Op 22 sept. rond de middag, ESA's Integral-ruimtevaartuig ging in de veilige noodmodus. Een van de drie actieve 'reactiewielen' van het ruimtevaartuig was zonder waarschuwing uitgeschakeld en stopte met draaien. veroorzaakte een rimpeleffect dat betekende dat de satelliet zelf begon te draaien.

Als gevolg van het draaien van het ruimtevaartuig, gegevens bereikten slechts fragmentarisch de grondcontrole en de batterijen raakten snel leeg. Met nog maar een paar uur stroom, het leek mogelijk dat de 19-jarige missie verloren zou gaan.

Het Integrale Flight Control Team, samen met Flight Dynamics en Ground Station Teams bij ESA's ESOC-missiecontrole, teams bij ESAC en Airbus Defense &Space, aan het werk gezet. Met snel denken en ingenieuze oplossingen, ze vonden het probleem en redden de missie.

Wat op aarde?

Een Single Event Upset (SEU) treedt op wanneer een geladen deeltje een gevoelig onderdeel van elektrische apparatuur raakt, het veroorzaken van een eenmalige 'staatsverandering' die het functioneren ervan verstoort. Deze geladen, 'geïoniseerde' deeltjes komen vaak van de zon wanneer deze materie en energie uitspuwt tijdens zonnevlammen of coronale massa-ejecties.

"Ik denk niet dat de SEU bij deze gelegenheid werd veroorzaakt door onze lokale, af en toe een chagrijnige ster. Deze aanval vond plaats op een dag waarop er geen relevante ruimteweeractiviteit werd waargenomen, " legt Juha-Pekka Luntama uit, ESA's hoofd ruimteweer.

"Op basis van een gesprek met onze collega's in het Flight Control Team, het lijkt erop dat de anomalie werd veroorzaakt door geladen deeltjes die vastzaten in de stralingsgordels rond de aarde."

De stralingsgordels van Van Allen zijn twee donutvormige gebieden die de aarde omringen, waar energetisch geladen deeltjes gevangen zitten in het magnetische veld van de aarde. Hun eigenschappen variëren afhankelijk van de zonneactiviteit en ze vormen een gevaar voor satellieten en mensen in de ruimte die er doorheen gaan. Omdat het laagste punt van de baan van Integral nu slechts 1500 km verwijderd is van het aardoppervlak, het ruimtevaartuig passeert beide stralingsgordels in zijn baan.

'Darmstadt, we hebben een probleem'

Integral maakt gebruik van 'reactiewielen' - wielen die energie opslaan terwijl ze draaien - om de richting waarin het ruimtevaartuig wijst op subtiele wijze te regelen zonder dat er stuwraketten nodig zijn.

Plotseling, een van deze reactiewielen stopte en, vanwege de wet van behoud van energie, die draaikracht die voorheen in het wiel zat, moest ergens anders heen - het hele ruimtevaartuig. Het ruimtevaartuig begon te draaien, het activeren van een Emergency Safe Attitude-modus die helaas, door een eerdere storing, was niet langer betrouwbaar en slaagde er niet in de missie te stabiliseren.

Het reactiewiel werd opnieuw geactiveerd door teams op de grond, maar het ruimtevaartuig bleef draaien met een gemiddelde snelheid van ongeveer 17 graden per minuut (ongeveer één omwenteling elke 21 minuten), evenals onvoorspelbaar wiebelen over zijn assen. Dit klinkt misschien niet als veel, maar het ruimtevaartuig draaide vijf keer zijn maximum toen het onder controle was.

"De gegevens van Integral waren schokkerig, komt voor korte periodes omdat het draait. Dit maakte de analyse nog moeilijker, " legt Richard Southworth uit, Operationeel manager voor de missie.

"De batterijen raakten leeg, omdat er slechts korte oplaadperioden waren wanneer de panelen kort naar de zon gericht waren."

De eerste uitdaging was om het energieverbruik van Integral te verlagen om meer tijd te winnen. De eerste schattingen van de resterende lading voordat de black-out en het verlies van de satelliet waren slechts drie uur. Stap voor stap, door verschillende instrumenten en niet-kritieke componenten uit te schakelen, dit liep op tot meer dan zes uur. Volgende stap:stop met draaien.

Met ondersteuning van experts uit de branche, het team van ESOC analyseerde de staat van de reactiewielen, komen met een reeks commando's om hun snelheid te veranderen en de draaiende satelliet te remmen. Tegen het einde van de middag, de commando's werden verzonden en toonden onmiddellijk succes, maar er gingen nog drie lange uren voorbij voordat de satelliet volledig onder controle was en buiten direct gevaar was.

Integral's Apollo 13-moment

“Iedereen slaakte een enorme zucht van verlichting. Dit was heel dichtbij, en we waren enorm opgelucht om het ruimtevaartuig uit deze 'bijna-dood'-ervaring te halen, " herinnert Andreas Rudolph zich, Hoofd van de afdeling astronomiemissies van de afdeling missieoperaties van ESOC.

"Het grootste deel van het controleteam werkte op dit moment vanuit huis - ik volgde de operaties vanuit de trein! - en werkte tot vier uur 's ochtends om het ruimtevaartuig volledig stabiel te krijgen, terug in positie en naar de zon gericht om zijn batterijen op te laden."

Helaas, een paar uur later, toen het team opnieuw bijeenkwam om de volgende stappen te bespreken, het ruimtevaartuig begon opnieuw te draaien, zijn reactiewielen draaien weer met hoge snelheid. De reden hiervoor is nog steeds niet helemaal duidelijk, maar er wordt gedacht dat het verband houdt met een 'star tracker occultation' of 'verblinding' die niet correct werd afgehandeld door de besturingssystemen van de satelliet - effectief wanneer de aarde het zicht van het ruimtevaartuig op de sterren, die hij gebruikt om zich te oriënteren.

Het team herhaalde de stappen van de vorige dagen om het ruimtevaartuig te stabiliseren en terug te keren naar een op de zon wijzende positie, deze keer zonder de sterrenvolgers in de weg te staan. Het herstel duurde slechts een paar uur, de geleerde lessen van de eerste keer in de praktijk brengen.

Integral is sindsdien onder controle gebleven, en vanaf 27 september zijn alle systemen weer online. Sinds 1 oktober is na een uitgebreide checkout, zijn instrumenten zijn terug en observeren het hoogenergetische heelal.

Een van de eerste doelen voor Integral zal zijn om massieve sterren in het Orion-gebied te observeren, en de impact op hun omgeving bestuderen als ze supernova gaan.

"We zijn ook terug bij 'target of opportunity'-waarnemingen, wat betekent dat Integral weer snel reageert om onverwachte explosieve gebeurtenissen in het heelal te bestuderen, zegt Erik Kuulkers, ESA's Project Scientist voor Integraal.

Een probleem van stuwkracht

Het is niet de eerste keer dat deze bijna 20 jaar oude missie het controleteam van ESA's ESOC Operations Center deed schrikken. Vorig jaar, Integral vuurde zijn stuwraketten af ​​voor mogelijk de laatste geplande tijd, na een storing met zijn voortstuwingssysteem.

Het is dit gebrekkige voortstuwingssysteem dat betekende dat een normaal corrigerende veilige modus bij deze gelegenheid niet effectief was. Nu de modus is uitgeschakeld, het controleteam werkt aan een nieuwe automatische reddingsactie die veel van de operaties na deze anomalie moet nabootsen, alleen veel sneller.

Toen het voortstuwingssysteem faalde, het team realiseerde zich dat ze de vier-tons satelliet moesten leren manoeuvreren met alleen zijn zeer gevoelige reactiewielen, om regelmatig energie te dumpen en krachten op het ruimtevaartuig tegen te gaan, inclusief de zachte duw van het zonlicht. Het was een oplossing die nog nooit eerder was uitgeprobeerd.

"Ik geloofde eerst niet dat het mogelijk was. We hebben het met onze collega's van vluchtdynamica nagevraagd en de theorie gaf aan dat het zou werken. Na een simulatie te hebben gedaan, we hebben het getest op het ruimtevaartuig. Het werkte, " legt Richard uit.

"Dankzij ons gevatte team en de hulp van experts uit de hele industrie, Integraal leeft voort. Bijna twee decennia oud, het overtreft de verwachtingen voor wat bedoeld was als een vijfjarige missie."