Транзисторы на космическом корабле Europa Clipper, запуск которого запланирован на октябрь, возможно, не смогут выдержать сильную радиацию вокруг планеты Юпитер.
НАСА заявило в четверг, что оно изучаетдолговечность транзисторов на космическом корабле стоимостью 5 миллиардов долларов, отправленном на Европу, океанический спутник Юпитера, что вызвало опасения по поводу способности космического корабля функционировать, как первоначально планировалось, в условиях сильной радиации вокруг крупнейшей планеты Солнечной системы.
Проблема с оборудованием на космическом корабле может привести к длительной задержке миссии Europa Clipper, которую NASA классифицирует как “флагманскую”, обозначение для ее наиболее значимых с научной точки зрения начинаний. Эксперты говорят, что если космический аппарат запустится в октябре, как запланировано, он может не достичь своей научной цели - оценки того, может ли что-нибудь жить на Европе.
Речь идет о способности транзисторов, электрических переключателей, которые являются строительными блоками компьютерных чипов и другой электроники, противостоять мощному излучению системы Юпитера.
Космос наводнен радиацией, вызванной такими силами, как космические лучи и извержения солнца, и каждый космический корабль требует определенного уровня радиационной защиты. Но Европа вращается внутри особо опасной области космоса, называемой радиационным поясом Юпитера, где условия могут быть более чем в 50 раз более радиоактивными, чем те, которые встречаются вокруг Земли.
Инженеры космических аппаратов беспокоятся о двух типах доз радиации, сказал Скотт Болтон, главный исследователь Juno, небольшого космического аппарата НАСА, который в настоящее время находится на орбите Юпитера.
Существует общая доза ионизации, которая накапливается со временем, и потоковая доза, или скачки радиации. Излучение может повредить данные в компьютере космического корабля, вызвать короткие замыкания, нарушить уровень напряжения и повредить электронику. Чтобы смягчить это, разработчики космических аппаратов могут установить защиту вокруг чувствительных, открытых частей; построить “радиационные хранилища”, в которых хранятся ключевые технологии; или использовать детали, защищенные от радиации, такие как чипы, которые сейчас вызывают беспокойство.
3 мая инженеры Лаборатории реактивного движения НАСА в Пасадене, Калифорния, основного производителя космического корабля, узнали от “заказчика, не входящего в NASA”, что жизненно важные радиационно-стойкие чипы вышли из строя при испытаниях на уровнях радиации, “значительно более низких”, чем предполагалось. Джордан Эванс, руководитель проекта Europa Clipper в лаборатории, представил проблему в прошлом месяце на заседании Совета по космическим исследованиям, комитета Национальных академий наук, который консультирует NASA.
По его словам, новообретенная уязвимость космического корабля к радиации характеризуется как “постоянная деятельность”. “У нас есть время продолжить эту работу, пока мы готовимся к запуску”.
Дефектные чипы в Europa Clipper называются полевыми транзисторами металл-оксид-полупроводник, или MOSFET.
“Мы видим, что некоторые из этих МОП-транзисторов выходят из строя при более низких уровнях радиации”, чем в окружающей среде вокруг Европы", - заявила Шеннон Фитцпатрик, руководитель летных программ Отдела планетарных наук НАСА, во время заседания Консультативного комитета по планетарным наукам, группы сторонних исследователей, консультирующих НАСА, на этой неделе. Она также заявила на встрече, что инженеры еще не решили проблему.
Чипы, используемые в настоящее время в Europa Clipper, производятся немецкой фирмой по производству полупроводников Infineon Technologies. Они также используются в военных космических аппаратах. Представитель Infineon отказался комментировать информацию о “реальных или потенциальных клиентах”, но сказал, что в компании “действуют строгие процессы, обеспечивающие соответствие всех соответствующих стандартов качества и производительности нашей продукции”.
Всем космическим аппаратам, побывавшим на Юпитере, приходилось бороться с излучением планеты. Но миссия Europa Clipper может изучить ключевые тайны океана, льда и внутренних частей Европы, только подойдя поближе и с головой погрузившись в радиоактивное болото Луны.
Инженеры Лаборатории реактивного движения и Лаборатории прикладной физики Университета Джона Хопкинса потратили более 20 лет на разработку космического корабля "Европа" и траектории полета, чтобы противостоять этой радиоактивной среде. Например, чтобы свести к минимуму воздействие, космический аппарат будет вращаться вокруг Юпитера, а не Европы напрямую, облетая Луну каждые несколько недель под разными углами и на расстоянии до 15 миль.
В рамках своей предполагаемой четырехлетней миссии Europa Clipper должен был запечатлеть 90 процентов поверхности Европы с чрезвычайно высокой детализацией в соответствии с этим планом.
Космический корабль и его специализированный набор научных приборов предназначены для определения, пригодна ли Европа для обитания инопланетных форм жизни. Европа размером с земную Луну и покрыта ледяным панцирем. Под этим льдом находится океан с в два раза большим количеством жидкой соленой воды, чем на Земле. В течение четырех миллиардов лет этот океан химически взаимодействовал со своим теплым каменистым морским дном и с органическим материалом, доставленным кометами и астероидами. Радиация может поддерживать формы жизни, окисляя океан Европы.
Но единственный способ узнать наверняка, что "Европа Клипер" неоднократно подвергалась воздействию губительной радиации.
В этом месяце в Лаборатории реактивного движения ”команда tiger", занимающаяся изучением чипов, поделится предварительными результатами с учеными и инженерами миссии. Они моделируют, как долго космический корабль сможет продержаться вокруг Европы, если его запустить как есть.
“Команда tiger проводит обширную программу испытаний” и работает в сотрудничестве с экспертами Центра космических полетов имени Годдарда НАСА в Мэриленде и Лаборатории прикладной физики Университета Джона Хопкинса, сказала мисс Фитцпатрик.
“У нас еще есть время проработать этот риск”, - сказала она.
Затем команда и руководство лаборатории должны дать официальную рекомендацию о том, что делать с космическим кораблем.
По словам доктора Болтона, если инженеры не смогут подтвердить, что космический корабль выдержит свою миссию в соответствии с проектом, руководству NASA, возможно, придется пересмотреть план миссии или изменить график ее запуска.
Поскольку ожидается, что Europa Clipper потребуется более пяти лет, чтобы достичь Юпитера после октябрьского запуска, у инженеров Лаборатории реактивного движения будет время, чтобы найти способы спасти часть научных данных миссии, вероятно, с помощью других траекторий, позволяющих избежать наихудшей радиации в регионе, среди прочих стратегий. Но данные, которые они возвращают при таком сценарии, могут не соответствовать тому, что искали ученые.
В качестве альтернативы NASA может отложить запуск космического корабля и вернуть его JPL Биллу Нельсону, администратору NASA, имеющему окончательное право отложить миссию.
Если дубликаты чипов существуют в достаточно больших количествах, инженеры могут заменить их, процесс простой, хотя и кропотливый. Космический корабль необходимо будет разобрать, инженеры вытащат печатные платы, используя пинцет и увеличительные стекла, чтобы вскрыть паяные соединения, удалить старые чипы и установить новые. Это может занять от нескольких месяцев до года.
Если количество таких чипов ограничено, инженерам, возможно, придется использовать заменители от других производителей, что потребует полной переоценки космического корабля. На это могут уйти годы.
Любая задержка, какой бы неприятной она ни была, может, по крайней мере, дать космический корабль, полностью способный ответить на вопросы о Европе, которые вдохновили целое поколение ученых-планетологов.
