Отслеживание солнечных пятен вблизи. Фото: Европейское космическое агентство.
Солнечный орбитальный аппарат ЕКА/НАСА приближается к ближайшей точке к Солнцу на своей нынешней орбите. Это важное время для научной деятельности миссии, и команда управления миссией ЕКА постоянно готовится к любым возможным проблемам, с которыми может столкнуться космический корабль, когда он пролетит мимо нашей активной и непредсказуемой звезды.
Управление полетом на Solar Orbiter. Приходите на солнечном орбитальном корабле…
«Это наш худший сценарий», — говорит диспетчер полета Дэниел Лейки. «Если бы на борту Solar Orbiter возникла какая-то серьезная проблема, и тогда мы не смогли бы восстановить связь».
Близкий подход Solar Orbiter к Солнцу («перигелий») — это период пика научной активности.
Для этого требуются группы управления полетом и эксперты по динамике полета в центре управления полетами ESOC ЕКА для выполнения ряда очень сложных операций.
Если во время этих действий что-то пойдет не так, космический корабль может автоматически вернуться в «безопасный режим».
В безопасном режиме программное обеспечение космического корабля перезапускается, и повторно активируются только его самые основные функции. Затем команды на Земле выясняют, что вызвало безопасный режим, решают проблему и перезапускают более совершенные системы, такие как научные инструменты.
Безопасный режим во время перигелия был бы особенно плох из-за серьезного воздействия на научную деятельность в этот напряженный период.
Solar Orbiter также имеет меньше энергии во время перигелия, поскольку из-за сильной жары ему приходится отклонять солнечные батареи от Солнца, чтобы избежать повреждений.
Космический корабль необходимо вернуть как можно быстрее, прежде чем наука будет потеряна или, что еще хуже, у него закончится энергия.
Звезды указывают путь
«Солнце настолько яркое, что даже базового солнечного датчика достаточно, чтобы гарантировать, что Solar Orbiter всегда знает, где находится солнце, и всегда может направить на него свой тепловой экран. Этот датчик активируется в безопасном режиме и защищает внутренние системы космического корабля от излучение, исходящее от нашей звезды», — говорит Лейки.
«Итак, мы знаем, что Solar Orbiter всегда будет направлен своей передней частью к Солнцу. Но чтобы определить, в какой стороне он находится, мы полагаемся на звездные трекеры».
Главный приоритет космического корабля в безопасном режиме — направить антенну связи на Землю и как можно скорее восстановить контакт.
Звездные трекеры включаются автоматически в безопасном режиме, и космический корабль использует их для распознавания определенных моделей звезд. Затем он сможет определить свою ориентацию и то, в каком направлении ему следует направить свою антенну для связи с Землей.
«Но если звездные трекеры не смогут зафиксироваться на нужных звездах или последовательность восстановления прервется до того, как их можно будет включить, Solar Orbiter не сможет узнать, где находится Земля».
Вращение под контроль
Ситуация еще более усложняется тем, что в безопасном режиме Solar Orbiter может использовать только резервную антенну связи.
Резервная антенна может перемещаться «вверх-вниз» по одной оси, но не «влево-вправо» по другой. Это предотвращает ряд потенциальных осложнений, но также означает, что весь космический корабль должен вращаться, чтобы направить антенну в определенных направлениях.
Решением является «стробирование»: если Solar Orbiter когда-либо окажется в безопасном режиме и не сможет обнаружить Землю, он начнет вращаться вокруг одной оси, сохраняя при этом свой тепловой экран безопасно направленным на Солнце.
«В режиме стробирования Solar Orbiter излучает сигнал особого «тона» — маяка во тьме космоса», — говорит Лейки.
«В конце концов, этот сигнал распространится по Земле. Как только мы обнаружим его на одной из наших наземных станций, мы сможем оценить ситуацию, выяснить, что вызвало безопасный режим, и выполнить наши операции по решению проблем и восстановлению».
Во всяком случае, это теория. За четыре года пребывания Solar Orbiter в космосе ему ни разу не приходилось полагаться на стробоскопическое восстановление, и он ни разу не испытывался в полете.
До настоящего времени.
Команды ESOC использовали недавний период низкой задержки связи с Solar Orbiter, чтобы проверить, готовы ли они справиться с настоящим стробирующим восстановлением.
«Мы начали вращать Solar Orbiter и посмотреть, сможем ли мы обнаружить маяк с помощью резервной антенны», — говорит Лейки. «Мы предварительно загрузили команды для возврата к нормальным операциям на случай, если нам не удастся его обнаружить, поэтому никакого риска для космического корабля не было».
Испытания на восстановление прошли успешно. Команды подтвердили, что они могут обнаружить аварийный маяк Solar Orbiter и определить статус космического корабля в случае безопасного режима с неисправными звездными трекерами.
Это первые жизненно важные шаги по восстановлению контроля над космическим кораблем, которые продемонстрировали готовность команды к этому критическому, но маловероятному сценарию.
«Мы также успешно протестировали нашу способность связываться со спутником в особенно сложных ситуациях, например, когда его собственный тепловой экран частично закрывает обзор Земли антенной».
Это лишь одна из сотен потенциальных проблем, которые наши команды придумывают и планируют каждый день. Миссии ЕКА являются уникальными и единственными в своем роде космическими кораблями: они могут столкнуться с проблемами, с которыми никогда не сталкивался ни один другой космический корабль.
Существует мало подобных примеров, на которых можно поучиться, и мало установленных процедур, которым следует следовать. Крайне важно протестировать наши операции по восстановлению космических кораблей в космосе, а команды на Земле отработать их, когда у них будет хорошая возможность.
«Мы никогда не перестанем думать о новых проблемах, с которыми могут столкнуться наши миссии», — говорит Лейки. «Или о том, как мы их преодолеем».
Информация от: Европейским космическим агентством
