РОССИЙСКИЙ ПРОЕКТ ИЗУЧЕНИЯ СИСТЕМЫ ЮПИТЕРА И ЕГО СПУТНИКА ГАНИМЕДА

ЛАПЛАС-ПЛАПЛАС-П

ЛАПЛАС-ПЛАПЛАС-ПРоссийский проект по исследованию Юпитера и его спутника Ганимеда.

Сроки реализации: 2025-2033Головная 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)

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 Европа

Ганимед Каллисто

ИоЕвропа

Ганимед

Каллисто

Лаплас-ПЛаплас-П

Liquid water

Лаплас-ПЛаплас-П Характеристика атмосферы ЮпитераХарактеристика 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

Liquid water Характеристика магнитосферы Юпитера Характеристика магнитосферы Юпитера Лаплас-П 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

ГанимедМини магнитосфера

ЕвропаИндуцированное В-поле

Ио Источник ионов

Интенсивная радиация

Юпитер

Ускорение, радиация Полярные сияния

Электродинамические связи

Ускорение, радиация Полярные сияния

Крупномасштабные возмущения Перенос момента

Электро-динамическ

ие связи

Внешние связи

Европа

Ганимед

Ио

Тор Ио

Внутренний диск

Внешний диск

ЮпитерВзаимообмен путем

диффузного переноса

EJSM-Laplace1. 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 Earth’s orbit…

Возможна ли жизнь на Европе и Ганимеде?

Глубинная среда обитания

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

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 ГанимедОхарактеризовать Ганимед как планетарный объект и возможную как планетарный объект и возможную среду обитаниясреду обитания

Научные задачи миссии к Ганимеду Научные задачи миссии к Ганимеду Лаплас-ПЛаплас-П

Liquid water

Охарактеризовать ГанимедОхарактеризовать Ганимед как планетарный объект и возможную как планетарный объект и возможную среду обитаниясреду обитания

Научные задачи миссии к ГанимедуНаучные задачи миссии к Ганимеду

Область Галилео

Силикаты

Металл. ядро

Кора, лед

Жидкийслой

Мантия, лед

Мини-магнитосфера

Лаплас-ПЛаплас-П

РОССИЙСКИЙ ПРОЕКТ ИЗУЧЕНИЯ СИСТЕМЫ ЮПИТЕРА И ЕГО СПУТНИКА ГАНИМЕДА

ЛАПЛАС-ПЛАПЛАС-ПСтатус работ по проекту

НИ

Р

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».

РОССИЙСКИЙ ПРОЕКТ ИЗУЧЕНИЯ СИСТЕМЫ ЮПИТЕРА И ЕГО СПУТНИКА ГАНИМЕДА

ЛАПЛАС-ПЛАПЛАС-ПСтатус работ по проекту

НИ

Р

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/см2 в области орбиты Ганимеда (за два месяца доза составит ≈ 10 крад), на траектории гравитационных манёвров в системе Юпитера (от ≈ 8 крад до > 50-60 крад), и при полёте во внешней области магнитосферы Юпитера (не превысит ≈ 2 крад). Произведена предварительная оценка влияния радиации на радиоэлектронную аппаратуру посадочного аппарата миссии «Лаплас-П». Разработаны предложения по аппаратуре дозиметрического и радиометрического мониторинга.

РОССИЙСКИЙ ПРОЕКТ ИЗУЧЕНИЯ СИСТЕМЫ ЮПИТЕРА И ЕГО СПУТНИКА ГАНИМЕДА

ЛАПЛАС-ПЛАПЛАС-ПСтатус работ по проекту

НИ

Р 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.

ОК

Р

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.

Возврат на Европу?

11

Криовулканизм – ЕвропаLorenz et al. Transient Water Vapor at Europa’s South Pole Science (2014)

УФ изображения свечений Lyman-α и OI 130.4 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 ~1020 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.

12Изучение экзосфер и поверхностей ледяных лун

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

Orbiter

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

Liquid water

Explore EUROPA’s currently and recently active zonesExplore EUROPA’s 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

Liquid water

~100 kg~100 kgModel PayloadModel Payload

Remote sensing suiteRemote sensing suite• Narrow angle camera• Wide angle camera• IR imaging spectrometer • UV spectrometer• Submillimetre wave instrument ?

GeophysicsGeophysics• Penetrator (seismometer & INMS)?• Ice penetrating radar• Radio Science Instrument & USO

Plasma & fields packagePlasma & fields package• Particle analyzer• Magnetometer• Radio & plasma wave instrument

18

The Age of Planetary DiscoveryThe Age of Planetary Discovery