Одно из компьютерных изображений спутника Юпитера Каллисто, которое использовалось для проверки возможностей инженерной модели Джуса в марте 2024 года. Когда в 2031 году летная модель Джуса пролетает мимо настоящей Каллисто и предлагает ученым дразнящий взгляд на загадочный, покрытый кратерами инопланетный мир, так это будет выглядеть для навигационной камеры космического корабля. Кредит: ЕКА/Airbus.
Через семь лет, в апреле 2031 года, миссия ЕКА «Сок» пролетит мимо спутника Юпитера Каллисто, предложив ученым дразнящий взгляд на загадочный, покрытый кратерами инопланетный мир.
Это может показаться далёким, но в мире эксплуатации космических кораблей начинать подготовку никогда не рано.
Команды оперативного центра миссии ESOC ЕКА в Германии недавно «обманули» инженерную модель Джуса, заставив ее думать, что она уже находится на Каллисто, чтобы проверить автономное навигационное программное обеспечение миссии.
Когда Джус прибудет на Каллисто, большая задержка связи между Землей и системой Юпитера будет означать, что он не сможет позволить себе ждать ответа от центра управления полетами, если что-то пойдет не так.
Хотя у нас есть хорошее представление о том, где будет Каллисто в апреле 2031 года, мы не знаем ее положение достаточно точно, чтобы гарантировать, что траектория Джуса пройдет через гравитационное поле Каллисто совершенно правильным образом, чтобы идеально выровнять ее для высокой точности. научные измерения.
За время, необходимое для отправки и получения сообщений между Юпитером и Землей, направление, в котором Джус указывает свои инструменты дистанционного зондирования, может отклониться настолько далеко от курса, что наука может быть упущена и это повлияет на ключевые цели миссии.
Даже крошечное несоответствие может быть ужасным для науки, поскольку некоторые инструменты Джуса нужно направлять на определенные области Каллисто с точностью до крошечной доли градуса, чтобы провести измерения.
«Нам нужно, чтобы Juice мог реагировать своими «глазами» и собственным «мозгом», — говорит Игнасио Танко, директор по производству полетов Juice. «Когда Каллисто появляется в поле зрения навигационной камеры, она должна иметь возможность идентифицировать важные объекты на поверхности Луны, поворачиваться, чтобы направить на них свои инструменты, а затем продолжать вращаться, чтобы держать их в поле зрения, пока она пролетает мимо. .»
Команды ЕКА отправляют космические корабли в новые и захватывающие места по всей Солнечной системе. Чтобы подготовиться к важным действиям, а также помочь диагностировать и решать проблемы, с которыми сталкиваются космические корабли, находящиеся за миллионы километров, они используют единственную в своем роде копию, которая остается на Земле. Эта «инженерная модель» представляет собой точную копию оборудования, программного обеспечения, электрических систем и инструментов, отправляемых в глубокий космос.
Команда Juice использовала свою инженерную модель для тестирования автономного навигационного программного обеспечения, которое позволит Juice двигаться по правильному пути в системе Юпитера.
Они «обманули» его, заставив поверить, что он находится на Каллисто, проецируя серию изображений Луны на точную копию навигационной камеры космического корабля, чтобы посмотреть, как она отреагирует.
Эти изображения с высоким разрешением, созданные с помощью компьютерной модели, изображают Каллисто в точной ориентации и фазе, в которых Джус увидит ее, когда она прибудет через семь лет.
«Это было не так просто, как заранее подготовить изображения и воспроизвести видео перед навигационной камерой», — говорит Джулио Пинзан, инженер по эксплуатации космического корабля ЕКА, который курировал эту деятельность.
«Навигационное программное обеспечение должно было реагировать на эти изображения. Если оно замечало, что оно приближается к Каллисто под неправильным углом или смотрит немного в неправильном направлении, оно должно было попытаться исправить эти ошибки без нашей помощи».
«Это означало, что вид Каллисто должен был реагировать на действия космического корабля в режиме реального времени. Мы эффективно привязали иммерсивную гарнитуру виртуальной реальности к камере Джуса и позволили ей самостоятельно перемещаться внутри этого виртуального пространства».
Команды ЕКА и Airbus, производителя Juice, выделили три дня на испытания Каллисто. Операторы космических кораблей, ученые, инженеры-механики, электрики и программисты ожидали, что проведут дни, сталкиваясь и решая проблемы, прежде чем, наконец, добятся чистого пролета, в котором Джус отреагировал именно так, как они хотели.
Чтобы сделать это испытание еще более сложным, у них не было доступа к одному из наиболее важных инструментов в наборе инструментов для управления космическим кораблем. Обычно, прежде чем проводить подобные сложные испытания физической инженерной модели космического корабля, их сначала запускают на полностью цифровом программном симуляторе космического корабля, не имеющем физических частей.
Именно здесь возникает и решается большинство проблем, а испытания физической инженерной модели проводятся только тогда, когда операторы уже имеют хорошее представление о том, чего ожидать.
«Но этот сценарий настолько сложен, что в настоящее время его невозможно смоделировать с помощью программного симулятора Juice», — говорит Джулио Пинзан. «Мы шли на это испытание совершенно вслепую».
Тем не менее, вопреки ожиданиям, команде удалось добиться успеха с первой же попытки в первый день. Навигационное программное обеспечение Juice фиксировало правильные регионы Каллисто, направляло инструменты прямо на них и безопасно поддерживало правильную траекторию во время сложного пролета.
«Мы должны особенно похвалить нашу команду Flight Dynamics», — говорит Джулио. «Их математические расчеты были точными и позволили нам совершить чистый облет с первой попытки, несмотря на отсутствие опыта, который они обычно получают от экспериментов с программным симулятором. Это было действительно потрясающе. Они удивили даже нас».
«Команда Airbus также проделала замечательную работу по подготовке инженерной модели к тесту, одновременно предоставив нам все детали, необходимые для правильной работы автономной навигационной системы».
Облет Каллисто — один из самых сложных сценариев, с которыми столкнется Джус, и один из самых сложных в настройке и реализации с помощью инженерной модели.
Модель была перевезена из Airbus во Франции в ESOC в Германии в феврале. После успешного завершения этого финального испытания он теперь полностью настроен, команды ЕКА полностью обучены тому, как его использовать, и он официально передан.
Теперь команде Juice необходимо подтвердить, что летная модель ведет себя точно так же, как и инженерная модель, проведя аналогичные испытания в космосе. Однако единственная возможность отследить крупный объект с помощью навигационной камеры Джуса появится во время его облетов планет.
Предстоящая гравитационная помощь Луны и Земли в августе этого года не является вариантом для этого испытания. Во время этого двойного пролета Джус пролетит мимо Луны, а затем менее чем через 24 часа мимо Земли, чтобы быстро последовательно украсть энергию у обоих тел. Это очень деликатный маневр, который никогда раньше не предпринимался, и все руки должны быть готовы в любой момент отреагировать на любую аномалию.
Информация от: Европейским космическим агентством
