Миссия по изучению признаков жизни на спутниках Юпитера

Научный сотрудник доктор Бабак Бахит приступил к реализации одного из своих самых сложных проектов на сегодняшний день — участию в миссии Европейского космического агентства (ЕКА) по исследованию ледяных спутников Юпитера (JUICE).

В настоящее время космический аппарат находится на пути к орбите Юпитера и исследует три ледяных спутника планеты - Ганимед, Каллисто и Европу — с помощью набора инструментов дистанционного зондирования, геофизических и натурных исследований. Он должен достичь Юпитера в июле 2031 года, после чего совершит полеты к Венере (август 2025 года), Земле (сентябрь 2026 года) и снова к Земле (январь 2029 года).

Ожидается, что под их замерзшими поверхностями находится внеземная жидкая вода, которая представляет значительный интерес как ключевая предпосылка для внеземной жизни. Космический аппарат также исследует сложную окружающую среду Юпитера и его систему (атмосферу, кольцевую систему и магнитное поле) в качестве модели для других газовых гигантов нашей Солнечной системы — Сатурна, Урана и Нептуна.

Доктор Бахит, сотрудник группы электронных устройств и материалов инженерного факультета, отвечал за нанесение защитного покрытия на самые современные датчики, входящие в состав прибора radio and plasma wave instrument (RPWI). RPWI состоит из четырех ленгмюровских зондов диаметром 10 см для исследования атмосферы вокруг ледяных спутников Юпитера.

Каждый зонд установлен на конце трехметровых выдвижных штанг, что позволяет ему выдвигаться из корпуса космического аппарата.

Эти зонды, которые будут определять характеристики плазмы и измерять радиоизлучение, изготовлены из титанового сплава класса 5 и имеют сферическую форму, напоминающую яичную скорлупу, и толщину 400 микрон. Внутри сфер находятся элементы резисторно-конденсаторной схемы.

"Чтобы сделать зонды Ленгмюра достаточно чувствительными для обнаружения широкого диапазона частот и электрических зарядов (как электронов, так и ионов), было необходимо покрыть их специальными слоями", - сказал доктор Бахит. "На самом деле, во время этой миссии покрытия должны были быть чрезвычайно чувствительными к электрическим зарядам и способными выдерживать суровые условия, такие как экстремальные погодные условия, температура и радиация".

Он добавил: "Покрытия должны были обладать отличными электрическими характеристиками, стойкостью к высоким температурам, химической инертностью, оптическими свойствами и адгезией, а также высокой чувствительностью к изменениям плотности плазмы, сверхнизкой шероховатостью поверхности и чувствительностью к загрязнениям. Такое сочетание свойств требовало, чтобы покрытия были изготовлены из особого материала с точным составом и наноструктурой."

Сплавы на основе нитрида титана и алюминия (TiAlN) были получены с помощью магнетронного распыления — контролируемого и воспроизводимого процесса физического осаждения из газовой фазы. Однако нанесение покрытий методом распыления на такие большие сферы оказалось непростой задачей.

"В ходе этого проекта мы столкнулись с рядом проблем", - сказал доктор Бахит. "Прежде всего, форма и размер зондов не подходили для обычных систем распыления. Мы использовали систему распыления промышленного масштаба и переработали внутреннюю часть камеры для выращивания. Мы разработали конструкцию, напоминающую карусель, с двумя направляющими, которая позволяет сферам свободно вращаться в процессе нанесения, что приводит к равномерному нанесению покрытия".

"Другой неожиданной проблемой было сильное образование дуги во время роста. Чтобы преодолеть проблему нежелательного разряда, возникающего на поверхности сфер, был использован специальный подход с оптимизированной плотностью электрического заряда", - добавил он.

RPWI на борту космического аппарата подробно описан в статье, опубликованной в журнале Space Science Reviews. Более подробную информацию можно также найти на веб-сайте ЕКА для научного сообщества JUICE.

Размышляя о своей миссии, доктор Бахит сказал: "Я участвовал в нескольких проектах в сотрудничестве с партнерами как из научных кругов, так и из промышленности. Следует признать, что миссия JUICE была самой сложной, но в то же время самой важной и захватывающей. Это была прекрасная возможность внести свой вклад в такой крупный космический проект, и я с нетерпением жду любого открытия жизни на Юпитере. Я рад, что мой вклад также был отмечен престижным сертификатом от ЕКА".

Источник