סייר הירחים הקרחניים של ESA של ESA – Juice – יתפוס את ההצצה הראשונה שלו בקליסטו העתיק והמלוע ביוני 2032, וימשיך לחלוף על פני הירח 21 פעמים לפני טיסות אחרונות בשנת 2034. במהלך מפגשים קרובים אלה, Juice יאסוף אוצרות מדעיים יקרי ערך על הירח. קרדיט: ESA
ESA בדקה את תוכנת הניווט של החללית Juice על פי דגם הנדסי כדי להתכונן למעבר 2031 של Callisto, והבטיחה שהיא תוכל לנווט אוטונומית למרות עיכובים משמעותיים בתקשורת.
מה קרה?
בעוד שבע שנים, באפריל 2031, תעוף משימת המיצים של ESA צדקהירח של קליסטו, המציע למדענים הצצה מפתה אל עולם החייזרים המסתורי והמכוסה במכתש.
זה אולי נראה רחוק, אבל בעולם של פעולות חלליות, אף פעם לא מוקדם מדי להתחיל להתכונן.
צוותים במרכז התפעול של המשימה ESOC של ESA בגרמניה 'הטעו' לאחרונה את המודל ההנדסי של Juice לחשוב שהוא כבר נמצא בקליסטו כדי להעמיד את תוכנת הניווט האוטונומית של המשימה למבחן.
למה זה היה נחוץ?
כשג'וס יגיע לקליסטו, העיכוב הגדול בתקשורת בין כדור הארץ למערכת צדק יגרום לכך שהיא לא יכולה להרשות לעצמה לחכות לתשובה מבקרת המשימה אם משהו ישתבש.
אמנם יש לנו מושג טוב היכן יהיה קליסטו באפריל 2031, אך איננו יודעים את מיקומו במדויק כדי להבטיח שמסלולו של ג'וס ייקח אותו דרך שדה הכבידה של קליסטו בדיוק בצורה הנכונה כדי ליישר אותו בצורה מושלמת עבור גבוה-דיוק מדידות מדעיות.
בזמן שלוקח לשלוח ולקבל הודעות בין צדק לכדור הארץ, הכיוון שאליו מפנה ג'וס את מכשירי החישה מרחוק שלה עלול להיסחף כל כך רחוק מהמסלול שאפשר להחמיץ את המדע, ולהשפיע על יעדי המשימה העיקריים.
החללית Juice של ESA נמצאת בדרכה לצדק, אבל ה'תאומה' שלה השלימה לאחרונה מסע מיוחד משלה והגיעה לביתה החדש במרכז המבצעים של המשימה ESOC של ESA. קרדיט: ESA
אפילו אי התאמה זעירה עלולה להיות נוראית עבור המדע, מכיוון שחלק מהמכשירים של ג'וס צריכים להיות מכוונים אל אזורים ספציפיים של קליסטו בתוך שבריר קטנטן של מעלה כדי לבצע את המדידות שלהם.
"אנחנו צריכים את Juice כדי להיות מסוגלים להגיב עם ה'עיניים' שלו וה'מוח' שלו", אומר איגנסיו טנקו, מנהל תפעול טיסות המיץ. "כשקליסטו מופיע בשדה הראייה של מצלמת הניווט שלו, הוא צריך להיות מסוגל לזהות מאפיינים חשובים על פני הירח, לסובב את עצמו כדי לכוון אליהם את המכשירים שלו, ולאחר מכן להמשיך לסובב כדי לשמור אותם בנוף בזמן שהוא עף על פניו. ."
מה עשית?
צוותים ב-ESA מטיסים חלליות ליעדים חדשים ומלהיבים ברחבי מערכת השמש. כדי להתאמן לפעילויות חשובות ולעזור לאבחן ולפתור בעיות שחוות חלליות במרחק של מיליוני קילומטרים, הם משתמשים בהעתק יחיד במינו שנשאר על כדור הארץ. 'מודל הנדסי' זה הוא העתק מדויק של החומרה, התוכנה, המערכות החשמליות והמכשירים הנשלחים לחלל העמוק.
צוות Juice השתמש במודל ההנדסי שלו כדי לבדוק את תוכנת הניווט האוטונומית שתשמור על Juice על המסלול במערכת Jupiter.
הם 'הטעו' אותו להאמין שזה בקליסטו על ידי הקרנת סדרה של תמונות של הירח על ההעתק הנאמן שלו של מצלמת הניווט של החללית כדי לראות איך היא תגיב.
אחת התמונות שנוצרו על ידי מחשב של ירח צדק קליסטו ששימשה לבדיקת היכולות של המודל ההנדסי של ג'וס במרץ 2024.
כאשר דגם הטיסה של ג'וס יעבור את קליסטו האמיתי בשנת 2031 ויציע למדענים הצצה מפתה אל עולם החייזרים המסתורי והמוצק, כך הוא ייראה למצלמת הניווט של החללית. קרדיט: ESA/איירבוס
תמונות ברזולוציה גבוהה אלו, שנוצרו על ידי מודל ממוחשב, תיארו את קליסטו בכיוון המדויק ובשלב שבו ג'וס יראה אותו כשיגיע בעוד שבע שנים מהיום.
"זה לא היה פשוט כמו להכין תמונות מראש ולהשמיע סרטון מול מצלמת הניווט", אומר ג'וליו פינזן, מהנדס תפעול חלליות ESA, שפיקח על הפעילות.
"תוכנת הניווט הייתה צריכה להגיב לתמונות האלה. אם הוא הבחין שהוא מתקרב לקליסטו בזווית הלא נכונה או פונה מעט לכיוון הלא נכון, היה עליו לנסות לתקן את השגיאות הללו ללא עזרתנו".
"זה אומר שהשקפה של קליסטו הייתה צריכה להגיב לפעולות החללית בזמן אמת. חיברנו למעשה אוזניות מציאות מדומה סוחפות למצלמה של Juice ונתנו לה לנוע באופן עצמאי בתוך המרחב הווירטואלי הזה".
איך זה הלך?
הצוותים של ESA ויצרנית Juice, איירבוס, הקצו שלושה ימים למבחן הטיסה של Callisto. מפעילי החלליות, המדענים ומהנדסי המכונות, החשמל והתוכנה, כולם ציפו להקדיש ימים לבעיות ולפתור בעיות לפני שלבסוף ישיגו מעבר נקי שבו ג'וס הגיב בדיוק כפי שרצו.
כדי להפוך את המבחן הזה למאתגר עוד יותר, לא הייתה להם גישה לאחד הכלים החשובים ביותר בערכת הכלים להפעלת החללית. בדרך כלל, לפני שניסוי מורכב כמו זה מתנהל על המודל ההנדסי הפיזי של החללית, הוא מופעל תחילה על סימולטור תוכנה דיגיטלי לחלוטין של החללית שאין לו חלקים פיזיים.
זה המקום שבו רוב הבעיות נתקלות ונפתרות, ובדיקות מופעלות במודל ההנדסה הפיזיקלית רק כאשר למפעילים כבר יש מושג טוב למה לצפות.
מהנדס תפעול חלליות ESA Giulio Pinzan מול דגם הנדסת Juice ב-ESOC.
מודלים הנדסיים משמשים לבדיקת תמרוני חלליות וכדי לאבחן ולפתור כל בעיה שבה נתקל דגם הטיסה במרחק של מיליוני קילומטרים. דגם הנדסת Juice מתגורר במתקן מבוקר אקלים בתוך הבניין ליד זה המכיל את חדר הבקרה של דגם הטיסה. קרדיט: ESA
"אבל התרחיש הזה כל כך מורכב, שכרגע זה בלתי אפשרי לדמות עם סימולטור התוכנה Juice", אומר ג'וליו פינזן. "טסנו למבחן הזה עיוורים לגמרי."
עם זאת, למרות הציפיות שלהם, הצוות הצליח בניסיון הראשון ביום הראשון. תוכנת הניווט של ג'וס ננעלה על האזורים הנכונים של קליסטו, שמרה על המכשירים שלה מכוונים ישירות אליהם ושמרה בבטחה על המסלול הנכון בזמן שהיא מנווטת דרך הטיסה התובענית.
"אנחנו באמת חייבים לשבח את צוות Flight Dynamics שלנו, במיוחד", אומר ג'וליו. "החישובים המתמטיים שלהם היו נקודתיים ואפשרו לנו לשייט דרך טיסה נקייה כבר בניסיון הראשון למרות חוסר הניסיון שהם בדרך כלל צוברים מהתנסות בסימולטור התוכנה. זה היה מדהים, באמת. הם הפתיעו אפילו אותנו".
"צוות איירבוס גם עשה עבודה יוצאת דופן בהקמת המודל ההנדסי בזמן למבחן, ובמקביל סיפק לנו את כל הפרטים הדרושים לנו כדי להפעיל את מערכת הניווט האוטונומית בצורה נכונה".
סרטון זה מראה את Juice מבצע טיסה של מערכת כדור הארץ-ירח. המכונה עזר כוח הכבידה של הירח-כדור הארץ (LEGA), זהו ראשון עולמי: על ידי ביצוע תמרון זה – סיוע כבידה של הירח ואחריו רק 1.5 ימים לאחר מכן אחד מכדור הארץ – Juice יוכל לחסוך כמות משמעותית של חומר הנעה במסעו. קרדיט: ESA/Lightcurve Films/R. אנדרס
מה קורה לאחר מכן?
הטיסה של Callisto היא אחד התרחישים התובעניים ביותר איתם תתמודד ג'וס והוא אחד הקשים ביותר להגדרה ולביצוע עם המודל ההנדסי.
הדגם הועבר מאיירבוס בצרפת ל-ESOC בגרמניה בפברואר. עם סיום מוצלח של מבחן סופי זה, הוא הוקם כעת במלואו, צוותי ESA קיבלו הכשרה מלאה כיצד להשתמש בו, והוא נמסר רשמית.
צוות Juice צריך כעת לאשר שדגם הטיסה מתנהג בדיוק באותו אופן כמו הדגם ההנדסי על ידי ביצוע בדיקה דומה בחלל. עם זאת, ההזדמנויות היחידות לעקוב אחר אובייקט גדול באמצעות מצלמת הניווט של Juice תגיע במהלך הטיסה הפלנטרית שלו.
סיוע הכבידה של הירח-כדור הארץ הקרוב באוגוסט השנה אינו אופציה למבחן זה. במהלך הטיסה הכפולה הזו, מיץ יעבור על פני הירח ולאחר מכן על פני כדור הארץ פחות מ-24 שעות מאוחר יותר כדי לגנוב אנרגיה משני הגופים ברצף מהיר. זהו תמרון עדין מאוד שמעולם לא נוסה קודם לכן וכל הידיים יצטרכו להיות מוכנות להגיב לכל חריגה בהתראה של רגע.
