In sciencefiction, ontdekkingsreizigers kunnen in futuristische ruimteschepen springen en in een oogwenk de halve melkweg doorkruisen. Echter, dit zet de navigatie-acrobatiek buitenspel die nodig is om het succes van een missie in het echte leven te garanderen.

in 2021, de prestatie van navigatie die de Lucy-missie is, zal worden gelanceerd. Om Lucy naar zijn doelen te sturen, hoef je niet alleen een kaart in een ruimtevaartuig te programmeren en het gasgeld te geven - het zal langs zes asteroïde doelen vliegen, elk in verschillende banen, gedurende 12 jaar.

Lucy's bestemming is een van Jupiter's Trojaanse asteroïden, clusters van rotsachtige lichamen bijna zo oud als de zon zelf, en het bezoeken van deze asteroïden kan helpen de geheimen van het vroege zonnestelsel te ontrafelen. Lucy zal in 2025 een asteroïde in de Main Belt tegenkomen, waar het een oefenrun van zijn instrumenten zal uitvoeren voordat het de eerste vier Trojaanse doelen van 2027-2028 tegenkomt. in 2033, Lucy zal haar missie beëindigen met een studie van een binair systeem van twee Trojaanse paarden die om elkaar heen draaien.

Het ruimtevaartuig krijgen waar het heen moet, is een enorme uitdaging. Het zonnestelsel is constant in beweging, en zwaartekrachten zullen te allen tijde aan Lucy trekken, vooral van de doelen die het wil bezoeken. Eerdere missies zijn langs meerdere doelen gevlogen en zelfs in een baan omcirkeld, maar niemand zo veel als Lucy.

Wetenschappers en ingenieurs die betrokken zijn bij trajectontwerp hebben de verantwoordelijkheid om die route uit te zoeken, onder Flight Dynamics Team Leader Kevin Berry van NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland. Een zo'n ingenieur is Jacob Englander, de optimalisatie technische leiding voor de Lucy-missie. "Er zijn twee manieren om een ​​missie als Lucy te navigeren, "zei hij. "Je kunt ofwel een enorme hoeveelheid drijfgas verbranden en je een weg banen door te zigzaggen om meer doelen te vinden, of je kunt op zoek gaan naar een kans waar ze toevallig allemaal perfect op één lijn liggen." Om deze afgestemde doelen te bezoeken, het merendeel van Lucy's snelle rijstrookwisselingen zullen komen van zwaartekrachtassistenten, met minimaal gebruik van gevoede tweaks.

Hoewel Lucy is geprogrammeerd om zichzelf in een hemelse uitlijning te werpen die decennialang niet zal plaatsvinden, het kan niet aan zijn lot worden overgelaten. Zodra het ruimtevaartuig zijn asteroïde doelen begint te naderen, optische navigatie is de volgende vereiste stap.

"OpNav, " zoals Coralie Adam, technisch leider op het gebied van optische navigatie, het noemt, is het gebruik van beelden van de ingebouwde camera's om Lucy's positie ten opzichte van het doelwit te bepalen. Dit is een nuttige meting die door het navigatieteam wordt gebruikt om Lucy's route aan te passen en ervoor te zorgen dat deze op het nominale vluchtpad blijft. Adam werkt in Simi Valley, Californië, met KinetX, het bedrijf dat NASA heeft geselecteerd om Lucy's deep space-navigatie uit te voeren.

Door de communicatieverbinding van het ruimtevaartuig naar de aarde te gebruiken, Adam zei, het Lucy-team krijgt informatie over de locatie van het ruimtevaartuig, richting en snelheid. Het ruimtevaartuig maakt foto's en stuurt ze naar de aarde, waar Adam en andere optische navigators software gebruiken om te bepalen waar de foto is genomen op basis van de locatie van de sterren en het doel. Het team voor het bepalen van de baan gebruikt deze gegevens samen met gegevens van de communicatieverbinding om op te lossen waar het ruimtevaartuig is en waar het naar verwachting zal zijn. ten opzichte van de Trojanen. Het team ontwerpt vervolgens een trajectcorrectiemanoeuvre om Lucy op het goede spoor te krijgen. "De eerste manoeuvre is klein, " zei navigatie technisch leider Dale Stanbridge, die ook van KinetX is. "Maar de tweede is op 898 meter per seconde. Dat is een kenmerk van Lucy:hele grote delta V-manoeuvres." Delta V verwijst naar de verandering in snelheid tijdens de manoeuvre.

Het communiceren van al deze navigatiecommando's met Lucy is een proces op zich. "Lockheed Martin stuurt de commando's naar het ruimtevaartuig via het Deep Space Network, Adam zei. "Wat we doen is dat we samenwerken met Lockheed en het Southwest Research Institute, waar teams de instrumenten rangschikken en ontwerpen hoe het ruimtevaartuig wordt gericht, om ervoor te zorgen dat Lucy de foto's maakt die we willen wanneer we ze willen."

"De manoeuvres om Lucy's baan te corrigeren, zullen allemaal heel kritiek zijn, omdat het ruimtevaartuig de Trojaan moet ontmoeten op de kruising van het ruimtevaartuig en de baanvlakken van Troje, Stanbridge zei. "Het veranderen van het baanvlak van het ruimtevaartuig vereist veel energie, dus de manoeuvres moeten op het optimale moment worden uitgevoerd om het volgende lichaam te bereiken en tegelijkertijd de brandstofkosten te minimaliseren."

Terwijl Lucy diepe ruimtemanoeuvres uitvoert om zijn traject naar zijn doelen te corrigeren, communicatie met het ruimtevaartuig gaat soms voor korte perioden verloren. "Voor sommige van onze grotere manoeuvres kunnen black-outperioden tot 30 minuten duren, "Zei Stanbridge. "Andere keren dat je de communicatie zou kunnen verliezen, zou zijn wanneer, bijvoorbeeld, de zon, komt tussen het aardvolgstation en het ruimtevaartuig, waar het signaal zou worden afgebroken door het zonneplasma te passeren."

Contact verliezen is niet rampzalig, Hoewel. "We hebben betrouwbare voorspellingen van de baan van het ruimtevaartuig die gemakkelijk goed genoeg zijn om het ruimtevaartuig te volgen wanneer de gebeurtenis die een communicatieverlies veroorzaakt, voorbij is, ' zei Stanbridge.

Welke route zal Lucy nemen als haar missie is voltooid, over bijna 15 jaar? "We laten het gewoon staan, " zei Englander. "We hebben een analyse gedaan om te zien of het passief iets raakt, en ver in de toekomst kijken, dat doet het niet." Het Lucy-team heeft het ruimtevaartuig al duizenden jaren een duidelijk pad gegeven, lang nadat Lucy de leerboeken over de geschiedenis van ons zonnestelsel heeft herschreven.