thumb|Sonda Juno podczas przygotowań przedstartowych thumb|Rozmieszczenie instrumentów naukowych sondy Juno Juno – bezzałogowa sonda kosmiczna amerykańskiej agencji kosmicznej NASA. Sztuczny satelita Jowisza. Juno jest drugą misją realizowaną w ramach programu New Frontiers. Głównym zadaniem misji jest zrozumienie pochodzenia i ewolucji Jowisza, co poprawi wiedzę na temat fundamentalnych procesów formowania i wczesnej ewolucji Układu Słonecznego.

Sonda Juno została wystrzelona 5 sierpnia 2011 przez rakietę nośną Atlas V (konfiguracja 551) i wprowadzona na orbitę heliocentryczną. Po ponad dwóch latach lotu ponownie zbliżyła się do Ziemi, żeby wykorzystać jej asystę grawitacyjną. 5 lipca 2016, po prawie pięciu latach lotu, Juno wykonała manewr wejścia na orbitę polarną wokół Jowisza. Sonda miała prowadzić obserwacje planety do lipca 2021. Misję sondy przedłużono do września 2025. Na jej zakończenie planowana jest deorbitacja i spalenie sondy w atmosferze Jowisza.

Cele naukowe misji Misja poświęcona jest badaniom składu i struktury atmosfery, pomiarom pola magnetycznego, pola grawitacyjnego oraz magnetosfery Jowisza.

Skład atmosfery – zbadanie procesu formowania i pochodzenia atmosfery Jowisza oraz możliwego procesu migracji planet dzięki wykonaniu pomiarów globalnej obfitości wody i amoniaku: pomiar globalnego stosunku tlenu do wodoru (obfitość wody) w atmosferze; pomiar globalnego stosunku azotu do wodoru (obfitość amoniaku) w atmosferze. Struktura atmosfery – zbadanie zmienności w głębokich warstwach atmosfery Jowisza związanej z warunkami meteorologicznymi, składem, profilami temperatury, nieprzezroczystością obłoków i dynamiką atmosfery: określenie stopnia nieprzezroczystości dla mikrofal (microwave opacity) jako funkcji szerokości planetograficznej i wysokości (ciśnienia); określenie głębokości obłoków i struktur atmosfery jak strefy, pasy i plamy oraz wykonanie map dynamicznej zmienności obfitości amoniaku i wody; scharakteryzowanie stopnia nieprzezroczystości dla mikrofal polarnych rejonów atmosfery. Pole magnetyczne – zbadanie drobnych struktur w polu magnetycznym Jowisza, dostarczenie informacji na temat jego wewnętrznej struktury oraz natury dynama: wykonanie globalnych map pola magnetycznego Jowisza przez bezpośrednie pomiary pola w bliskich odległościach radialnych; określenie spektrum magnetycznego pola dostarczającego informacji o promieniu jądra dynama; obserwacja zmienności długookresowej pola magnetycznego. Pole grawitacyjne – zbadanie dystrybucji masy wewnątrz planety: dostarczenie ograniczeń na masę jądra planety dzięki określeniu pola grawitacyjnego; detekcja odśrodkowej odpowiedzi planety na własną rotację różnicową (wiatry) na głębokościach o ciśnieniu kilobarów i większej; zbadanie odpowiedzi na pływy wywołane przez księżyce Jowisza. Magnetosfera biegunowa – zbadanie trójwymiarowej struktury magnetosfery w obszarach biegunowych i obserwacja zórz polarnych: zbadanie podstawowych procesów zorzowych odpowiedzialnych za przyspieszanie cząstek; scharakteryzowanie zorientowanych zgodnie z polem (field-aligned) prądów przekazujących moment pędu z Jowisza do jego magnetosfery; zidentyfikowanie i scharakteryzowanie zorzowych emisji fal radiowych i plazmowych związanych z przyspieszaniem cząstek; scharakteryzowanie natury, lokalizacji i skali przestrzennej struktur zorzowych.

Konstrukcja sondy Kadłub sondy ma kształt graniastosłupa sześciokątnego o wymiarach 3,5 m × 3,5 m. Jego konstrukcja wykonana jest głównie z materiałów kompozytowych. Większość instrumentów naukowych została umieszczona na górnym i dolnym panelu kadłuba. Jedynie magnetometr znajduje się poza zasadniczą jednostką sondy, na panelu słonecznym. Większość awioniki sondy i elektroniki instrumentów została umieszczona wewnątrz wykonanej z tytanu ochronnej konstrukcji, tzw. „skarbca”, o wymiarach 0,8 × 0,8 × 0,6 m i masie około 150 kg, którego ściany mają grubość 1 cm. Znajduje się on na szczycie górnego pokładu kadłuba, pod anteną główną. Znacząco zmniejsza on narażenie znajdującej się wewnątrz elektroniki na promieniowanie jonizujące, do maksimum 25 krad, podczas gdy wnętrze kadłuba jest narażone na dawkę około 11 Mrad. W skład systemu sterowania (Command and Data Handling) wchodzi procesor RAD750 z 256 MB pamięci flash i 128 MB pamięci DRAM. Całkowita masa sondy przy starcie wynosiła 3625 kg, w tym masa konstrukcji 1593 kg i masa materiałów pędnych 2032 kg (1280 kg paliwa i 752 kg utleniacza).

Juno jest pierwszą sondą badającą Jowisza, dla której źródłem energii elektrycznej są ogniwa słoneczne. Muszą one sprawnie pracować w warunkach niskiego natężenia promieniowania słonecznego, wynoszącego 3,4% natężenia na orbicie Ziemi, w niskich temperaturach sięgających do -140 °C i przy wysokich poziomach promieniowania jonizującego. Trzy skrzydła paneli fotowoltaicznych są umieszczone promieniście wokół kadłuba. Każde ze skrzydeł ma wymiary 8,9 × 2,65 m. Dwa ze skrzydeł składają się z 4 paneli ogniw każda. Ostatnie skrzydło ma 3 panele, natomiast miejsce ostatniego panelu zajmuje konstrukcja magnetometru. Wykonane z arsenku galu ogniwa, w łącznej liczbie 18 698 komórek, były w stanie dostarczać w okolicy orbity Ziemi energii o mocy około 14 kW, która po wejściu na orbitę wokół Jowisza spadła do około 460 W, a pod koniec misji wyniesie około 410 W. Od startu aż do końca misji panele będą pozostawać stale oświetlone przez Słońce, z wyjątkiem kilkunastu minut podczas przelotu obok Ziemi. Dwie baterie litowo-jonowe, o pojemności 55 amperogodzin, dostarczają energii, gdy panele nie są oświetlone. Ogniwa słoneczne dla Juno powstały w zakładach Spectrolab Inc. należących do koncernu Boeing.

System napędowy sondy składa się z dwóch układów – na dwuskładnikowy i jednoskładnikowy materiał pędny. Silnik główny Leros-1b wykorzystujący dwuskładnikowy materiał pędny (tetratlenek diazotu i hydrazynę) ma ciąg 662 N i impuls właściwy 318,6 s. Ruchoma osłona chroni jego dyszę przed uderzeniami cząstek pyłu. Używany był do największych manewrów podczas misji. Po wejściu na orbitę wstępną wokół Jowisza wystąpiły problemy z zaworami helu w systemie paliwowym silnika głównego i zrezygnowano z jego dalszego używania. System na jednoskładnikowy materiał pędny wykorzystuje hydrazynę służącą do zasilania 12 silników korekcyjnych, które rozmieszczone są w czterech przymocowanych do kadłuba zestawach silnikowych – po dwa na górnym i dolnym pokładzie. Każdy z silników korekcyjnych ma ciąg 4,5 N. Służą one do kontroli położenia sondy i wykonywania większości manewrów korekcyjnych.

Do łączności z Ziemią, przez większą część misji, używana jest antena o wysokim zysku (High-Gain Antenna, HGA) o średnicy 2,5 m, z nadajnikiem o mocy 25 W pracującym w paśmie X na częstotliwości 8,4 GHz (o zysku 43 dBi) i odbiornikiem na częstotliwości 7,1 GHz (o zysku 41,5 dBi). Poza łącznością z Ziemią antena główna wykorzystywana jest w pasmach Ka i X przez radiowy eksperyment pomiarów pola grawitacyjnego. Juno posiada także przednią antenę o średnim zysku (MGA), dwie anteny – przednią (FLGA) i tylną (ALGA) – o niskim zysku oraz dodatkowo antenę toroidalną o niskim zysku (TLGA). Na Ziemi łączność z sondą utrzymuje sieć Deep Space Network, z antenami o średnicach 34 i 70 m.

Sonda jest stabilizowana obrotowo. Prędkość wirowania zmienia się w zależności od fazy misji: 1 obrót na minutę podczas biernej fazy lotu, 2 obroty na minutę podczas prowadzenia obserwacji naukowych i 5 obrotów na minutę podczas manewrów z użyciem silnika głównego. Wirowanie nadaje sondzie stabilność oraz umożliwia przemiatanie Jowisza przez pole widzenia instrumentów.

Instrumenty naukowe sondy Cele misji zostaną zrealizowane przy użyciu 29 czujników dostarczających danych do 9 instrumentów na pokładzie sondy. 8 z tych instrumentów składa się na ładunek naukowy, natomiast kamera JunoCam traktowana jest jako dodatkowy instrument przeznaczony dla celów edukacji i oświaty publicznej.

InstrumentIlustracjaOpis instrumentu Wykonawca i kierownik instrumentu Gravity Science – eksperyment pomiarów pola grawitacyjnegocenter|100px System telekomunikacyjny sondy: transpondery sondy w paśmie Ka i paśmie X. Systemy odbiorcze sieci Deep Space Network na Ziemi. Wykonawcy: Agenzia Spaziale Italiana (translator pasma Ka); NASA Jet Propulsion Laboratory w Pasadenie (transponder pasma X) Kierownik: William Folkner z NASA Jet Propulsion Laboratory Magnetometer (MAG) – magnetometrcenter|100px Dwa trójosiowe magnetometry transduktorowe na szczycie skrzydła paneli słonecznych, w odległości 10 i 12 m od centrum sondy. Advanced Stellar Compass (ASC) – szukacze gwiazd (4 kamery CCD) dostarczające dokładnych danych o orientacji sondy w przestrzeni. Wykonawcy: NASA Goddard Space Flight Center w Greenbelt, Maryland (magnetometry); Danmarks Tekniske Universitet w Kongens Lyngby, Dania (Advanced Stellar Compass) Kierownik: John Connerney z NASA Goddard Space Flight Center Microwave Radiometer (MWR) – radiometr mikrofal center|100px 6 radiometrów, każdy z oddzielną anteną. Pomiary w zakresie fal o częstotliwości 0,6–22 GHz (o długości 1,37–50 cm) – odbiorniki o centralnych częstotliwościach: 0,6; 1,25; 2,6; 5,2; 10 i 22 GHz. Sondowanie głębokich warstw atmosfery planety do poziomu ciśnienia około 1000 barów (do głębokości około 550 km). Wykonawca: NASA Jet Propulsion Laboratory Kierownik: Michael Janssen z NASA Jet Propulsion Laboratory Jupiter Energetic Particle Detector Instrument (JEDI) – detektor cząstek energetycznychcenter|100px 3 identyczne detektory cząstek ze spektrometrami mas time-of-flight. Pomiary jonów w zakresie energii 10 keV – 8 MeV i elektronów w zakresie energii 25–800 keV. Wykonawca: Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory w Laurel, Maryland Kierownik: Barry Mauk z Johns Hopkins University/Applied Physics Laboratory Jovian Auroral Distributions Experiment (JADE) – instrument do badania rozkładu zórz polarnychcenter|100px Zestaw detektorów złożony z 3 analizatorów elektronów i spektrometru masowego jonów. Pomiary elektronów (w zakresie energii 100 eV – 95 keV) oraz jonów wodoru, helu, tlenu i siarki o niskiej energii (10 eV – 46 keV). Wykonawca: Southwest Research Institute w San Antonio, Teksas Kierownik: Phil Valek z Southwest Research Institute Waves – odbiornik fal radiowych i plazmowychcenter|100px Elektryczna antena dipolowa i magnetyczna antena cewkowa wraz z odbiornikami. Pomiary pól elektrycznych i pól magnetycznych związanych z emisją fal radiowych i plazmowych w obszarach polarnych magnetosfery Jowisza, w zakresie częstotliwości od 50 Hz do ∼40MHz. Wykonawca: University of Iowa w Iowa City Kierownik: William Kurth z University of Iowa Ultraviolet Imaging Spectrograph (UVS) – spektrograf obrazujący w ultrafioleciecenter|100px Spektrograf obrazujący w zakresie długości fal 68–210 nm. Obrazowanie i pomiary spektralne w ultrafiolecie obszarów emisji zorzowej. Wykonawca: Southwest Research Institute w San Antonio, Teksas Kierownik: Randy Gladstone z Southwest Research Institute Jovian Infrared Auroral Mapper (JIRAM) – instrument obrazujący w podczerwienicenter|100px Kamera podczerwieni i spektrometr podczerwieni. Pomiary w zakresie długości fal 2,0–5,0 μm. Obrazowanie i sondowanie obszarów zorzowych i górnych warstw atmosfery Jowisza do poziomu ciśnienia 5–7 barów (na głębokości 50–70 km). Wykonawcy: Istituto Nazionale di Astrofisica w Mediolanie; Selex-Galileo Avionica Kierownik: Alberto Adriani z Istituto Nazionale di Astrofisica JunoCam – kameracenter|100px Kamera szerokokątna z 4 filtrami barwnymi: 420–520 nm (niebieski), 500–600 nm (zielony), 600–800 nm (czerwony) i 878–899 nm (pasmo absorpcji metanu). Obrazy tworzone przez przemiatanie pola widzenia podczas wirowania sondy. Rozdzielczość 1600 × 4800 pikseli (w pasmie metanu 800 × 2400 pikseli). Zdolność rozdzielcza 673 μrad/piksel (od około 3 km/piksel na poziomie powierzchni chmur planety w peryapsis do 1800 km/piksel w apoapsis).