PowerEdit
Sowohl Radioisotop-thermoelektrische Generatoren (RTG) als auch Photovoltaik-Stromquellen wurden bewertet, um den Orbiter mit Strom zu versorgen. Obwohl die Sonnenenergie am Jupiter nur 4% so intensiv ist wie in der Erdumlaufbahn, wurde die Stromversorgung eines Jupiter-Orbital-Raumfahrzeugs durch Sonnenkollektoren durch die Juno-Mission demonstriert. Die Alternative zu Sonnenkollektoren war ein Multi-Mission-Radioisotop-thermoelektrischer Generator (MMRTG), der mit Plutonium-238 betrieben wurde. Die Energiequelle wurde bereits in der Mission Mars Science Laboratory (MSL) demonstriert. Es standen fünf Einheiten zur Verfügung, von denen eine für die Mars 2020-Rover-Mission reserviert war und eine andere als Backup diente. Im September 2013 wurde entschieden, dass die Solaranlage die kostengünstigere Option für die Stromversorgung des Raumfahrzeugs ist, und am 3. Oktober 2014 wurde bekannt gegeben, dass Sonnenkollektoren für die Stromversorgung von Europa Clipper ausgewählt wurden. Die Designer der Mission stellten fest, dass Solar sowohl billiger als Plutonium als auch praktisch für die Verwendung auf dem Raumschiff war. Trotz des im Vergleich zu Plutonium betriebenen Generatoren erhöhten Gewichts der Sonnenkollektoren sollte die Masse des Fahrzeugs immer noch innerhalb akzeptabler Startgrenzen liegen.Erste Analysen legen nahe, dass jedes Panel eine Oberfläche von 18 m2 (190 sq ft) hat und kontinuierlich 150 Watt produziert, wenn es auf die Sonne gerichtet ist, während es Jupiter umkreist. Im Schatten Europas werden Batterien es dem Raumschiff ermöglichen, weiterhin Daten zu sammeln. Ionisierende Strahlung kann jedoch Sonnenkollektoren beschädigen. Die Umlaufbahn des Europa Clippers wird durch Jupiters intensive Magnetosphäre verlaufen, die die Sonnenkollektoren im Verlauf der Mission allmählich abbauen wird. Die Solarmodule werden von Airbus Defence and Space, Niederlande, bereitgestellt.
Scientific payloadEdit
Die Mission Europa Clipper ist mit einer ausgeklügelten Suite von 9 Instrumenten ausgestattet, um Europas Inneres und Ozean, Geologie, Chemie und Bewohnbarkeit zu untersuchen. Die elektronischen Bauteile werden durch eine 150 kilogramm schwere Abschirmung aus Titan und Aluminium vor der intensiven Strahlung geschützt. Die Nutzlast und Flugbahn des Raumfahrzeugs können sich ändern, wenn das Missionsdesign reift. Die neun wissenschaftlichen Instrumente für den Orbiter, die im Mai 2015 angekündigt wurden, haben eine geschätzte Gesamtmasse von 82 kg (181 lb) und sind unten aufgeführt:
Europa Thermal Emission Imaging System (E-THEMIS)Bearbeiten
Das Europa Thermal Emission Imaging System wird eine hochauflösende, multispektrale Bildgebung von Europa im mittleren Infrarot- und fernen Infrarotbereich liefern, um aktive Orte wie potenzielle Öffnungen zu erkennen, die Wasserfahnen in den Weltraum ausbrechen lassen. Dieses Instrument ist abgeleitet vom Thermal Emission Imaging System (THEMIS) auf dem Mars Odyssey Orbiter 2001, das ebenfalls von Philip Christensen entwickelt wurde.
- Projektleiter: Philip Christensen, Arizona State University
Mapping Imaging Spectrometer for Europa (MISE)Bearbeiten
Das Mapping Imaging Spectrometer for Europa ist ein bildgebendes Nahinfrarotspektrometer zur Untersuchung der Oberflächenzusammensetzung von Europa, zur Identifizierung und Kartierung der Verteilung von organischen Stoffen (einschließlich Aminosäuren und Tholinen), Salzen, sauren Hydraten, Wassereisphasen und anderen Materialien. Von diesen Messungen erwarten die Wissenschaftler, dass sie die Zusammensetzung der Mondoberfläche mit der Bewohnbarkeit ihres Ozeans in Beziehung setzen können. MISE wurde in Zusammenarbeit mit dem Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory (APL) entwickelt.
- Principal investigator: Diana Blaney, Jet Propulsion Laboratory
Europa Imaging System (EIS)Edit
Das Europa Imaging System ist ein Weit- und Schmalwinkelkamerainstrument mit sichtbarem Spektrum, das den größten Teil von Europa mit einer Auflösung von 50 m (160 ft) kartieren und Bilder ausgewählter Oberflächenbereiche mit einer Auflösung von bis zu 0,5 m liefern wird.
- Projektleiter: Elizabeth Turtle, Applied Physics Laboratory
Europa Ultraviolet Spectrograph (Europa-UVS)Bearbeiten
Das Europa Ultraviolet Spectrograph-Instrument wird in der Lage sein, kleine Federn zu detektieren und wertvolle Daten über die Zusammensetzung und Dynamik der Exosphäre des Mondes zu liefern. Der Hauptforscher Kurt Retherford war Teil einer Gruppe, die mit dem Hubble-Weltraumteleskop im UV-Spektrum Federn entdeckte, die aus Europa ausbrachen.
- Projektleiter: Kurt Retherford, Southwest Research Institute
Radar für Europa-Bewertung und Sondierung: Ocean to Near-Surface (REASON)Bearbeiten
Das Radar für die Bewertung und Sondierung von Europa: Ocean to Near-Surface (REASON) ist ein Zweifrequenz-Eisradarinstrument, das die Eiskruste Europas von der oberflächennahen bis zum Ozean charakterisieren und sondieren soll, um die verborgene Struktur der Eisschale Europas und potenzielle Wassertaschen darin aufzudecken. Dieses Instrument wird vom Jet Propulsion Laboratory gebaut.
- Projektleiter: Donald Blankenship, University of Texas at Austin
Innencharakterisierung von Europa mittels Magnetometrie (ICEMAG)Bearbeiten
Die Innencharakterisierung von Europa mittels Magnetometrie (ICEMAG) wurde aufgrund von Kostenüberschreitungen eingestellt. Wird durch ein einfacheres Magnetometer ersetzt.
Plasma Instrument for Magnetic Sounding (PIMS)Bearbeiten
Das Plasma Instrument for Magnetic Sounding (PIMS) misst das uns umgebende Plasma, um die durch Plasmaströme erzeugten Magnetfelder zu charakterisieren. Diese Plasmaströme maskieren die magnetische Induktionsreaktion des unterirdischen Ozeans Europas. In Verbindung mit einem Magnetometer ist es der Schlüssel zur Bestimmung der Dicke der Eisschale Europas, der Meerestiefe und des Salzgehalts. PIMS wird auch die Mechanismen untersuchen, die für die Verwitterung und Freisetzung von Material von Europas Oberfläche in die Atmosphäre und Ionosphäre verantwortlich sind, und verstehen, wie Europa seine lokale Weltraumumgebung und Jupiters Magnetosphäre beeinflusst.
- Projektleiter: Joseph Westlake, Applied Physics Laboratory
Mass Spectrometer for Planetary Exploration (MASPEX)Bearbeiten
Das Mass Spectrometer for Planetary Exploration (MASPEX) wird die Zusammensetzung des Oberflächen- und unterirdischen Ozeans bestimmen, indem es die extrem dünne Atmosphäre Europas und alle in den Weltraum ausgestoßenen Oberflächenmaterialien misst. Jack Waite, der die Entwicklung von MASPEX leitete, war auch wissenschaftlicher Teamleiter des Ionen- und Neutralmassenspektrometers (INMS) auf Cassini.
- Projektleiter: Jim Burch, Southwest Research Institute
Surface Dust Analyzer|SUrface Dust Analyzer (SUDA)Edit
Der SUrface Dust Analyzer (SUDA) ist ein Massenspektrometer, das die Zusammensetzung kleiner fester Partikel misst, die aus Europa ausgestoßen werden, und die Möglichkeit bietet, die Oberfläche und potenzielle Federn bei Vorbeiflügen in geringer Höhe direkt zu untersuchen. Das Instrument ist in der Lage, Spuren organischer und anorganischer Verbindungen im Eis von Ejekta zu identifizieren.
- Projektleiter: Sascha Kempf, University of Colorado Boulder
Mögliche sekundäre Elementebearbeiten
Die Europa Clipper-Mission benötigte eine zusätzliche Masse von etwa 250 kg, um ein zusätzliches Flugelement zu tragen. Etwa ein Dutzend Vorschläge wurden vorgeschlagen, aber keiner ging über die Konzeptstudienphase hinaus und keiner ist für die Europa Clipper-Mission geplant. Einige davon werden als nächstes beschrieben:Da die Europa Clipper-Mission möglicherweise nicht in der Lage ist, ihre Umlaufbahn oder Höhe so zu ändern, dass sie durch die episodischen Wasserfahnen fliegt, haben Wissenschaftler und Ingenieure, die an der Mission arbeiten, den Einsatz mehrerer miniaturisierter Satelliten des CubeSat-Formats untersucht, möglicherweise angetrieben von Ionentriebwerken, um durch die Federn zu fliegen und die Bewohnbarkeit des inneren Ozeans Europas zu bewerten. Einige frühe Vorschläge umfassen Mini-MAGGIE, DARCSIDE, Sylph und CSALT. Diese Konzepte wurden für Vorstudien finanziert, aber keine wurden für die Hardwareentwicklung oder den Flug in Betracht gezogen. Der Europa Clipper hätte Signale von den Nanosatelliten zurück zur Erde weitergeleitet. Mit dem Antrieb könnten einige Nanosatelliten auch in die Umlaufbahn um Europa gelangen.
Sekundäre Orbiter
- Biosignature Explorer for Europa (BEE)
Die NASA prüfte auch die Freigabe einer zusätzlichen 250 kg (550 lb) schweren Sonde namens Biosignature Explorer for Europa (BEE), die mit einem grundlegenden Bi-Treibstoff-Motor und Kaltgas-Triebwerken ausgestattet wäre, um agiler und reaktionsfähiger auf die episodische Aktivität auf Europa zu reagieren und die Wasserfahnen auf Biosignaturen und Lebensnachweise zu untersuchen und zu analysieren, bevor sie durch Strahlung zerstört werden. Die BEE Plume-Sonde wäre mit einem bewährten Massenspektrometer in Kombination mit einer gaschromatographischen Trennung ausgestattet gewesen. Es würde auch eine ultraviolette (UV) Plume-Targeting-Kamera sowie sichtbare und Infrarotkameras tragen, um die aktive Region mit einer besseren Auflösung als die Clipper-Mutterschiff-Instrumente abzubilden. Die BEE-Sonde wäre in 2-10 km Höhe durchgeflogen, hätte dann schnell ausgestiegen und ihre Analyse weit weg von den Strahlungsgürteln durchgeführt.
- Europa Tomography Probe (ETP)
Ein europäischer Vorschlag war ein Konzept für ein unabhängiges angetriebenes Raumschiff mit einem Magnetometer, das Europa mindestens sechs Monate lang auf einer polaren Umlaufbahn umkreisen sollte. Es hätte die tiefe innere Struktur von Europa bestimmt und eine gute Bestimmung der Dicke der Eisschale und der Meerestiefe geliefert, was durch mehrere Vorbeiflüge wohl nicht genau möglich ist. Impaktorsonden Einige vorgeschlagene Impaktorsondenkonzepte umfassen die der Niederlande, und Vereinigtes Königreich. Das ELSA-Konzept (Europa Life Signature Assayer) der University of Colorado bestand aus einer Sonde, die als sekundäre Nutzlast hätte geflogen werden können. ELSA hätte mit einem kleinen Impaktor eine Wolke unterirdischer Partikel erzeugt und sie in Höhen katapultiert, in denen sie Proben hätte sammeln und an Bord analysieren können. Eine Variation dieses Konzepts ist der Ice Clipper von 1996, bei dem ein 10 kg schwerer Impaktor vom Hauptraumschiff abgeworfen wird, um Europa zu treffen, wodurch eine Trümmerwolke im nahe gelegenen Raum in etwa 100 km Höhe entsteht, die anschließend von einem kleinen Raumschiff in einem nahen Vorbeiflug abgetastet wird und Europas Gravitationskraft für eine freie Rückflugbahn nutzt. Der Sammelmechanismus wird vorläufig als Aerogel angesehen (ähnlich wie Stardust Mission).
Add-on lander History
Ein frühes Europa Clipper-Konzept erforderte die Aufnahme eines stationären Landers mit einem Durchmesser von etwa 1 Meter, vielleicht etwa 230 kg (510 lb) mit einem Maximum von 30 kg (66 lb) für Instrumente plus Treibmittel. Vorgeschlagene Instrumente waren ein Massenspektrometer und ein Raman-Spektrometer, um die Chemie der Oberfläche zu bestimmen. Der Lander sollte von der Hauptsonde nach Europa geliefert werden und möglicherweise das Sky Crane-System für eine hochpräzise, weiche Landung in der Nähe einer aktiven Gletscherspalte erfordern. Der Lander hätte etwa 10 Tage an der Oberfläche mit Batteriestrom betrieben.
Der Europa Clipper würde etwa drei Jahre brauchen, um 95% der Oberfläche von Europa mit etwa 50 Metern pro Pixel abzubilden. Mit diesen Daten könnten Wissenschaftler dann einen geeigneten Landeplatz finden. Nach einer Schätzung könnte die Einbeziehung eines Landers die Kosten der Mission um bis zu 1 Milliarde US-Dollar erhöhen.
Separater Start
Im Februar 2017 wurde festgestellt, dass die Entwicklung eines Systems, das auf einer Oberfläche landen kann, über die nur wenig bekannt ist, ein zu großes Risiko darstellt und dass der Europa Clipper den Grundstein für eine zukünftige Landemission legen wird, indem er zuerst eine detaillierte Aufklärung durchführt. Dies führte 2017 zu einem eigenständigen Missionsvorschlag: dem Lander Europa. Der NASA-Lander Europa würde, falls er finanziert wird, 2025 separat gestartet, um die Studien der Europa Clipper-Mission zu ergänzen. Wenn sie finanziert werden, können ungefähr 10 Vorschläge ausgewählt werden, um in einen Wettbewerbsprozess mit einem US $ 1 überzugehen.5 millionen Budget pro Untersuchung. Die Vorschläge des Präsidenten für den Bundeshaushalt 2018 und 2019 finanzieren den Europa-Lander nicht, aber er hat 195 Millionen US-Dollar für Konzeptstudien bereitgestellt.Das Budget der NASA für das Geschäftsjahr 2021 im Omnibus Spending Bill des Kongresses enthielt keine Sprache, die den Europa-Lander beauftragt oder finanziert, da frühere Rechnungen die Zukunft der Mission ungewiss machten.