ESA's Solar Orbiter heeft met succes vier maanden van nauwgezette technische verificatie voltooid, bekend als inbedrijfstelling. Ondanks de uitdagingen die de COVID-19-pandemie met zich meebrengt, het ruimtevaartuig is nu klaar om te beginnen met het uitvoeren van wetenschap terwijl het zijn cruise naar de zon voortzet.

Toen Solar Obiter de ruimte in schoot op een Atlas V-raket van Cape Canaveral, Florida, op 10 februari, de teams achter de missie van 1,5 miljard euro hadden dat niet binnen enkele weken verwacht, de verspreiding van COVID-19 zou hen uit hun hightech controlekamers verdrijven, waardoor het uitdagende proces van het in gebruik nemen van de instrumenten van het ruimtevaartuig nog moeilijker wordt.

In normale omstandigheden, veel van de wetenschappers en ingenieurs van het project zouden zich hebben verzameld in het European Space Operations Centre (ESOC) in Darmstadt, Duitsland. Samen, ze zouden nauw hebben samengewerkt met de ruimtevaartuigoperators, om het ruimtevaartuig en zijn instrumenten tot leven te brengen.

Dit gebeurde min of meer zoals gewoonlijk tijdens de meest uitdagende eerste weken van Solar Orbiter's in-orbit bestaan, maar toen de instrumententeams in maart werden uitgenodigd voor ESOC, de situatie in Europa veranderde snel.

Elk van de tien instrumententeams had veel vertegenwoordigers ter plaatse nodig. Twee of drie van elk team mochten in een speciale Solar Orbiter-controlekamer. "De andere vertegenwoordigers werkten vanuit een speciaal ondersteuningsgebied, " zegt Sylvain Lodiot, Operations Manager van ESA's Solar Orbiter Spacecraft. Het was niet ongebruikelijk dat ook 15 of meer mensen in de hoofdcontrolekamer aan het werk waren. Maar binnen een week het werd duidelijk dat Europese landen op slot gingen en dus werd de externe teams gevraagd om naar huis terug te keren.

Het Italiaans-Duits-Tsjechische team achter de METIS-coronograaf, een instrument dat het zichtbare meet, ultraviolette en extreem ultraviolette emissies van de zonnecorona in ongekende temporele en ruimtelijke resolutie, stond net op het punt het instrument voor het eerst in te schakelen toen werd besloten dat mensen uit die tijd coronavirus-hotspots in de Italiaanse regio's Piemonte en Lombardije om veiligheidsredenen ESOC niet meer mochten betreden.

"We hadden het moeilijk om de teamvaardigheden meteen te herschikken met degenen die konden binnenkomen, " zegt Marco Romoli, METIS hoofdonderzoeker. "En dankzij de ESOC-mensen en de gestage zenuwen van de aanwezigen, we hebben de activiteit met succes kunnen afronden."

De situatie werd nog ernstiger toen verschillende werknemers van ESOC positief testten op het virus, en de site effectief gesloten.

"We moesten de mensen beschermen, " zegt Sylvain, wiens laatste taak voordat hij naar huis ging, was om alle instrumenten op Solar Orbiter uit te schakelen. "Het voelde verschrikkelijk omdat ik niet wist wanneer die instrumenten weer online kwamen, " hij zegt.

In het geval, het was slechts ongeveer een week later dat een skeletpersoneel terugkeerde en met volledige maatregelen voor sociale afstand begon op afstand samen te werken met de instrumentteams om de inbedrijfstelling af te ronden.

Een van de meest getroffen instrumentteams was het Solar Wind Analyzer (SWA)-team. De zonnewind, die voortdurend wordt vrijgegeven van de zon, bestaat uit een mengsel van elektrisch geladen deeltjes, ionen genaamd, en elektronen. Het SWA-instrument bestaat uit drie verschillende sensoren om de fluxen en samenstelling van deze verschillende deeltjespopulaties te meten. Elke sensor werkt als een soort 'elektrische periscoop' die gebruik maakt van hoge spanningen, tot 30 kilovolt in één geval, om de zonnewinddeeltjes naar de detector te leiden.

Om die hoge spanningen veilig te laten werken, het team was van plan om het instrument pas minstens een maand na de lancering in te schakelen. Dit was bedoeld zodat er geen sporen van de atmosfeer van de aarde in de SWA-sensoren zouden blijven. Als er waren, deze hoge spanningen kunnen vonken veroorzaken en de sensoren beschadigen.

Het inschakelproces voor elk van de SWA-detectoren is lang omdat elk hoogspanningssubsysteem moet worden ingeschakeld in stappen van slechts 20 of 50 volt per keer. Na elke verhoging, het instrument wordt gecontroleerd om er zeker van te zijn dat er niets ongewensts is gebeurd.

Toen SWA's hoofdonderzoeker Christopher Owen, van het Mullard Space Science Laboratory, University College London (MSSL/UCL), Duitsland had verlaten, hij en zijn team begonnen plannen te maken om het instrument in gebruik te nemen vanuit hun laboratorium in het Verenigd Koninkrijk. Maar toen werd de Britse lockdown aangekondigd, betekent voor bijna iedereen een overstap naar werken vanuit het thuiskantoor.

"Toen ik het laboratorium verliet, Ik pakte een paar laptops en vier schermen, en bracht ze naar huis. Ik heb toen mijn tweejarige uit zijn kinderkamer gezet en alles daar neergezet, " zegt Christopher. En vanuit dit tijdelijke controlecentrum, zodra ESOC weer aan het werk was, hij werkte op afstand samen met de rest van het SWA-team en de skeletstaf in Darmstadt om het instrument in gebruik te nemen.

"We hadden ernstige twijfels of we op deze manier konden werken, " zegt Sylvain over het proces in het algemeen, "maar we hebben ons aangepast en uiteindelijk het werkte heel goed omdat het team elkaar allemaal kende."

Klaar voor de wetenschap

Ook de andere instrumententeams hebben hun inbedrijfstelling succesvol afgerond. "Dit is ongetwijfeld de eerste missie waarvan de instrumenten volledig in opdracht van de mensen thuis werden gemaakt, " zegt David Berghmans, van de Koninklijke Sterrenwacht van België, Brussel, België, en hoofdonderzoeker van de Extreme Ultraviolet Imager (EUI).

Niet alleen is de klus geklaard, maar ze maakten de verloren tijd goed en slaagden erin om hun inbedrijfstelling op de oorspronkelijke tijdlijn te voltooien. "Zelfs in een normale wereld zou ik heel blij zijn met waar we nu zijn, " zegt Daniël Müller, Solar Orbiter Project Scientist bij ESA, "Ik had nooit verwacht dat bijna alles out of the box vlekkeloos zou werken."

Dat getuigt van de expertise waarmee het ruimtevaartuig is gemaakt door de hoofdaannemer Airbus DS (VK) en de instrumenten zijn gemaakt door de verschillende instrumententeams. Op 25 juni, de Solar Orbiter Review Board bekrachtigde deze prestatie door de Mission Commissioning Results Review succesvol te verklaren.

Voor César García Marirrodriga, ESA's Solar Orbiter's projectmanager, het was een groot moment, want met de ingebruikname voorbij, zijn werk zit erop en hij overhandigt het ruimtevaartuig aan de mission operations manager. "Ik ben erg blij om het over te dragen, want ik weet dat het de goede kant op gaat. ' zegt Cesar.

En voor Daniël, het is ook een groot moment, want nu is de missie klaar om wetenschap uit te voeren. "In deze vier maanden sinds de lancering, de 10 instrumenten aan boord zijn één voor één zorgvuldig gecontroleerd en gekalibreerd, zoals het stemmen van individuele muziekinstrumenten. En nu is het tijd voor hen om samen op te treden, " hij zegt.

De 'remote-sensing checkout window' van 17 t/m 22 juni was deze maand de eerste gelegenheid om alle instrumenten samen te laten spelen. Het ontvangen van de opnames van het ruimtevaartuig, die momenteel meer dan 160 miljoen kilometer verwijderd is, zal de komende dagen worden afgerond.

"We zijn erg enthousiast over dit eerste 'concert'. Voor de eerste keer, we zullen in staat zijn om de beelden van al onze telescopen samen te stellen en te zien hoe ze complementaire gegevens opnemen van de verschillende delen van de zon, inclusief het oppervlak; de buitenste atmosfeer, of corona; en de wijdere heliosfeer eromheen. Hier is de missie voor gebouwd, ", zegt Daniel. Deze eerste lichtbeelden worden medio juli vrijgegeven voor het publiek.

100 dagen aan gegevens

Ook andere instrumenten verzamelen al gegevens. In het geval van de magnetometer (MAG), dit werd voor het eerst ingeschakeld slechts een dag na de lancering. "We hebben iets minder dan 100 dagen aan gegevens gekregen tijdens de inbedrijfstellingsperiode, en het zijn prachtige gegevens, " zegt Helen O'Brien, van Imperial College en hoofdingenieur van MAG.

MAG werd vroeg ingeschakeld, zodat het metingen kon doen terwijl het van het ruimtevaartuig werd weggedragen terwijl de giekarm werd ingezet. "Het instrument gedroeg zich prachtig. Het was geweldig om te zien hoe het veld instortte toen we ons van het ruimtevaartuig verwijderden, " zegt Heleen.

Met die gegevens kan het team het magnetische veld begrijpen dat door het ruimtevaartuig zelf wordt gegenereerd, zodat ze het nu uit hun wetenschappelijke gegevens kunnen verwijderen om alleen het magnetische veld weg van de zon de ruimte in te laten. En er zijn al genoeg gegevens. Het team heeft al meer dan twee miljard wetenschappelijke metingen om te analyseren. "De gegevens zijn uitstekend, Echt, heel goed, dus we zijn erg blij, " zegt Tim Horbury, keizerlijke universiteit, VK, en hoofdonderzoeker voor het instrument.

De missie gaat nu verder op koers naar de zon. Tijdens deze cruisefase, de in-situ instrumenten van het ruimtevaartuig zullen wetenschappelijke gegevens verzamelen over de omgeving rond het ruimtevaartuig, terwijl de teledetectie-instrumenten door de teams worden afgesteld ter voorbereiding op wetenschappelijke operaties in de nabijheid van de zon. De vaarfase duurt tot november 2021, waarna Solar Orbiter de wetenschappelijke fase van zijn missie zal beginnen.