Через сім років, у квітні 2031 року, космічний апарат ЄКА Juice пролетить повз місяць Юпітера Каллісто і запропонує вченим поглянути на загадковий, вкритий кратерами інопланетний світ.
Здавалося б, до цього ще далеко, але у світі експлуатації космічних апаратів ніколи не буває занадто рано починати підготовку. Нещодавно співробітники центру ESA ESOC у Німеччині "обдурили" інженерну модель Juice, змусивши її думати, що вона вже перебуває на Каллісто, щоб перевірити автономне навігаційне програмне забезпечення.
Чому це було необхідно?
Коли Juice прибуде на Каллісто, велика затримка зв'язку між Землею і системою Юпітера означатиме, що він не зможе дочекатися відповіді від управління місією, якщо щось піде не так. Хоча добре відомо, де перебуватиме Каллісто у квітні 2031 року, немає гарантії, що траєкторія руху Juice пройде через гравітаційне поле Каллісто саме так, як потрібно, щоб ідеально вирівняти його для високоточних наукових вимірювань.
За час, необхідний для відправлення та отримання повідомлень між Юпітером і Землею, напрямок, у якому Juice спрямовує свої прилади дистанційного зондування, може відхилитися від курсу настільки, що наукові дослідження можуть бути пропущені, а ключові цілі місії — порушені.
Навіть крихітна розбіжність може виявитися згубною для науки, оскільки для проведення вимірювань деякі прилади Juice мають бути спрямовані на певні області Каллісто з точністю до частки градуса.
"Нам потрібно, щоб Juice міг реагувати власними "очима" і власним "мозком", — каже Ігнасіо Танко, керівник польоту Juice. "Коли Каллісто з'явиться в полі зору його навігаційної камери, він має бути здатний визначити важливі особливості на поверхні Місяця, повернутися, щоб спрямувати на них свої прилади, а потім продовжити обертання, щоб тримати їх у полі зору, поки він пролітає повз".
Що було зроблено?
Для підготовки до важливих заходів, а також для діагностики та розв'язання проблем, з якими стикаються космічні апарати, що перебувають на відстані мільйонів кілометрів, вони використовують єдину у своєму роді копію, яка залишається на Землі. Ця "інженерна модель" являє собою точну копію апаратного і програмного забезпечення, електричних систем і приладів, які відправляються в далекий космос.
Команда Juice використовувала свою інженерну модель для тестування автономного навігаційного програмного забезпечення, яке буде утримувати Juice на шляху до системи Юпітера.
Вони "обдурили" його, змусивши повірити, що він перебуває на Каллісто, спроєктувавши серію зображень Місяця на точну копію навігаційної камери космічного апарату, щоб подивитися, як він відреагує.
Ці зображення високої роздільної здатності, створені за допомогою комп'ютерної моделі, зображували Каллісто саме в тій орієнтації та в тій фазі, в якій Juice побачить його, коли прилетить за сім років.
"Це було не так просто — заздалегідь підготувати зображення і програти відео перед навігаційною камерою", — каже Джуліо Пінцан, інженер з експлуатації космічних апаратів ЄКА, який керував цією роботою.
"Навігаційне програмне забезпечення мало реагувати на ці зображення. Якщо воно помічало, що наближається до Каллісто під неправильним кутом або спрямоване трохи не в той бік, воно повинно було спробувати виправити ці помилки без нашої допомоги".
"Це означало, що вид Каллісто мав реагувати на дії космічного корабля в режимі реального часу. Ми фактично пристебнули до камери Juice гарнітуру віртуальної реальності і дозволили їй самостійно переміщатися в цьому віртуальному просторі".
Інженерні моделі використовуються для перевірки маневрів космічних апаратів, а також для діагностики та вирішення будь-яких проблем, з якими стикається льотна модель за мільйони кілометрів.
Як усе пройшло?
Команди з ЄКА і виробника Juice, компанії Airbus, виділили три дні на випробування прольоту Каллісто. Оператори космічних апаратів, вчені, інженери-механіки, інженери-електрики та інженери-програмісти мали провести кілька днів, стикаючись із проблемами і вирішуючи їх, перш ніж, нарешті, домогтися чистого прольоту, в якому Juice реагував саме так, як вони хотіли.
Щоб зробити це випробування ще складнішим, у них не було доступу до одного з найважливіших інструментів у наборі інструментів для роботи з космічними апаратами. Зазвичай перед тим, як провести такий складний тест на фізичній інженерній моделі космічного апарата, його спершу проводять на повністю цифровому програмному симуляторі космічного апарата, що не має фізичних частин.
Саме тут виникає і розв'язується більшість проблем, а тести на фізичній інженерній моделі проводять тільки тоді, коли оператори вже добре уявляють собі, чого очікувати.
"Але цей сценарій настільки складний, що нині його неможливо змоделювати за допомогою програмного симулятора Juice", — каже Джуліо Пінцан. "Ми йшли на це випробування абсолютно наосліп".
І все ж, незважаючи на всі очікування, команда домоглася успіху з першої ж спроби в перший день. Навігаційне програмне забезпечення Juice закріпилося за потрібними областями Каллісто, прилади були спрямовані прямо на них і надійно зберігали правильну траєкторію під час складного прольоту.
"Ми маємо похвалити нашу команду з динаміки польоту, зокрема", — каже Джуліо. "Їхні математичні розрахунки були точними і дали нам змогу здійснити чистий проліт з першої ж спроби, незважаючи на відсутність досвіду, який вони зазвичай отримують, експериментуючи з програмним симулятором. Це було дивовижно, правда. Вони здивували навіть нас".
"Команда Airbus також виконала чудову роботу зі створення інженерної моделі до початку випробувань і одночасно надала нам усі деталі, необхідні для правильної роботи автономної навігаційної системи".
Що буде далі?
Обліт Каллісто — один із найскладніших сценаріїв, з якими зіткнеться Juice, і один із найскладніших для налаштування і проведення з інженерною моделлю.
Модель було перевезено з Airbus у Франції до ESOC у Німеччині в лютому. Після успішного завершення цього фінального випробування модель повністю налаштована, команди ESA повністю навчені роботі з нею, і вона офіційно передана.
Тепер команді Juice необхідно підтвердити, що льотна модель поводиться так само, як і інженерна, провівши аналогічне випробування в космосі. Однак єдина можливість простежити за великим об'єктом за допомогою навігаційної камери Juice з'явиться під час прольотів планет.
Майбутня гравітаційна допомога Місяця і Землі в серпні цього року не підходить для цього випробування. Під час цього подвійного прольоту Juice пролетить повз Місяць, а потім повз Землю менш ніж за 24 години, щоб взяти енергію в обох тіл у швидкій послідовності. Це дуже делікатний маневр, який ще ніколи не намагалися здійснити, і всі фахівці повинні бути готові миттєво відреагувати на будь-яку аномалію.
