شد و در تاریخ ۵ جولای ۲۰۱۶ وارد مدار قطبی سیاره مشتری شد تا ماموریت علمی خودش رو آغاز کنه.
جونو با پرده برداشتن از منشا و روند تکامل مشتری، درک ما رو از آغاز منظومه خورشیدی بهبود می‌بخشه.
به طور خاص جونو قراره که :
- ببینه چقدر آب در اتمسفر مشتری وجود داره که این کمک می‌کنه بفهمیم کدوم یک از نظریه‌های تشکیل سیارات درست است یا شاید هم لازم باشه نظریه‌های جدیدی مطرح بشه.
- با بررسی عمیق در اتمسفر مشتری ساختار، دما، حرکت ابرها و سایر مشخصات سیاره رو اندازه گیری کنه.
- از میدان مغناطیسی و گرانشی سیاره نقشه طراحی کنه تا با استفاده از اون بشه ساختار اعماق سیاره رو بررسی کرد.
- با بررسی و مطالعه مگنوتوسفر مشتری در نزدیکی قطب‌های اون که شفق قطبی- نور شمالگان و جنوبگان- تشکیل میشه این امکان رو به ما بده که نیروی میدان مغناطیسی سیاره، چه تاثیری روی اتمسفر اون داره.
جونو دومین فضاپیمایی است که بعد از مدارگرد گالیله به دور مشتری می‌چرخه. برخلاف تمام فضاپیماهای پیشین که تاکنون به سیارات دور دست فرستاده شدند، جونو تمام توان خودش رو از صفحات خورشیدی تامین می‌کنه.
قسمت مرکزی جونو ۳.۵ متر ارتفاع و ۳.۵ متر قطر داره و شکلش به صورت شش ضلعی هست. جونو به تجهیزانت زیادی مجهز شده به طوریه که جرمش درهنگام پرتاب به ۳۶۲۵ کیلوگرم رسید. جونو با چرخش به دور خودش تعادلش رو حفظ می کنه که این از دو جهت خوبه: اول این که پایداری زیادی رو به فضاپیما می ده و باعث ساده تر شدن کنترل اون میشه؛ و دوم این که فضاپیما رو از نصب تجهیزات اضافی واسه تثبیت کردنش که هم وزن بیش تر و هم افزایش هزینه رو دربر داره بی نیاز می کنه. نرخ چرخش جونو به دور خودش از ۱ تا ۵ دور در دقیقه- با توجه به فاز ماموریتی که داره- متغیر است.
سیستم پیشرانش جونو
جونو مجهز به یک موتور اصلی Lores 1b بوده که دارای تراستی معادل با ۶۴۵ نیوتن و ضربه مخصوص ۳۱۸ ثانیه می‌باشد (شکل ۱). جونو از دو پیشرانه برای سیستم پیشرانش اصلی خود و یک سیستم تک پیشران برای سیستم کنترلی خودش استفاده می‌کنه. سیستم پیشرانش اصلی جونو از هیدرازین به عنوان سوخت و نیتروژن تترا اکسید به عنوان اکسنده استفاده می‌کنه. مخزن‌های پیشران به شکل کروی بوده و با عایق‌های چند لایه احاطه شده‌اند (شکل ۲). در مسیر پیشران‌ها چندین گرمکن قرار گرفته، این گرمکن‌ها وظایفی رو برعهده دارند، اول اینکه از یخ زدگی مسیر انتقال پیشران‌ها و مخزن در اعماق فضا جلوگیری کنند و دوم اینکه اونها از چندین هفته قبل از روشن شدن سیستم پیشرانش فعال می‌شوند تا پیشران‌ها قبل از سوختن به دمای معمولی خود برسند.
شکل ۱- نمای زیر از سیستم پیشرانش فضاپیمای جونو- موتور Lores 1b
شکل ۲- مخازن عایق کاری شده پیشران جونو
سیستم تولید توان جونو
سیستم تولید توان جونو از سه تا مجموعه بال خورشیدی تشکیل شده که به صورت متقارن به فضاپیما متصل شدند. در نزدیکی مشتری میزان نور خورشیدی که جونو دریافت می‌کنه ۲۵ مرتبه از میزان نوری که میشه در زمین دریافت کرد کم‌تره. این اولین فضاپیمای مجهز به صفحات خورشیدی است که به اعماق فضا رفته. با پیشرفت در طراحی سلول‌های خورشیدی، صفحات به کار رفته در جونو ۵۰ درصد بازدهی بیشتر و همچنین دوام بیشتری در برابر تشعشعات نسبت به سلول‌های سیلیکونی که ۲۰ سال پیش برای ماموریت‌های فضایی در دسترس بود دارند. هر کدوم از سه مجوعه بال خورشیدی ۲.۹ متر پهنا و ۸.۹ متر درازا دارد و از ۱۱ صفحه خورشیدی جدا مستقل تشکیل شده‌اند، البته یکی از بال‌ها به جای صفحه یازدهم به مگنتومتر مجهز شده و یکی از بال‌های خورشیدی هم به دلیل محدودیت‌های پرتاب فقط ۲.۰۹۱ متر پهنا دارد. به طور میانگین صفحات خورشیدی جونو وقتی که به مشتری برسد توانی در بازه‌ی ۴۶۰ تا ۴۹۰ وات تولید می‌کنند . در شکل ۳ می‌تونید یک مجموعه شاخه از صفحات خورشیدی فضاپیما رو ببینید.
شکل ۳- یک آرایه از صفحات خورشیدی فضاپیمای جونو
سیستم ارتباطی جونو
سیتسم ارتباطی جونو هم به عنوان یک ابزار تحقیقاتی و هم یک زیر سیستم ارتباطی عمل می‌کنه. آنتن فضاپیما با گیرندگی بالا (HGA) از ایکس- باند (X- Band) جهت ارسال و دریافت اطلاعات پشتیبانی می‌کند (شکل ۴). زیرسیستم‌ها همچنین امکان ردیابی دو- بانده داپلر –دو باندِ ایکس-باند و کا–باند (Ka- Band) – برای آزمایشات گرانش مشتری فراهم می‌کنند. جونو همچنین به سیستم‌های ارتباطی با گیرندگی متوسط و پایین مجهز شده تا حتی مواقعی که آنتن HGA به سمت زمین نیست ارتباط خودش رو به صورت پیوسته حفظ کنه.
شکل ۴- آنتن HGA فضاپیما
مسیر حرکت جونو
ماموریت جونو به مشتری به سیزده فاز با مدت‌های مختلف تقسیم میشه که هر کدوم از اینها اهمیت خودشو داره. ماموریت جونو که در آگوست ۲۰۱۱ شروع شد قرار شد که به مدت ۶.۵ سال تا فوریه ۲۰۱۸ ادامه داشته باشه.
پس از پرتاب در آگوست ۲۰۱۱، جونو در مدار heliocentric (مداری که خورشید در کانون آن قرار داره) که دورتر از مدارِ حرکتیِ مریخ بود قرار گرفت که با دو مانور به سمت اعماق فضا همراه بود. بعد از گذشت ۱۳ ماه از پرتاب، جونو به دورترین نقطه از کانون مداری خود یعنی خورشید رسید. جونو دوباره با نزدیک شدن به زمین، از جاذبه زمین کمک گرفت تا بتونه با افزایشِ سرعت خودش از ۱۲۶۰۰۰ کیلومتر در ساعت به ۱۵۰۰۰۰ کیلومتر در ساعت، حرکتش رو به سمت مشتری آغاز کنه (این کار به این خاطر بود که طراحی ماموریت جونو هم از لحاظ انرژی لازم واسه پرتاب- برای اینکه باید سوخت بیشتری با خود حمل می‌کرد- و همچنین توانایی شتابگیری موتورهای فضاپیما محدودیت‌هایی داشت که با کمک گرفتن از جاذبه زمین هم در هزینه‌های پرتاب صرفه جویی می‌شد و هم زمان ماموریت کم می‌شد). این فاز از حرکت جونو بیش از دو سال طول کشید. در انیمیشن زیر می‌تونید این حرکت رو به خوبی مشاهد کنید.
تا این مرحله جونو مسافتی معادل ۲.۸ میلیارد کیلومتر پیموده است. بعد از فاز ۷۹۲ روزه از ماموریت جونو، فاز بعدی اون که نزدیک شدن به مشتری است، آغاز میشه. در این مرحله که ۱۷۸ روز طول می‌کشه تمام تجهیزات برای آخرین بار بررسی و کالیبره می‌شوند چرا که به منظور موفق بودن عملیات لازم است که در شرایط محیطی مشتری کالیبراسیون تجهیزات انجام بشه.
در فاز بعدی که قرارگیری جونو در مدار مشتری است، گرانش مشتری، سرعت فضاپیما رو به ۲۱۰۰۰۰ کیلومتر بر ساعت افزایش داد و در ۵ جولای ۲۰۱۶ با روشن شدن سیستم پیشرانش جونو به مدت ۲۱۰۲ ثانیه از سرعت اون به میزان ۱۹۵۱.۲ کیلومتر درساعت کاسته شد و با تغییر مدار جونو از هیپربولیک به مدار قطبی بیضوی شکل با دوره گردش ۵۳.۵ روز، فضاپیما با موفقیت در مدار مشتری قرار گرفت. این مدار به گونه‌ای انتخاب شده بود که از تجهیزات الکترونیکی فضاپیما در برابر کمربند چگال تشعشعی مشتری محافظت کنه.
فضاپیما در ۲۷ آگوست ۲۰۱۶ اولین گردش خود به دور مشتری رو (perijove 1) انجام داد و تونست برای اولین بار از قطب شمال مشتری تصویربرداری کند. در کل برای فضاپیما ۳۷ گردش مداری به دور مشتری در نظر گرفته شده است که جونو فاز تحقیقاتیش رو با شروع گردش سوم به دور مشتری در ۲ نوامبر ۲۰۱۶ آغاز کرده و آخرین مرحله از این فاز در گردش ۳۶ام در ۶ فوریه ۲۰۱۸ رخ می‌ده. در انیمیشن زیر می‌تونید نحوه گردش جونو به دور مشتری رو مشاهده کنید.
درنهایت جونو با انجام گردش ۳۷ام، با وارد شدن به اتمسفر مشتری به ماموریت خود پایان می‌دهد. تصاویری که جونو از مشتری به زمین مخابره کرده رو هم می‌تونید در اینجا مشاهده کنید.
منابع:
۱- https://www.nasa.gov/mission_pages/juno/overview/index.html
۲- http://spaceflight101.com/juno/
۳- https://en.wikipedia.org/wiki/Juno_(spacecraft)
