Die Vorbereitung der Juice-Mission zum Jupiter beinhaltete Tests für alle möglichen Eventualitäten bis hin zum kleinsten Maßstab. Diese mikroskopische Ansicht zeigt Oberflächenschäden an einer winzigen silbernen Verbindungsleitung, nachdem sie erosivem atomarem Sauerstoff ausgesetzt war, von dem bekannt ist, dass er um den Jupitermond Ganymed herum gefunden wird.
Der Jupiter Icy Moons Explorer der ESA, Juice, soll am 13. April starten und eine achtjährige Reise zum größten Planeten des Sonnensystems antreten. Er wird dreieinhalb Jahre im Jupitersystem und in der letzten Phase seiner Erkundung verbringen wird in eine Umlaufbahn um Ganymed, den größten Jupitermond, einschwenken.
Frühere Beobachtungen des Hubble-Weltraumteleskops haben jedoch das Leuchten der Polarlichter um Ganymed aufgrund des Vorhandenseins von „atomarem Sauerstoff“ gezeigt – einzelne Sauerstoffatome an den Rändern der spärlichen Atmosphäre des Mondes, das Ergebnis des Zerbrechens von Standard-Sauerstoffmolekülen durch die Mächtigen Strahlungsgürtel um Jupiter.
Der ESA-Materialingenieur Adrian Tighe erklärt: „Atomischer Sauerstoff wird auch im Erdorbit erlebt, da Sauerstoffmoleküle durch die ultraviolette Strahlung der Sonne dissoziiert werden, und alle erdumkreisenden Missionen unter etwa 1000 km Höhe sind darauf ausgelegt, ihm zu widerstehen Daher musste das Juice-Team wissen, dass anfällige Materialien dem atomaren Sauerstoff standhalten können, auf den das Raumschiff in der Phase der elliptischen Ganymed-Umlaufbahn der Mission treffen würde.
Dieser Test konzentrierte sich auf Silberverbindungen, die in den Juice-Solar-Arrays verwendet werden – Verbindungen, die nur wenige Zehntel Tausendstel Millimeter dick sind – und untersuchte ihre Anfälligkeit gegenüber atomarem Sauerstoff in Kombination mit „thermischen Zyklen“ bei niedrigen Temperaturen – wiederholte schnelle Temperaturänderungen. Besonders besorgniserregend war die Gefahr der Bildung von Mikrorissen im Silber, die zu einem Ausfall führen könnten.
„Silber ist eines der sehr wenigen Metalle, die anfällig für Erosion durch atomaren Sauerstoff sind“, kommentiert Sam Verstaen vom Juice-Team der ESA. „Aber Silber war auch das bevorzugte Metall für diese Juice-Verbindungen, um die magnetische Sauberkeit des Raumfahrzeugs aufrechtzuerhalten, die für den optimalen Betrieb unserer Reihe von In-situ-Wissenschaftsinstrumenten unerlässlich ist.“
Die Tests wurden in der Low Earth Orbit Facility (LEOX) des ESA-Labors für Materialien und elektrische Komponenten durchgeführt, das Teil des ESTEC-Technikzentrums der Agentur in den Niederlanden ist.
LEOX ist eine einzigartige Einrichtung in Europa und verwendet einen Laser, um molekularen Sauerstoff in atomaren Sauerstoff bei Energieniveaus zu dissoziieren, die der Umlaufgeschwindigkeit von 7,8 km/s entsprechen, um die Weltraumumgebung so genau wie möglich zu simulieren.
„Die allgemeinen Auswirkungen der Einwirkung von atomarem Sauerstoff waren deutlich an den Musterverbindern zu sehen“, fügt ESA-Materialingenieur Gabor Milassin hinzu, der die Tests durchführte. „Es wurde jedoch gezeigt, dass dies nur ein Oberflächeneffekt war, und es wurden keine größeren Risse beobachtet, die die Funktionalität der Verbindungen beeinträchtigen könnten – die Silberverbindungen könnten ein einwandfreies Gesundheitszeugnis für Ganymed erhalten.“
Das Labor arbeitete auch an zahlreichen anderen Juice-bezogenen Tests, einschließlich der Bewertung von mehrschichtiger Isolierung, Klebebändern und thermischen Kontrollbeschichtungen. Juice warf besondere Materialprobleme auf, da die Mission von der Hochtemperaturumgebung eines Venusvorbeiflugs, wo die Temperaturen über 200 °C steigen werden, in eine viel kältere Umgebung um Jupiter führen wird.