Una tecnica sperimentale ha salvato una telecamera a bordo della sonda spaziale Juno dell’agenzia, offrendo insegnamenti che saranno utili ad altri sistemi spaziali sottoposti a radiazioni elevate. Il team della missione Juno della NASA, in orbita attorno a Giove, ha eseguito un’operazione nello spazio profondo nel dicembre 2023 per riparare la sua camera JunoCam e catturare foto della luna di Giove Io. I risultati del salvataggio a lunga distanza sono stati presentati durante una sessione tecnica il 16 luglio alla conferenza sugli effetti delle radiazioni nucleari e spaziali dell’Institute of Electrical and Electronics Engineers a Nashville. JunoCam è una telecamera a colori a luce visibile.
L’unità ottica della telecamera è situata all’esterno di una camera blindata con pareti in titanio, che protegge i componenti elettronici sensibili di molti degli strumenti ingegneristici e scientifici di Juno. Si tratta di una posizione impegnativa, poiché i viaggi di Juno la portano attraverso i campi di radiazione planetaria più intensi del sistema solare. Sebbene i progettisti della missione fossero fiduciosi che JunoCam potesse operare durante le prime otto orbite di Giove, nessuno sapeva per quanto tempo lo strumento sarebbe durato dopo. Durante le prime 34 orbite di Juno (la sua missione principale), la JunoCam ha funzionato normalmente, restituendo immagini che il team ha regolarmente incorporato nei documenti scientifici della missione. Poi, durante la sua 47a orbita, il sensore ha iniziato a mostrare tracce di danni da radiazioni. All’orbita 56, quasi tutte le immagini erano corrotte.
Riparazione microscopica a lunga distanza
Sebbene il team sapesse che il problema potesse essere legato alle radiazioni, individuare con precisione cosa fosse danneggiato all’interno di JunoCam era difficile da centinaia di milioni di chilometri di distanza. Gli indizi indicavano un regolatore di tensione danneggiato, vitale per l’alimentazione di JunoCam. Con poche opzioni di ripristino, il team si è rivolto a un processo chiamato ricottura, in cui un materiale viene riscaldato per un periodo di tempo specificato prima di raffreddarsi lentamente. Sebbene il processo non sia ben compreso, l’idea è che il riscaldamento possa ridurre i difetti nel materiale.
“Sapevamo che la ricottura può talvolta alterare un materiale come il silicio a livello microscopico, ma non sapevamo se questo avrebbe riparato il danno”, ha affermato Jacob Schaffner, ingegnere di imaging di JunoCam, della Malin Space Science Systems di San Diego, che ha progettato e sviluppato JunoCam e fa parte del team che la gestisce. “Abbiamo comandato al riscaldatore di JunoCam di aumentare la temperatura della telecamera a 25 °C – molto più alta del normale per JunoCam – e abbiamo atteso con il fiato sospeso per vedere i risultati”. Poco dopo il completamento del processo di annealing, JunoCam iniziò a produrre immagini nitide per le successive orbite. Ma Juno si addentrava sempre di più nel cuore dei campi di radiazione di Giove a ogni passaggio. All’orbita 55, le immagini avevano nuovamente iniziato a mostrare problemi.
“Dopo l’orbita 55, le nostre immagini erano piene di striature e rumore“, ha affermato Michael Ravine, responsabile dello strumento JunoCam di Malin Space Science Systems. “Abbiamo provato diversi schemi di elaborazione delle immagini per migliorarne la qualità, ma niente ha funzionato. Con l’incontro ravvicinato con Io in arrivo tra poche settimane, era arrivato il momento dell’Ave Maria: l’unica cosa che non avevamo ancora provato era alzare al massimo il riscaldamento di JunoCam e vedere se un trattamento di ricottura più estremo ci avrebbe salvato”. Le immagini di prova inviate sulla Terra durante la ricottura hanno mostrato scarsi miglioramenti nella prima settimana. Poi, con l’avvicinamento a Io a pochi giorni di distanza, le immagini hanno iniziato a migliorare drasticamente. Quando Juno è arrivata a 1.500 chilometri dalla superficie della luna vulcanica, il 30 dicembre 2023, le immagini erano quasi identiche a quelle del giorno del lancio, catturando viste dettagliate della regione polare settentrionale di Io che rivelavano blocchi montuosi ricoperti di brine di anidride solforosa che si ergevano ripidi dalle pianure e vulcani precedentemente inesplorati con estesi campi di colata lavica.
Limiti di prova
Ad oggi, la sonda a energia solare ha orbitato attorno a Giove 74 volte. Di recente, il rumore dell’immagine è tornato durante la 74a orbita di Juno. Sin dai primi esperimenti con JunoCam, il team Juno ha applicato derivazioni di questa tecnica di ricottura a diversi strumenti e sottosistemi ingegneristici Juno. “Juno ci sta insegnando come creare e mantenere veicoli spaziali resistenti alle radiazioni, fornendo informazioni che andranno a beneficio dei satelliti in orbita attorno alla Terra”, ha affermato Scott Bolton, ricercatore principale di Juno presso il Southwest Research Institute di San Antonio. “Mi aspetto che le lezioni apprese da Juno saranno applicabili sia ai satelliti per la difesa che a quelli commerciali, nonché ad altre missioni della NASA”.
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Il Jet Propulsion Laboratory della NASA, una divisione del Caltech di Pasadena, in California, gestisce la missione Juno per conto del ricercatore principale Scott Bolton del Southwest Research Institute di San Antonio. Juno fa parte del programma New Frontiers della NASA, gestito presso il Marshall Space Flight Center della NASA a Huntsville, in Alabama, per conto dello Science Mission Directorate dell’agenzia a Washington. L’Agenzia Spaziale Italiana ha finanziato il Jovian InfraRed Auroral Mapper. La Lockheed Martin Space di Denver ha costruito e gestisce la sonda spaziale. Diverse altre istituzioni negli Stati Uniti hanno fornito diversi altri strumenti scientifici a bordo di Juno.
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