Science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Solar Orbiter voorbereid op het worstcasescenario

Zonnevlekken van dichtbij volgen. Credit:Europees Ruimteagentschap

De ESA/NASA Solar Orbiter nadert het dichtst bij de zon gelegen punt in zijn huidige baan. Het is een belangrijke tijd voor de wetenschappelijke activiteiten van de missie, en het missiecontroleteam van ESA bereidt zich voortdurend voor op eventuele problemen waarmee het ruimtevaartuig te maken kan krijgen als het langs onze actieve en onvoorspelbare ster scheert.



Missiecontrole naar Solar Orbiter. Kom in Solar Orbiter...

"Het is ons worstcasescenario", zegt vluchtleider Daniel Lakey. "Als Solar Orbiter een groot probleem aan boord zou ervaren, en we de communicatie niet zouden kunnen herstellen."

De nauwe nadering van de Solar Orbiter tot de zon ("perihelium") is een periode van piek wetenschappelijke activiteit.

Er zijn vluchtcontroleteams en deskundigen op het gebied van de vluchtdynamiek van het ESOC-missiecontrolecentrum van ESA nodig om een ​​reeks zeer complexe operaties uit te voeren.

Als er tijdens deze activiteiten iets misgaat, kan het ruimtevaartuig zichzelf automatisch resetten naar de 'veilige modus'.

In de veilige modus wordt de software van het ruimtevaartuig opnieuw opgestart en worden alleen de meest elementaire functies opnieuw geactiveerd. Teams op aarde zoeken vervolgens uit wat de veilige modus heeft geactiveerd, lossen het probleem op en starten meer geavanceerde systemen zoals wetenschappelijke instrumenten opnieuw op.

Een veilige modus tijdens het perihelium zou bijzonder slecht zijn vanwege de ernstige impact op de wetenschappelijke activiteiten tijdens deze drukke periode.

Solar Orbiter heeft ook minder stroom beschikbaar tijdens het perihelium, omdat de intense hitte ervoor zorgt dat de zonnepanelen van de zon af moeten worden gekanteld om schade te voorkomen.

Het ruimtevaartuig moet zo snel mogelijk worden geborgen voordat de wetenschap verloren gaat, of erger nog:het raakt zonder stroom.

De sterren wijzen de weg

“De zon is zo helder dat zelfs een eenvoudige zonnesensor voldoende is om ervoor te zorgen dat de Solar Orbiter altijd weet waar de zon is en zijn hitteschild er altijd op kan richten. Deze sensor wordt geactiveerd tijdens de veilige modus en beschermt de interne systemen van het ruimtevaartuig tegen de straling die uit onze ster komt", zegt Lakey.

"We weten dus dat de Solar Orbiter zijn 'voorkant' altijd naar de zon zal richten. Maar om te bepalen welke kant 'boven' hij is, vertrouwen we op sterrenvolgers."

De topprioriteit voor een ruimtevaartuig in de veilige modus is om de communicatieantenne op de aarde te richten en het contact zo snel mogelijk te herstellen.

De sterrenvolgers worden tijdens de veilige modus automatisch ingeschakeld en het ruimtevaartuig gebruikt ze om bepaalde patronen van sterren te herkennen. Vervolgens kan hij zijn oriëntatie bepalen en in welke richting hij zijn antenne moet richten om met de aarde te communiceren.

"Maar als de sterrenvolgers er niet in slagen de juiste sterren te vinden, of als de herstelprocedure wordt onderbroken voordat ze kunnen worden ingeschakeld, kan Solar Orbiter niet weten waar de aarde is."

Het Solar Orbiter-ruimtevaartuig tijdens tests uitgevoerd in december 2018 in de thermische vacuümkamer van de IABG-faciliteit in Ottobrunn, Duitsland. Krachtige lampen simuleren de straling van de zon om aan te tonen dat het ruimtevaartuig de extreme temperaturen kan verdragen die het in de buurt van de zon tegenkomt. Credit:Europees Ruimteagentschap

Op weg naar controle

Om de situatie nog uitdagender te maken, kan Solar Orbiter in de veilige modus alleen de back-upcommunicatieantenne gebruiken.

De back-upantenne kan in de ene as "op en neer" bewegen, maar niet "links en rechts" in de andere. Dit voorkomt een aantal mogelijke complicaties, maar het betekent ook dat het hele ruimtevaartuig moet draaien om de antenne in bepaalde richtingen te kunnen richten.

De oplossing is 'flitsend':als de Solar Orbiter zich ooit in de veilige modus bevindt en de aarde niet kan lokaliseren, begint hij rond één as te rollen terwijl hij zijn hitteschild veilig op de zon gericht houdt.

"In de stroboscoopmodus zendt Solar Orbiter een signaal uit met een speciale 'toon':een baken in de duisternis van de ruimte", zegt Lakey.

"Uiteindelijk zal dit signaal over de aarde razen. Zodra we het op een van onze grondstations detecteren, kunnen we de situatie beoordelen, uitzoeken wat de veilige modus veroorzaakte en onze probleemoplossings- en hersteloperaties uitvoeren."

Dat is in ieder geval de theorie. Tijdens de vier jaar dat Solar Orbiter in de ruimte was, heeft de Solar Orbiter nooit hoeven vertrouwen op een flitsend herstel, en is hij nooit tijdens de vlucht getest.

Tot nu toe.

De teams van ESOC hebben een recente periode van lage communicatievertragingen met Solar Orbiter gebruikt om te testen of ze klaar zijn voor een echt flitsend herstel.

"We begonnen de Solar Orbiter rond te draaien en te kijken of we het baken konden detecteren via de back-upantenne", zegt Lakey. "We hebben vooraf commando's geladen om terug te keren naar de normale activiteiten voor het geval we het niet zouden detecteren, dus er was nooit enig risico voor het ruimtevaartuig."

De hersteltesten waren een succes. De teams bevestigden dat ze het noodbaken van Solar Orbiter konden detecteren en de status van het ruimtevaartuig konden identificeren in het geval van een veilige modus met defecte sterrenvolgers.

Dit zijn de eerste cruciale stappen in het herwinnen van de controle over het ruimtevaartuig en tonen aan dat het team gereed is voor dit kritieke maar onwaarschijnlijke scenario.

"We hebben ook met succes ons vermogen getest om met de satelliet te communiceren in bijzonder lastige situaties, zoals wanneer het eigen hitteschild het zicht van de antenne op de aarde gedeeltelijk verduistert."

Dit is slechts een van de honderden potentiële problemen die onze teams elke dag bedenken en plannen. De missies van ESA zijn unieke, unieke ruimtevaartuigen:ze kunnen te maken krijgen met problemen die geen enkel ander ruimtevaartuig ooit heeft gehad.

Er zijn weinig vergelijkbare voorbeelden waar we van kunnen leren, en er zijn weinig vaste procedures die we moeten volgen. Het is essentieel om onze hersteloperaties voor ruimtevaartuigen in de ruimte te testen en dat de teams op aarde deze kunnen oefenen wanneer ze een goede gelegenheid hebben.

"We zullen nooit stoppen met nadenken over nieuwe uitdagingen waarmee onze missies te maken kunnen krijgen", zegt Lakey. "Of over hoe we ze zouden overwinnen."

Geleverd door European Space Agency