Enige tijd eerder deze zomer leek het erop dat NASA’s vlaggenschipmissie om Jupiters ijzige maan Europa te bestuderen de lancering dit jaar zou kunnen missen.
In mei uitten ingenieurs hun bezorgdheid dat transistoren die in het ruimtevaartuig zijn geïnstalleerd kwetsbaar zouden kunnen zijn voor stralingsschade, een altijd aanwezige bedreiging voor elke sonde die in een baan om Jupiter draait. De transistors zijn ingebouwd in de circuits van het ruimtevaartuig en zijn verantwoordelijk voor ongeveer 200 unieke toepassingen, waarvan er vele cruciaal zijn voor het draaiende houden van de missie terwijl deze in een baan om Jupiter draait en langs Europa zoeft, waarbij de ijzige maan wordt onderzocht met negen wetenschappelijke instrumenten.
Transistoren op het Europa Clipper-ruimtevaartuig zijn al geïnstalleerd, en het verwijderen ervan voor inspectie of vervanging zou de lancering van de missie vertragen tot eind volgend jaar. De Europa Clipper heeft een lanceerperiode van 21 dagen vanaf 10 oktober om zijn reis naar de buitenste delen van het zonnestelsel te beginnen.
Na vier maanden soortgelijke transistors op de grond te hebben getest, stelden ingenieurs vast dat de transistors op de Europa Clipper bestand waren tegen de extreme straling die het ruimtevaartuig rond Jupiter zou tegenkomen, zonder enige wijziging in het vluchtplan of het missiepad.
“Een grote uitdaging was het analyseren hoe de transistors van ruimtevaartuigen met de straling op Jupiter zouden omgaan”, zegt Jordan Evans, Europa Clipper-projectmanager bij het Jet Propulsion Laboratory (JPL). “Na uitgebreide testen en analyse van de transistors hebben het Europa Clipper-project en ik persoonlijk het grote vertrouwen dat we de oorspronkelijke missie, het verkennen van Europa zoals gepland, kunnen voltooien.”
Hoge NASA-functionarissen besloten maandag in te stemmen met de beoordeling van het Europa Clipper-team bij JPL.
“Het is geweldig om hier met ongelooflijk goed nieuws te zijn”, zegt Nicky Fox, associate administrator van NASA’s Science Mission Directorate. “We zijn hier allemaal enorm blij. Enorm populair bij de pers, we hebben zojuist de Europa Clipper-missie aan een belangrijke recensie onderworpen… de laatste grote recensie voordat we echt in die lanceringswaanzin terechtkomen, en we zijn erg blij om te zeggen dat ze vandaag ondubbelzinnig die herziening hebben aangenomen.”
Met goedkeuring van het NASA-hoofdkwartier zullen teams die de Europa Clipper voorbereiden voor lancering in het Kennedy Space Center in Florida later deze week beginnen met het laden van ongeveer 3 ton (6.600 pond) drijfgas in het ruimtevaartuig. Dat is ongeveer de helft van het totale gewicht van het Europa Clipper-ruimtevaartuig, de grootste sonde die NASA ooit heeft gebouwd om de planeten te verkennen. Vervolgens zullen NASA- en SpaceX-technici de sonde in de kuip van de draagraket plaatsen en deze aan de Falcon Heavy-raket bevestigen voor lancering volgende maand.
“Ik ben blij om te kunnen zeggen dat we er vertrouwen in hebben dat ons prachtige ruimtevaartuig en ons capabele team klaar zijn voor de lancering, operaties en onze volledige wetenschappelijke missie naar Europa”, aldus Laurie Leshin, centrumdirecteur bij JPL.
Dit is een vreugdevolle missie
Na volgende maand gelanceerd te zijn vanaf Florida’s Space Coast, zal de Europa Clipper in februari 2025 op Mars aankomen voor een zwaartekrachtvlucht om snelheid te winnen op zijn reis naar Jupiter. De volgende vlucht langs de aarde in december 2026 zal het pad van de Europa Clipper ombuigen om de baan van Jupiter te onderscheppen in april 2030, wanneer de sonde zijn motor zal laten vertragen om te worden ingevangen door het enorme zwaartekrachtveld van de gigantische planeet.
Vervolgens zal Europa Clipper een traject afleggen om in een periode van ongeveer vier jaar 49 keer langs Europa te vliegen, tot op een afstand van 25 kilometer van het ijskoude oppervlak van de maan. Instrumenten op de Europa Clipper zullen een groot deel van de ijskorst van de maan in kaart brengen en zoeken naar tekenen dat Europa’s ondergrondse oceaan van vloeibaar water bewoonbaar zou kunnen zijn. Als wetenschappers geluk hebben, kan het ruimtevaartuig ook door pluimen heen vliegen die van het Europese oppervlak losbarsten, en deze uitbarstingen kunnen onder de ijzige schil intact materiaal uit de oceanen bevatten. Als dit gebeurt, zullen de Europa Clipper-instrumenten de chemie van de Europese oceaan waarnemen.
“Dit is een epische missie”, zegt Curt Niebur, Europa Clipper-programmawetenschapper op het NASA-hoofdkwartier. “Het is een kans voor ons om niet een wereld te verkennen die miljarden jaren geleden bewoond zou kunnen worden, maar een wereld die vandaag en nu bewoond zou kunnen worden.”
Europa, ongeveer 90 procent zo groot als de maan van de aarde, draait rond Jupiter aan de buitenrand van de stralingsgordels van de planeet, waar geladen deeltjes de elektronica kunnen verstoren van elk ruimtevaartuig dat door het gebied durft te passeren.
De meest gevoelige elektronica op de Europa Clipper is ondergebracht in een kluis met wanden van aluminium-zinklegering om de componenten te beschermen tegen de straling van Jupiter. Veel van de transistors van het ruimtevaartuig bevinden zich in deze kluis, maar andere zijn ingebed in wetenschappelijke instrumenten aan de buitenranden van het ruimtevaartuig.
Transistors hebben een zelfherstellende eigenschap die bekend staat als gloeien, waardoor ze een groot deel van hun capaciteit kunnen herstellen na blootstelling aan intense straling. Tijdens het grootste deel van de baan van Europa Clipper rond Jupiter vliegt het ruimtevaartuig in een omgeving met goedaardige straling, waardoor de transistors de tijd krijgen om te repareren tussen korte scheervluchten door Europa, waar de straling het slechtst is. De enige verandering die missiemanagers aan de Europa Clipper zullen aanbrengen, is het aanpassen van de verwarmingsinstellingen rond enkele verdachte transistors op de twee instrumenten buiten de kluis. Bij hogere temperaturen kunnen de componenten zichzelf effectiever herstellen.
“Dit zijn metaaloxide-veldeffecttransistoren, dus beschouw ze als elektronische schakelaars waarbij je een spanning aanbrengt en je de elektronische schakelaar kunt sluiten”, zei Evans.
“In sommige gevallen blijft de schakelaar gewoon aangaan, en als die schakelaar een kleine ontsmettingsverwarmer van 1 watt aanzet, dan is dat echt geen probleem voor de missie, ‘zei Evans.’Maar als dat circuit met een ruimtevaartuig dat in de veilige modus gaat, is een beetje een groter probleem. Het is een veel groter ding. Daarom hebben we elk van deze circuits geanalyseerd en hoe robuust en tolerant ze zijn ten opzichte van gedegradeerde transistors. We hebben vastgesteld dat we in elk van die circuits voldoende marge hebben om deze vlaggenschipmissie met vertrouwen uit te voeren.”