Outer Planet Flagship Mission

[Rand]

Si avvicina alla conclusione la selezione per quella che diventerà la missione "ammiraglia" (quelle più grosse e costose) verso i pianeti esterni della prossima decade.
In February 2008, ESA and NASA initiated joint studies of two alternatives for a highly capable scientific mission to the outer planets: the Europa Jupiter System Mission (EJSM) and the Titan Saturn System Mission (TSSM). Joint Science Definition Teams (JSDTs) were formed with U.S. and European membership to guide study activities that were conducted collaboratively by engineering teams working on both sides of the Atlantic. The ESA contribution to this joint endeavor will be implemented as the Cosmic Vision Large-class (L1) mission; the NASA contribution will be implemented as the Outer Planet Flagship Mission with a launch date in 2020. The agencies plan to reach a joint decision on the destination for the mission and announce the decision in February 2009.

La scelta avverrà tra due proposte:

- Europa Jupiter System Mission (EJSM) (http://opfm.jpl.nasa.gov/europajupitersystemmissionejsm/)

La missione prevede una coppia di sonde: Jupiter Europa Orbiter (JEO) della NASA e Jupiter Ganymede Orbiter (JGO) dell'ESA che esploreranno in modo congiunto il sistema gioviano per poi entrare in orbita intorno rispettivamente a Europa e Ganimede.

JGO:

http://opfm.jpl.nasa.gov/images/jgocraft1.jpg

Mission Overview
JGO launches in March 2020 on an Ariane 5 and, using a ballistic trajectory with Venus-Earth-Earth gravity assists (VEEGA), arrives at Jupiter in February 2026. Jupiter Orbit Insertion (JOI) begins a 11 month Jupiter science phase followed by a 13 month Callisto science phase and Ganymede Orbit Insertion (GOI) in May 2028. At Ganymede, both elliptical and circular orbit science phases will last about 9 months. The orbiter will ultimately impact the surface of Ganymede after running out of orbit maintenance fuel. Highlights of the science phases include:

* JOI into 13 x 245 RJ (Jupiter radii) elliptical orbit
* Sequence of swing-by’s at Ganymede and Callisto Callisto Science Phase (383 days): 19 Callisto flybys at altitude of 200 km using 1:1 and 2:3 resonant orbits, allowing for (quasi) global surface coverage
* Ganymede Orbit Insertion (GOI) into 200 x 6000 km elliptical orbit
* Ganymede elliptical orbit science phase (up to 80 days)
* Maneuver to reach a low altitude (200 km), circular, quasi-polar orbit
* Ganymede circular orbit science phase up to 180 days
* End of nominal mission after about 8.9 years in February 2029


Flight System Overview
The JGO flight system is comparable in size and complexity to other spacecraft for similar missions such as Rosetta or Mars Express. The concept would feature full redundancy for engineering functions, 3-axis stabilized pointing, Solar power with batteries for peak power management, bi-propellant chemical propulsion, a large high gain antenna (HGA), and X-band transponders for tracking, telemetry and Ka-band precision Doppler measurements. Radiation shielding will be used to reduce radiation levels for electronic components and assemblies.

System Mass

* Launch Mass Capability, 4362 kg
* Launch Vehicle Adapter, 190 kg
* Flight System Mass (CBE), 957 kg
* Propellant (for 3000 m/s), 2562 kg
* Remaining usable launch mass, 653 kg
(for contingency and system margin)


JEO:

http://opfm.jpl.nasa.gov/images/jeoscraft.jpg

Mission Overview

JEO launches in February 2020 on an Atlas V 551 and, using a ballistic trajectory with Venus-Earth-Earth gravity assists (VEEGA), arrives at Jupiter in December 2025. Jupiter Orbit Insertion (JOI) begins a 30 month Jovian system tour followed by a 9 month science mapping phase after Europa Orbit Insertion (EOI) in July 2028. The orbiter will ultimately impact the surface of Europa after succumbing to radiation damage or running out of orbit maintenance fuel. Highlights of the Jovian tour and Europa mapping phase include:

- Jovian Tour

* 4 Io encounters, including a volcanic plume flythrough!
* 6 Europa encounters before EOI
* 6 Ganymede encounters, extensively exploring Ganymede’s magnetosphere
* 9 Callisto encounters, at least one near-polar
* Continuous magnetospheric monitoring, regular monitoring of Io and Jupiter’s atmosphere

- Europa Mapping

* Circular 200 km altitude orbit
o 95° – 100° inclination
o 2 – 4 pm local solar time
* Transfer to 100 km orbit ~one month after EOI

Flight System Overview

The JEO flight system is comparable in size and complexity to other spacecraft for similar missions such as Cassini or MRO. The concept would feature full redundancy for engineering functions, 3-axis stabilized pointing, a radio-isotope power source (RPS) with batteries for peak power management, bi-propellant chemical propulsion, a large gimbaled high gain antenna (HGA), and X-band and Ka-band transponders for tracking, telemetry and precision Doppler measurements. Radiation hardened electronics would be used throughout with shielding used to further reduce radiation levels for electronic components and assemblies. Remote sensing instruments are mounted and aligned to accommodate continuous nadir pointing in the Europa science orbit.

System Mass

* Launch Mass Capability, 5040 kg
* Launch Vehicle Adapter, 123 kg
* Flight System Mass, 1367 kg
* Propellant (for 2260 m/s), 2646 kg
* Remaining usable launch mass, 973 kg (for contingency and system margin)

- Titan Saturn System Mission (TSSM) (http://opfm.jpl.nasa.gov/titansaturnsystemmissiontssm/)

http://opfm.jpl.nasa.gov/files/missiontimelin800.jpg

La missione prevede un' unica sonda realizzata dalla NASA a cui vanno ad aggiungersi una mongolfiera e un lander dedicati all'esplorazione di Titano. Dopo un tour di 2 anni del sistema di lune di Saturno la sonda entrerà in orbita intorno a Titano grazie ad un aereofrenata nella sua atmosfera.

TSSM Orbiter:

http://opfm.jpl.nasa.gov/images/orbiterlarge600.jpg

The orbiter is a three-axis-stabilized spacecraft. The flight system includes an articulated 4 meter high gain antenna using 35-watt RF Ka-band traveling-wave-tube amplifiers for high-rate science data downlink. Accommodation is provided for the two in situ elements (the montgolfière and the lake lander) at attach points along the body of the spacecraft. Five radisotope power systems (either advanced Stirling radioisotope generators or multi-mission radioisotope thermoelectric generators) would power the spacecraft, providing about 540 watts of electrical power at end of mission. The launch mass of the flight system, including the full ESA in situ payload and contingency, is 6187 kilograms with respect to the Atlas V 551 capability of 6259 kilograms to the required launch energy.

Montgolfiere In Situ Element:

http://opfm.jpl.nasa.gov/images/titan-balloon-scene-300.jpg


ESA will provide the montgolfière hot air balloon for exploration of Titan from a nominal altitude of 10,000 meters. Buoyancy would be provided by the thermal output of an integral multi-mission radioisotope thermoelectric generator, enabling the montgolfière to circle the globe over the course of its mission, drifting with Titan’s winds to provide atmospheric and surface science data.


* Balloon: 10.5 m diameter (~130 kg); heating by MMRTG
* Balloon to be provided by CNES
* Gondola: 144 kg, incl. 21.5 kg instrumentation
* Power generation by MMRTG (100 Wel)
* Floating altitude 10 km; only altitude control
* Prime mission 6 months (+6 months extended)
* At least one Titan circumnavigation

Lander In Situ Element:

http://opfm.jpl.nasa.gov/images/titanlander-lake-scene-300.jpg

ESA will provide the lake lander which will capture detailed atmospheric measurements during descent and surface analysis while floating on a Titan lake. The battery-powered lander would be targeted to Kraken Mare, one of two large methane seas discovered by Cassini at Titan’s high northern latitudes.

* Landed mass 85 kg, including 23 kg instrumentation
* Target: Kraken Mare (72°N)—floating capability
* Battery powered
* Lifetime: 6 hours descent and 3 hours on surface
* Delivery on 2nd Titan flyby—orbiter in close vicinity


Non sono escluse collaborazioni con JAXA o altre agenzie spaziali che permetterebbero di aggiungere nuovi elementi alle 2 missioni: la questione principale è se queste agenzie hanno il budget (le missioni nella parte esterna del sistema solare sono decisamente costose) e la volontà di partecipare.

[Rand]

Dal mio punto di vista non esperto tutte e due le missioni sono notevoli: i satelliti di Giove sono poco studiati (Europa è decisamente interessante col suo oceano sotto la superficie), ma anche una mongolfiera su Titano non è male :D

[Mixmar]

Dal mio punto di vista non esperto tutte e due le missioni sono notevoli: i satelliti di Giove sono poco studiati (Europa è decisamente interessante col suo oceano sotto la superficie), ma anche una mongolfiera su Titano non è male :D

Quotone. :O

[Rand]

E' stata scelta la missione verso Giove:

NASA announced this morning the results of last week's meeting to determine which of two proposed flagship missions, one to study the Jupiter system including Europa and Ganymede, and the other to study Titan, should proceed forward. The result:

"National Aeronautics and Space Administration and European Space Agency officials decided to continue pursuing studies of a mission to Jupiter and its four largest moons, and to plan for another potential mission to visit Saturn's largest moon Titan and Enceladus."

Huh? What this meant wasn't immediately obvious to me -- in this sentence, it's a nuanced distinction, but later in the announcement it becomes clear that Jupiter is the mission that's going forward because it "was the most technically feasible to do first," but they still like the Titan mission so "both missions should move forward for further study and implementation."

The Jupiter mission will be a cooperative one between NASA and ESA. It is to consist of two separately launched orbiters, departing Earth in 2020 and arriving at the Jupiter system in 2026. NASA will build a Europa orbiter, and ESA will build a Ganymede orbiter.

[Xile]

La Nasa e la ESA daranno precedenza allo studio di Europa e Ganimede, lune di Giove, mettendo da parte le ricerche su Titano, il satellite più grande di Saturno.

Qualche tempo fa la NASA e l'ESA, l'agenzia europea dello spazio, avevano annunciato i loro progetti congiunti per due missioni, naturalmente senza equipaggio umano a bordo, dirette verso il sistema di Giove e verso quello di Saturno.

La Europa Jupiter System Mission servirà a raggiungere il quinto (e più grande) pianeta del nostro sistema solare, attorno a cui ruotano ben 63 satelliti (47 dei quali hanno un diametro inferiore ai 9 chilometri, tanto che fino al 1999 si riteneva fossero solo 16). L'obiettivo è mettere in orbita satelliti artificiali intorno alle due lune di Giove, Europa e Ganimede, per studiare la magnetosfera del pianeta e le interazioni con le sue lune.

L'obbiettivo della Titan Saturn System Mission era invece quello di raggiungere il sesto pianeta del sistema solare e mettere in orbita un satellite intorno a Titano, che non solo è la luna più grande a ruotare intorno a Saturno (i satelliti naturali sarebbero almeno 60), ma è più grande persino di Plutone e di Mercurio e seconda sola a Ganimede per dimensioni. Lo studio principale era rivolto proprio a Titano e alla sua atmosfera ricca di metano, così densa da non permettere l'osservazione della superficie.

La NASA, dato che era necessario, a livello di risorse, fare una scelta, ha deciso di favorire il sistema gioviano a quello di saturno. La missione prevede il lancio di due sonde nel 2020 e il loro arrivo nel 2026, con la previsione di un periodo di grande attività per i tre anni sucessivi.

La prima sonda, quella della NASA, si occuperà di Europa, quarta luna per dimensioni e in orbita a circa 1 milione di km dal pianeta, che sembrerebbe possedere un oceano di acqua allo stato liquido al di sotto della sua crosta ghiacciata e una tenue atmosfera di ossigeno. Dato che l'oceano sarebbe a contatto con la roccia sottostante, potrebbero esserci le condizioni per i nutrienti necessari alla vita, come è accaduto sulla Terra.

L'altra sonda, dell'ESA, raggiungerà l'orbita di Ganimede, che, oltre ad essere la luna più grande del sistema solare, è anche l'unica a generare il proprio campo magnetico.

La decisione della Nasa di preferire Giove a Saturno è il primo passo di un lungo cammino: anche se verranno spesi prossimamante 10 miliardi di dollari per lo sviluppo della missione, i fondi rimangono limitati e non confermati completamente. Anche sul fronte dell'ESA non è detto che venga preferita la sonda per Ganimede rispetto ai progetti di un nuovo telescopio a raggi X da mettere in orbita e al rilevatore di onde gravitazionali LISA.

L'ultima missione ad aver esplorato Giove è stata quella della sonda Galileo dal 1995 al 2003, anche se alcuni problemi le impedirono di inviare tutte le immagini che avrebbe potuto mandare. La sonda della NASA sarebbe in grado di realizzare immagini con una risoluzione sei volte maggiore e di produrre 3000 volte più dati, tra cui quelli necessari a capire se gli eventuali oceani di Europa ricevano luce diretta dal sole e quindi potenzialmente possano ospitare la vita. Se tale possiblità venisse confermata, il passo sucessivo sarebbe quello di una sonda subacquea.

La missione su Titano non verrà però abbandonata, almeno a livello di studio, anche se dovrà attendere il suo turno.

Link (http://www.fantascienza.com/magazine/notizie/12012/la-missione-verso-giove-batte-quella-verso-saturno/)

[SaettaC]

85kg di peso, 23kg di strumentazione, per un "floater" che dura solo 3 ore? :eek:
Che tipo di dati è in grado di raccogliere, che valgano questo? :)

[Rand]

85kg di peso, 23kg di strumentazione, per un "floater" che dura solo 3 ore? :eek:

Senza un RTG o pannelli solari (troppo lontano dal sole), rimangono le batterie, che hanno una durata limitata..

Che tipo di dati è in grado di raccogliere, che valgano questo? :)

Sono in periodo di esami e quindi non ho tempo/voglia di guardarci personalmente, ma sui pdf disponibili sul sito della missione c'è scritto di sicuro. In generale:

ESA will provide the lake lander which will capture detailed atmospheric measurements during descent and surface analysis while floating on a Titan lake.

[Rand]

Qualche informazione sulla missione (e su Europa):

Ted Stryk: Europa Jupiter System Mission Colloquium (http://www.planetary.org/blog/article/00001911/)

On April 9, the University of Tennessee's Earth and Planetary Sciences department hosted a colloquium led by Bob Pappalardo of JPL to discuss the recently selected Europa Jupiter System Mission (EJSM). Pappalardo began by discussing our current, post-Galileo understanding of Europa. It is thought that the current ice shell is 60-100 million years old. Due to a small amount of torque applied to the Jupiter-facing side at its closest point in its orbit [caused by tidal forces from Jupiter], the outer shell rotates at a slightly asynchronous rate (a ballpark number given was one extra rotation for every 10^6 orbits). This conclusion is based on observations of the positions and orientations of linear features on Europa; the stresses on the ice crust that made those linear features seem consistent with Europa having picked up about a third of a rotation since the ice shell formed.

Based on the topography of the surface, it is assumed that the ice shell is 20-30 kilometers thick. In some places, it is capped by an extremely brittle layer near the surface, while it is much more malleable below due to warmer temperatures. The mottled "chaos" regions may be where this process has reached the surface. The red coloring is likely due to small amounts of sulfur dioxide (SO2).

The radar on the proposed Europa orbiter should be able to penetrate the hard, brittle surface layers of ice and map out the layer of ice below. Unfortunately, these softer regions are more opaque to radar than are the brittle outer regions, so it may not be able to see down into the actual ocean. However, if some of the "thin ice" models that some scientists favor prove correct, and the ice shell is only 2-3 km thick, then the radar system should see right through it. So, in other words, it should settle the thick ice vs. thin ice debate once and for all. However, some of the thick ice models allow for some small thin patches in the ice shell, which means that even with a thick shell we might have some "windows" through which to look directly into the ocean. Pappalardo stressed that if they had to cut the payload to just one instrument (not that this is being considered – he was trying to make a point), it would be the radar.

The imaging system is also impressive. It will obtain global multispectral coverage in stereo at 100 meters per pixel. It will have a high resolution camera with a resolution from orbit of 10 meters per pixel, plus a strip down the center at 1 meter per pixel. The plan is to design a system that could function as a framing camera during the early part of the mission, during which it is conducting flybys of Jupiter's moons. However, in orbit it will act as a linear array, using orbital motion to scan the surface of Europa. [For context, Cassini and Galileo were both designed with framing cameras because all their moon encounters were flybys, which image geometry changing rapidly. Examples of linear array cameras include Mars Orbiter Camera on Mars Global Surveyor and HiRISE on Mars Reconnaissance Orbiter -- it's a much better choice for an orbiting mission. --ESL]

Given that the audience included a number of geologists, some interesting questions came up. First of all, several people noted that the features attributed to pulling apart due to tension don't have corresponding compression features elsewhere on the moon. Pappalardo acknowledged that this is an ongoing problem, although our global coverage of Europa isn't good enough to be sure that the compression features don't exist. Another issue that geologists noted was that some of the magnetometer observations attributed to an induced magnetic field via the global ocean may actually be due to piezoelectric forces (electricity generated when mechanical force is applied) from tidal strains on the rocky interior.

All in all, it was a very interesting and informative presentation. Pappalardo was headed to Vienna, Austria, to go to a meeting on planetary protection requirements for the mission. It will be interesting to see how planning unfolds in the coming months, as the process by which people can propose instruments will be starting this summer.

[Rand]

Intervista (http://news.bbc.co.uk/2/hi/science/nature/8537992.stm) al Dr. Dr Robert Pappalardo del JPL sulle motivazioni (scientifiche) alla base della Europa Jupiter System Mission.

[Marko91]

Fantastico!
Per l'area progetto sto spulciando la missione Galileo (sto leggendo il libro Mission to Jupiter): affascinante!
Peccato solo per i tempi, ancora 16 anni di attesa. Speravo anche in un modulo di discesa su Europa, ma probabilmente l'impresa è oltre le nostre attuali possibilità (bucare una crosta di ghiaccio di 30 km di spessore non è poco!)
Chissà cosa potrebbero fare le agenzie spaziali con un budget più cospicuo..

[El_Camino]

quanto ci vuole per arrivare là?

[Rand]

quanto ci vuole per arrivare là?

Dipende da quanto va veloce la sonda, ma con un trasferimento diretto (niente flyby di altri pianeti, finestra di lancio ottimale) circa 13-18 mesi (rispettivamente il tempo che ha impiegato New Horizons e quello delle sonde Voyager).