La NASA spiega come ha salvato la telecamera dalle radiazioni di Giove
La regione polare nord della luna vulcanica di Giove, Io, è stata ripresa dalla JunoCam a bordo di Juno della NASA durante il 57 passaggio ravvicinato della sonda al gigante gassoso il 30 dicembre 2023. Una tecnica chiamata annealing è stata utilizzata per riparare i danni da radiazioni alla fotocamera in tempo per catturare questa immagine.
Una tecnica sperimentale ha salvato una fotocamera a bordo della sonda Juno dell'agenzia, offrendo lezioni che andranno a beneficio di altri sistemi spaziali soggetti a radiazioni elevate.
Il team di missione della sonda Juno, in orbita attorno a Giove, ha eseguito un trasferimento nello spazio profondo nel dicembre 2023 per riparare la sua JunoCam, che serve a catturare foto della luna gioviana Io. I risultati del salvataggio a 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 si trova all'esterno di un caveau di radiazioni con pareti in titanio, che protegge i componenti elettronici sensibili per molti degli strumenti ingegneristici e scientifici di Juno.
Si tratta di una posizione impegnativa perché i viaggi di Juno la portano ad attraversare i campi di radiazioni planetarie più intensi del sistema solare. Mentre i progettisti della missione erano sicuri che JunoCam avrebbe potuto funzionare per le prime otto orbite di Giove, nessuno sapeva quanto lo strumento sarebbe durato dopo.
Durante le prime 34 orbite di Juno (la sua missione principale), JunoCam ha funzionato normalmente, restituendo immagini che il team ha inserito di routine nei documenti scientifici della missione. Poi, durante la 47a orbita, l'imager ha iniziato a mostrare segni di danni da radiazioni. Nell'orbita 56, quasi tutte le immagini erano danneggiate.
La granulosità e le linee orizzontali che si vedono in questa immagine della JunoCam dimostrano che la fotocamera a bordo della missione Juno della NASA ha subito danni da radiazioni. L'immagine, che cattura uno dei cicloni circumpolari sul polo nord di Giove, è stata scattata il 22 novembre 2023.
Riparazione microscopica a lunga distanza
Sebbene il team sapesse che il problema poteva essere legato alle radiazioni, individuare cosa fosse danneggiato nello specifico all'interno di JunoCam è stato difficile da centinaia di milioni di chilometri di distanza. Gli indizi indicavano un regolatore di tensione danneggiato, fondamentale per l'alimentazione di JunoCam. Con poche possibilità di recupero, il team si è rivolto a un processo chiamato ricottura, in cui un materiale viene riscaldato per un periodo specifico prima di raffreddarsi lentamente. Sebbene il processo non sia ben compreso, l'idea è che il riscaldamento possa ridurre i difetti del materiale.
“Sapevamo che la ricottura può talvolta alterare un materiale come il silicio a livello microscopico, ma non sapevamo se questo avrebbe risolto il danno”, ha dichiarato 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 all'unico riscaldatore di JunoCam di portare la temperatura della telecamera a 77 gradi Fahrenheit - molto più calda di quella tipica di JunoCam - e abbiamo aspettato con il fiato sospeso di vedere i risultati”.
Poco dopo aver terminato il processo di ricottura, JunoCam ha iniziato a produrre immagini nitide per le orbite successive. Ma Juno volava sempre più in profondità nel cuore dei campi di radiazioni di Giove a ogni passaggio. Al raggiungimento dell'orbita 55, le immagini hanno iniziato a presentare problemi.
“Dopo l'orbita 55, le nostre immagini erano piene di striature e di rumore”, ha dichiarato il responsabile dello strumento JunoCam Michael Ravine di Malin Space Science Systems. “Abbiamo provato diversi schemi di elaborazione delle immagini per migliorarne la qualità, ma nulla ha funzionato”. Con l'incontro ravvicinato con Io che ci attendeva tra poche settimane, era il momento dell'Ave Maria: L'unica cosa che non avevamo ancora provato era di alzare al massimo il riscaldamento di JunoCam e vedere se una ricottura più estrema ci avrebbe salvato".
Le immagini di prova inviate a Terra durante la ricottura hanno mostrato pochi miglioramenti durante la prima settimana. Poi, con l'avvicinarsi di Io a pochi giorni di distanza, le immagini hanno iniziato a migliorare drasticamente. Quando Juno si è avvicinata a 1.500 chilometri dalla superficie della luna vulcanica, il 30 dicembre 2023, le immagini erano quasi uguali a quelle del giorno in cui la fotocamera è stata lanciata, catturando viste dettagliate della regione polare settentrionale di Io, che hanno rivelato blocchi montuosi coperti di brina di biossido di zolfo che si innalzavano bruscamente dalle pianure e vulcani precedentemente inesplorati con estesi campi di lava.
Test dei limiti
Ad oggi, la sonda a energia solare ha orbitato intorno a Giove 74 volte. Recentemente, il rumore dell'immagine è stato restituito durante la 74a orbita di Juno.
Dopo aver sperimentato per la prima volta JunoCam, il team di Juno ha applicato derivazioni di questa tecnica di ricottura a diversi strumenti e sottosistemi ingegneristici di Juno.
“Juno ci sta insegnando come creare e mantenere i veicoli spaziali tolleranti alle radiazioni, fornendo spunti che andranno a beneficio dei satelliti in orbita intorno alla Terra”, ha dichiarato Scott Bolton, ricercatore principale di Juno del Southwest Research Institute di San Antonio. “Mi aspetto che le lezioni apprese da Juno siano applicabili sia ai satelliti della difesa e a quelli commerciali, sia ad altre missioni della NASA”.