Science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Sap azen Callisto flyby-test

Een van de computergegenereerde beelden van Jupiters maan Callisto die in maart 2024 werd gebruikt om de mogelijkheden van Juice's technische model te testen. Wanneer Juice's vluchtmodel in 2031 de echte Callisto passeert en wetenschappers een verleidelijke blik biedt op de mysterieuze, kraters buitenaardse wereld, zo zal het er voor de navigatiecamera van het ruimtevaartuig uitzien. Credit:ESA/Airbus

Over zeven jaar, in april 2031, zal ESA's Juice-missie langs Jupiters maan Callisto vliegen, waardoor wetenschappers een verleidelijke blik kunnen werpen op de mysterieuze buitenaardse wereld vol kraters.



Dat lijkt misschien ver weg, maar in de wereld van ruimtevaartuigoperaties is het nooit te vroeg om met de voorbereidingen te beginnen.

Teams van ESA's ESOC-missieoperatiecentrum in Duitsland hebben onlangs het technische model van Juice 'bedrogen' door te denken dat het zich al in Callisto bevond om de autonome navigatiesoftware van de missie op de proef te stellen.

Wanneer Juice in Callisto arriveert, zal de grote communicatievertraging tussen de aarde en het Jupiter-systeem betekenen dat het zich niet kan veroorloven te wachten op een antwoord van de missiecontrole als er iets misgaat.

Hoewel we een goed idee hebben van waar Callisto zich in april 2031 zal bevinden, weten we zijn positie niet precies genoeg om te garanderen dat Juice's traject hem op precies de juiste manier door het zwaartekrachtveld van Callisto zal leiden om hem perfect uit te lijnen voor hoge nauwkeurigheid. wetenschappelijke metingen.

In de tijd die nodig is om berichten tussen Jupiter en de aarde te verzenden en te ontvangen, zou de richting waarin Juice zijn teledetectie-instrumenten wijst zo ver uit de koers kunnen afwijken dat de wetenschap gemist zou kunnen worden en de belangrijkste missiedoelstellingen beïnvloed zouden kunnen worden.

Zelfs een klein verschil kan verschrikkelijk zijn voor de wetenschap, omdat sommige instrumenten van Juice binnen een fractie van een graad op specifieke regio's van Callisto moeten worden gericht om hun metingen te kunnen uitvoeren.

"We hebben Juice nodig om te kunnen reageren met zijn eigen 'ogen' en zijn eigen 'hersenen'', zegt Ignacio Tanco, Juice Flight Operations Director. "Wanneer Callisto in het gezichtsveld van zijn navigatiecamera verschijnt, moet hij in staat zijn belangrijke kenmerken op het maanoppervlak te identificeren, zichzelf draaien om zijn instrumenten erop te richten, en vervolgens blijven draaien om ze in zicht te houden terwijl hij voorbij vliegt ."

Teams van ESA vliegen ruimtevaartuigen naar nieuwe en opwindende bestemmingen in het zonnestelsel. Om te trainen voor belangrijke activiteiten en om problemen te helpen diagnosticeren en oplossen die ruimtevaartuigen miljoenen kilometers verderop ervaren, gebruiken ze een unieke replica die op aarde blijft. Dit 'technische model' is een exacte kopie van de hardware, software, elektrische systemen en instrumenten die de diepe ruimte in worden gestuurd.

Het Juice-team gebruikte zijn technische model om de autonome navigatiesoftware te testen die Juice op koers houdt met het Jupiter-systeem.

Ze hebben het ruimtevaartuig 'misleid' door te laten geloven dat het zich in Callisto bevond door een reeks beelden van de maan op de getrouwe replica van de navigatiecamera van het ruimtevaartuig te projecteren om te zien hoe het zou reageren.

Deze hogeresolutiebeelden, gegenereerd door een computermodel, beeldden Callisto af in de exacte oriëntatie en fase waarin Juice hem zal zien als hij over zeven jaar arriveert.

ESA's Jupiter Icy Moons Explorer, Juice, zal vanaf april 2023 aan een achtjarige cruise naar Jupiter beginnen. onderzoek de opkomst van bewoonbare werelden rond gasreuzen en het Jupiter-systeem als archetype voor de talrijke reuzenplaneten waarvan nu bekend is dat ze in een baan om andere sterren draaien. Tijdens zijn reis zal hij een reeks vliegen langs de aarde, het aarde-maansysteem en Venus maken om hem op koers te zetten voor zijn ontmoeting in juli 2031 in het Jupiterstelsel. In deze video is te zien hoe Juice een vlucht langs het Aarde-Maan-systeem uitvoert. Dit staat bekend als de Lunar-Earth Gravity Assist (LEGA) en is een wereldprimeur:door deze manoeuvre uit te voeren – een zwaartekracht-assist-vlucht langs de maan, slechts 1,5 dag later gevolgd door een van de aarde – kan Juice een aanzienlijke hoeveelheid energie besparen. drijfgas op zijn reis. Juice zal tijdens zijn cruise drie keer langs de aarde vliegen:één van het aarde-maansysteem in augustus 2024, één van de aarde in september 2026 en één van de aarde in januari 2029. Credit:ESA/Lightcurve Films/R. Andres

"Het was niet zo eenvoudig als het vooraf voorbereiden van beelden en het afspelen van een video voor de navigatiecamera", zegt Giulio Pinzan, ESA Spacecraft Operations Engineer, die toezicht hield op de activiteit.

"De navigatiesoftware moest op deze beelden reageren. Als het merkte dat het Callisto vanuit de verkeerde hoek naderde of enigszins de verkeerde kant op keek, moest het proberen deze fouten zonder onze hulp te corrigeren."

"Dat betekende dat het zicht van Callisto in realtime moest reageren op de acties van het ruimtevaartuig. We hebben effectief een meeslepende virtual reality-headset aan de camera van Juice vastgemaakt en deze onafhankelijk rond laten bewegen in deze virtuele ruimte."

De teams van ESA en Juice's fabrikant Airbus hebben drie dagen uitgetrokken voor de Callisto flyby-test. De operators van de ruimtevaartuigen, wetenschappers en mechanische, elektrische en software-ingenieurs verwachtten allemaal dat ze dagenlang problemen zouden tegenkomen en oplossen voordat ze uiteindelijk een schone vlucht zouden bereiken waarin Juice precies zou reageren zoals ze wilden.

Om deze test nog uitdagender te maken, hadden ze geen toegang tot een van de belangrijkste tools in de toolkit voor ruimtevaartuigoperaties. Voordat een complexe test als deze wordt uitgevoerd op het fysieke technische model van het ruimtevaartuig, wordt deze gewoonlijk eerst uitgevoerd op een volledig digitale softwaresimulator van het ruimtevaartuig die geen fysieke onderdelen heeft.

Dit is waar de meeste problemen worden aangetroffen en opgelost, en tests worden alleen uitgevoerd op het fysieke technische model als operators al een goed idee hebben van wat ze kunnen verwachten.

"Maar dit scenario is zo complex dat het momenteel onmogelijk is om het te simuleren met de Juice-softwaresimulator", zegt Giulio Pinzan. "We vlogen volledig blind deze test in."

Toch slaagde het team, ondanks hun verwachtingen, bij de allereerste poging op dag één. De navigatiesoftware van Juice hield de juiste regio's van Callisto in de gaten, hield de instrumenten er rechtstreeks op gericht en handhaafde veilig het juiste traject terwijl het door de veeleisende flyby navigeerde.

"We moeten vooral ons Flight Dynamics-team prijzen", zegt Giulio. "Hun wiskundige berekeningen klopten en stelden ons in staat om bij de allereerste poging een zuivere flyby te maken, ondanks het gebrek aan ervaring dat ze gewoonlijk zouden opdoen door te experimenteren met de softwaresimulator. Het was werkelijk verbazingwekkend. Ze verrasten zelfs ons."

"Het Airbus-team heeft ook opmerkelijk werk geleverd door het technische model op tijd voor de test op te zetten, terwijl het ons tegelijkertijd alle details heeft verstrekt die we nodig hadden om het autonome navigatiesysteem correct te bedienen."

De Callisto-flyby is een van de meest veeleisende scenario's waarmee Juice te maken krijgt en is een van de moeilijkste om op te zetten en uit te voeren met het technische model.

Het model werd in februari vervoerd van Airbus in Frankrijk naar ESOC in Duitsland. Met de succesvolle afronding van deze laatste test is hij nu volledig ingericht, zijn de ESA-teams volledig getraind in het gebruik ervan en is hij officieel overgedragen.

Het Juice-team moet nu bevestigen dat het vluchtmodel zich op precies dezelfde manier gedraagt ​​als het technische model door een soortgelijke test in de ruimte uit te voeren. De enige mogelijkheden om een ​​groot object te volgen met de navigatiecamera van Juice zullen zich echter voordoen tijdens de planetaire flybys.

De komende maan-aarde zwaartekrachtassistentie in augustus van dit jaar is geen optie voor deze test. Tijdens deze dubbele vlucht zal Juice minder dan 24 uur later langs de maan en vervolgens de aarde vliegen om snel achter elkaar energie van beide lichamen te stelen. Het is een zeer delicate manoeuvre die nog nooit eerder is geprobeerd en alle handen zullen gereed moeten zijn om in een mum van tijd op elke anomalie te reageren.

Geleverd door European Space Agency