РОССИЙСКИЙ ПРОЕКТ ИЗУЧЕНИЯ СИСТЕМЫ ЮПИТЕРА И ЕГО СПУТНИКА ГАНИМЕДАЛАПЛАС-П ЛАПЛАС-П Российский проект по исследованию Юпитера и его спутника Ганимеда. - презентация

1 РОССИЙСКИЙ ПРОЕКТ ИЗУЧЕНИЯ СИСТЕМЫ ЮПИТЕРА И ЕГО СПУТНИКА ГАНИМЕДАЛАПЛАС-П ЛАПЛАС-П Российский проект по исследованию Юпитера и его спутника Ганимеда. Сроки реализации: Головная организация: ФГУП «НПО им. С.А. Лавочкина» Научная организация: Институт Космических Исследований РАН Международная кооперация: Европейское Космическое Агентство Посадочный аппарат Орбитальный аппарат КА JUICE Заседание Совета РАН по космосу 3 июля 2014 г. Докладчик к.ф-.м.н. К.И. Марченков (п.2.3 повестки дня)

2 EJSM-Laplace Система Юпитера в ее многообразии Io Europa Самая активная атмосфера Самая большая и мощная магнитосфера Сложные связи 63 спутника, 4 больших Галилеевых Возможная обитаемость Ио ЕвропаГанимед Каллисто Ио Европа Ганимед Каллисто Лаплас-П

3 Научные задачи Характеристика атмосферной динамики и ее циркуляции, мониторинг Характеристика химического состава атмосферы Характеристика вертикальной структуры атмосферы Исследование связей между тропосферой, стратосферой и термосферой Одновременные наблюдения полярных сияний и плазменные измерения Liquid water Лаплас-П Характеристика атмосферы Юпитера Характеристика атмосферы Юпитера ПОЧЕМУ ЮПИТЕР? Образец газового гиганта Лаборатория для изучения динамики и химии газовых гигантов Сложные связи в системе Юпитера: гидродинамические гравитационные электромагнитные Динамика и химия полярных областей Взаимосвязь с магнитной средой / средой заряженных частиц Юпитера Объёмный состав, истоки Динамика, ветры, температуры, турбулентность Динамика и химия полярных областей Штормы, волны, горячие пятна, нестабильности, смещения пластов Слои облаков, помутнения, просветления Вертикальные Связи

4 Научные задачи Охарактеризовать магнитосферу как быстрый магнитный ротатор Охарактеризовать магнитосферу как гигантский ускоритель частиц Исследовать роль лун как источников и стоков магнитосферной плазмы Определение электродинамических связей между планетой и спутниками Изучение динамики магнитосферы внутри и вне магнито диска Юпитера Liquid water Характеристика магнитосферы Юпитера Лаплас-П Характеристика магнитосферы Юпитера Лаплас-П Почему магнитосфера Юпитера? Самый крупный объект в Солнечной системе Крупнейший ускоритель частиц и самый быстрый ротатор в Солнечной системе Уникальная природная лаборатория для изучения процессов в плазме, взаимодействий и связей ГИГАНТСКАЯ ВРАЩАЮЩАЯСЯ СИСТЕМА БОЛЬШОЕ МНОГООБРАЗИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ Резонанс Лапласа Ганимед Мини магнитосфера Европа Индуцированное В-поле Ио Источник ионов Интенсивная радиация Юпитер Ускорение, радиация Полярные сияния Электродинамические связи Ускорение, радиация Полярные сияния Крупномасштабные возмущения Перенос момента Электро - динамические связи Внешние связи Европа Ганимед Ио Тор Ио Внутренний диск Внешний диск Юпитер Взаимообмен путем диффузного переноса

5 EJSM-Laplace 1. Why is Ganymede an habitable world Why are Ganymede and Europa habitable worlds ? Поверхностная/Глубинная среда обитания The habitable zone is not restricted to the Earths orbit… Возможна ли жизнь на Европе и Ганимеде? Глубинная среда обитания Необходимые составляющие Жидкая вода Элементы Энергия Время Научные задачи: Обитаемость Солнечной системы Лаплас-П Марс Земля Венера Юпитер Сатурн Зона обитаемости Радиус в радиусах орбиты Земли Масса звезды в массах Солнца

6 Liquid water ПОЧЕМУ ГАНИМЕД ?ОСОБЕННОСТИ МИССИИ Самый крупный спутник в Солнечной Системе и возможная среда обитания Океан под поверхностью Собственное и индуцированное магнитное поле Богатейшая морфология кратеров Ганимед показывает признаки серьезной тектонической активности, т.е. является активным миром Возможно лучшая лаборатория для изучения приливного орбитального резонанса Лапласа Первый посадочный аппарат на ледяной луне Юпитера и орбитальный аппарат Первое детальное исследование геологии ледяного спутника и его недр включая глубинный океан – возможную среду обитания в Солнечной системе, кроме Земли Впервые будет исследованы взаимодействия магнитного поля Ганимеда с магнитосферой Юпитера и юпитерианской плазмой Первое детальное исследование экзосферы-атмосферы ледяного спутника Охарактеризовать Ганимед как планетарный объект и возможную среду обитания Научные задачи миссии к Ганимеду Лаплас - П Научные задачи миссии к Ганимеду Лаплас - П

7 Научные цели Лаплас-П Охарактеризовать ледяную кору, протяженность океана и его связь с недрами Исследование внутреннего строения Ганимеда путем проведения различных геофизических (включая сейсмические, вибрационные и магнитные) измерений Исследование и определение характеристик среды указывающий на возможность существования жизни на Ганимеде, поиск следов прошлой и существующей жизни Детальное изучение материала поверхности в месте посадки модуля для понимания происхождения ледяных спутников системы Юпитера Охарактеризовать локальную среду и ее взаимодействие с магнитосферой Юпитера Liquid water Охарактеризовать Ганимед как планетарный объект и возможную среду обитания Научные задачи миссии к Ганимеду Научные задачи миссии к Ганимеду Область Галилео Силикаты Металл. ядро Кора, лед Жидкий слой Мантия, лед Мини-магнитосфера Лаплас-П

8 РОССИЙСКИЙ ПРОЕКТ ИЗУЧЕНИЯ СИСТЕМЫ ЮПИТЕРА И ЕГО СПУТНИКА ГАНИМЕДАЛАПЛАС-П Статус работ по проекту НИР Рассмотрены особенности Ганимеда, выделяющие его из общего ряда спутников Солнечной системы. Выделены научные задачи проведения последующих исследований Ганимеда как части системы Юпитера, самого Юпитера и межпланетной среды. Сформулированы изменения, вносимые в научную программу проведения исследований, вызванные изменением объекта исследований (Ганимед вместо Европы). Проанализированы научные цели и задачи, методики проведения измерений и технические характеристики приборов, предлагающихся к установке на посадочный модуль Ганимеда. Проработан проектный облик научной аппаратуры посадочного аппарата проекта «Лаплас-П», предлагаемой ИКИ РАН, даны ее описания и определены ее предварительные характеристики. Произведены оценка сейсмической активности Ганимеда и определение научных задач исследований внутреннего строения Ганимеда. Построена пробная сейсмическая модель Ганимеда, и рассчитан спектр его собственных колебаний. Проведена проработка проектных параметров и определение предварительных технических характеристик сейсмической аппаратуры посадочного аппарата миссии «Лаплас-П», адекватных решаемым научным задачам. Рассмотрены различные аспекты гравитационного маневрирования около спутников Юпитера, поскольку ограниченные динамические возможности, имеющие место в этом случае, требуют множественных прохождений КА около спутников. Установлены требования, предъявляемые к алгоритмам построения сценариев – схем прохождения объектов системы Юпитера: возможность адаптации ко времени прибытия и длительности миссии, неполноте информации об эфемеридах спутников Юпитера и их полях тяготения, к изменению масштабов предельно допустимой дозы радиации. Приведено описание техники построения таких сценариев. Приводятся типовые примеры её использования в качестве проработки конкретных вариантов миссии «Лаплас-П».

9 РОССИЙСКИЙ ПРОЕКТ ИЗУЧЕНИЯ СИСТЕМЫ ЮПИТЕРА И ЕГО СПУТНИКА ГАНИМЕДАЛАПЛАС-П Статус работ по проекту НИР Проведен проектно-баллистический анализ транспортной космической системы: РН Протон-М», разгонный блок «Бриз-М» и ЭРДУ для доставки КА на орбиту Ганимеда. Рассмотрены несколько маршрутов перелета к Юпитеру, включая гравитационные маневры у Земли и Венеры, для разных типов ЭРДУ. Наиболее подробному анализу подверглись маршруты Земля - Земля - Земля - Юпитер с двумя гравитационными маневрами у Земли. Рассматривались две различные схемы: резонансная с орбитой Земли орбита перелета (порядок резонанса был выбран 2:1) и не резонансная с Землей орбита перелета. Проведен анализ региональной геологической ситуации для предварительного выбора областей мест посадки посадочного аппарата миссии «Лаплас-П» на поверхность Ганимеда. Изучены различные типы местности поверхности Ганимеда. Анализированы приоритеты в научном плане при выборе мест посадок и связанные риски. Проанализированы фотоизображения высокого разрешения для предварительного выбора участков, представляющих наименьшую опасность и наибольший научный приоритет для посадочного аппарата проекта «Лаплас-П» в пределах темной и грядово- бороздчатой местности. Даны предварительные рекомендации по выбору областей мест посадки посадочного аппарата проекта «Лаплас-П» на поверхность Ганимеда. Уточнены характеристики радиационной обстановки на траектории полёта КА миссии «Лаплас-П» к лунам Юпитера в области его магнитосферы (в частности, в окрестностях Ганимеда и Европы) и в межпланетном пространстве. Рассчитаны дозы радиации за защитой 2,2 г/см 2 в области орбиты Ганимеда (за два месяца доза составит 10 крат), на траектории гравитационных манёвров в системе Юпитера (от 8 крат до > крат), и при полёте во внешней области магнитосферы Юпитера (не превысит 2 крат). Произведена предварительная оценка влияния радиации на радиоэлектронную аппаратуру посадочного аппарата миссии «Лаплас-П». Разработаны предложения по аппаратуре дозиметрического и радиометрического мониторинга.

10 РОССИЙСКИЙ ПРОЕКТ ИЗУЧЕНИЯ СИСТЕМЫ ЮПИТЕРА И ЕГО СПУТНИКА ГАНИМЕДАЛАПЛАС-П Статус работ по проекту НИР Проведена предварительная оценка требуемой координатно-навигационной информации для обеспечения выбора мест посадок посадочного аппарата миссии «Лаплас-П». Проведен сравнительный анализ существующей координатно- картографической базы на спутники Юпитера – Ганимед, Европу и Каллисто. Дана оценка абсолютной и относительной точности координатного обеспечения для формирования опорной сети на поверхности Ганимеда. Создана предварительная картосхема по результатам анализа космических изображений поверхности Ганимеда для характеристики возможных мест посадки посадочного аппарата миссии «Лаплас-П». Результаты работы могут использоваться при выработке и принятии научно- обоснованных решений для выбора возможных мест посадки посадочного модуля миссии «Лаплас-П», разработки критериев для оценки характеристик съемочной и навигационной аппаратуры с целью получения информативных изображений поверхности исследуемого небесного тела. ОКР Согласовано и подписано Техническое Задание с Федеральным космическим агентством, ИКИ РАН, Советом РАН по космосу и президиумом РАН на СЧ ОКР «Лаплас-П»: Разработка технического предложения на создание космического комплекса для исследования планетной системы Юпитера контактными и дистанционными методами.

11 Возврат на Европу? 11

12 Криовулканизм – Европа Lorenz et al. Transient Water Vapor at Europas South Pole Science (2014) УФ изображения свечений Lyman-α и OI нм над южным полюсом Европы получены космическим телескопом им.Хаббла (HST) в 2012 году. Эти свечения согласуются с двумя 200-км выбросами водяного пара с плотностью на луче зрения ~10 20 м -2. Отсутствие детектирования подобных выбросов с 1999 до ноября 2012 года может быть связано с изменениями поверхностного напряжение на различных орбитальных фазах Европы. Выброс случился, когда Европа была в апоцентре орбиты, что согласуется с предсказаниями моделей. 12 Изучение экзосфер и поверхностей ледяных лун

13 Concept of Russian Europa Lander mission (ELW, Moscow, 2009) OrbiterLander

14 Российская часть миссии EJSM-Laplace: исследование Европы – предполагаемая дата старта 2023 г., р/н «Протон» – полёт к Юпитеру: >6 лет, возможны гравитационные манёвры около Земли и Венеры – гравитационные манёвры в системе Юпитера c использованием его больших спутников – орбита Европы: 2 мес., изучение приливных деформаций; исследование поверхности? – возможность изучения магнитного поля и плазмы сильно зависит от ограничения по массе КА – посадка на Европу (вблизи области разломов ледяной коры) работа на поверхности: несколько дней – основная цель: поиск признаков жизни: органика, биогенные газы, изотопный состав, хиральность, клетки, остатки организмов, минералогия исследование плюмов – также: фотосъёмка, изучение льда/океана (пенетратор+ сейсмометр+масс-спектрометр, эхолот, сонар) – передача данных: через орбитальный ретранслятор

15 Objectives Plumes (composition, etc.) Composition of non-ice material Liquid subsurface water in the most active regions Recently active processes Exosphere and plasma environment Europa: study of currently & recently active regions

16 OBJECTIVES Determine the composition of the non-ice material, especially as related to habitability Look for liquid water under the most active sites Study the recently active processes Plumes Liquid water Explore EUROPAs currently and recently active zones WHY EUROPA ? High habitability potential An ocean in contact with the rocky mantle Active world New investigations as compared to Galileo Low orbit versus focused flybys Two months of remote observations HIGHLIGHTS

17 Liquid water ~100 kg Model Payload Remote sensing suite Narrow angle camera Wide angle camera IR imaging spectrometer UV spectrometer Submillimetre wave instrument ? Geophysics Penetrator (seismometer & INMS)? Ice penetrating radar Radio Science Instrument & USO Plasma & fields package Particle analyzer Magnetometer Radio & plasma wave instrument

18 18

19

20 The Age of Planetary Discovery