Jak inżynierowie z NASA naprawili kamerę oddaloną o miliony kilometrów?
Naukowcom udało się naprawić kamerę JunoCam, która znajduje się na sondzie kosmicznej Juno, krążącej wokół Jowisza. Dzięki czemu udało jej się wykonać zdjęcia księżyca Io.
.Jak opisują badacze z NASA, JunoCam to kolorowa kamera światła widzialnego. Urządzenie zostało zamontowane na zewnątrz głównej skrzynki o tytanowych ścianach, która chroni wrażliwe komponenty elektroniczne instrumentów inżynieryjnych i naukowych sondy.
Juno podróżuje przez najbardziej intensywne pola promieniowania planetarnego (promieniowanie elektromagnetyczne emitowane pochłaniane przez planetę) w Układzie Słonecznym. Projektanci misji byli pewni, że kamera JunoCam będzie w stanie działać przez pierwsze osiem orbit wokół gazowego olbrzyma, nie wiedzieli jednak, jak długo instrument wytrzyma po tym czasie.
Przez pierwsze 34 orbity Juno – czas głównej misja – JunoCam działała normalnie, przesyłając obrazy, które były dołączane do danych naukowych zbieranych przez sondę. Następnie, podczas 47. orbity, kamera zaczęła wykazywać oznaki uszkodzeń spowodowanych promieniowaniem. Do orbity 56 prawie wszystkie obrazy były uszkodzone.
Inżynierowie NASA wiedzieli, że problem może być związany z promieniowaniem, jednak wskazanie, co konkretnie zostało uszkodzone w JunoCam było trudne z odległości setek milionów kilometrów. Wskazówki wskazywały na regulator napięcia, który miał kluczowe znaczenie dla zasilania instrumentu. Posiadając niewiele sposobów naprawy, naukowcy wykorzystali proces zwany wyżarzaniem (annealing), w którym materiał jest podgrzewany przez określony czas, a następnie powoli schładzany – ogrzewanie może zmniejszyć defekty w materiale.
„Wiedzieliśmy, że wyżarzanie może czasami zmienić materiał taki jak krzem na poziomie mikroskopowym, ale nie wiedzieliśmy, czy to naprawi uszkodzenia. Wysłaliśmy polecenie, aby jedna grzałka JunoCam podniosła temperaturę kamery do 25 stopni Celsjusza – jest to znacznie cieplej niż normalne warunki dla instrumentu – i czekaliśmy co się stanie” –mówi Jacob Schaffner z Malin Space Science Systems w San Diego.
Jak opisują inżynierowie, wkrótce po zakończeniu procesu wygrzewania, JunoCam zaczęła generować wyraźne obrazy przez kilka następnych orbit. Jednak z każdym przelotem sonda wlatywała coraz głębiej w pole promieniowania Jowisza. Do orbity 55, zdjęcia ponownie zaczęły wykazywać problemy.
„Próbowaliśmy różnych schematów przetwarzania obrazów w celu poprawy jakości, ale nic nie działało. W obliczu nadchodzącego spotkania z księżycem Io, które miało nastąpić w ciągu kilku tygodni, nadszedł czas na ostatnią rzecz, której nie próbowaliśmy – było to podkręcenie grzałki JunoCam do maksimum i sprawdzenie, czy bardziej ekstremalne wyżarzanie może uratować urządzenie” – twierdzi Michael Ravine z Malin Space Science Systems.
.Obrazy testowe wysłane na Ziemię podczas wyżarzania wykazały niewielką poprawę w pierwszym tygodniu. Następnie, wraz ze zbliżaniem się do Io w ciągu zaledwie kilku dni, zaczęły ulegać znacznej poprawie. Jak wskazują astronomowie, gdy 30 grudnia 2023 roku Juno zbliżyła się do powierzchni wulkanicznego księżyca na odległość 1 500 km, obrazy były prawie tak dobre, jak w dniu wystrzelenia sondy, rejestrując szczegółowe widoki bieguna północnego Io. Obrazy ujawniły szczyty górskie pokryte szronem dwutlenku siarki wznoszące się z równin i wcześniej niezbadane wulkany z rozległymi polami lawy.
Do tej pory zasilana energią słoneczną sonda okrążyła Jowisza 74 razy. Niedawno, podczas ostatniej orbity, powróciły zakłócenia obrazu. Od czasu pierwszych eksperymentów z JunoCam, inżynierowie zastosowali pochodne techniki wyżarzania do kilku instrumentów Juno i podsystemów inżynieryjnych. Tego rodzaju działania pomogą naukowcom tworzyć statki kosmiczne odporne na promieniowanie i lepiej zarządzać przyszłymi misjami w na inne ciała niebieskie.
Oprac. EG
