Misja Juice w drodze na księżyc Jowisza Kallisto

Za siedem lat, w kwietniu 2031 roku, misja ESA Juice przeleci obok księżyca Jowisza Kallisto, dając naukowcom szansę na zbadanie tajemniczego, pokrytego kraterami obcego świata.

Naukowcy z centrum operacyjnym misji ESOC ESA niedawno „oszukali” model inżynieryjny (proporcjonalna, miniaturowa, działająca reprezentacja pełnowymiarowej maszyny) Juice, aby myślał, że jest już na Kallisto, aby przetestować autonomiczne oprogramowanie nawigacyjne misji. Gdy Juice dotrze do księżyca, zdaniem badaczy, duże opóźnienie w komunikacji między Ziemią a odległym księżycem Jowisza będzie oznaczać, że nie może sobie pozwolić na czekanie na odpowiedź od kontroli misji, jeśli coś pójdzie nie tak.

Chociaż astronomowie wiedzą, gdzie Kallisto będzie znajdować się w kwietniu 2031 roku, nie znają jej pozycji na tyle dokładnie, aby zagwarantować, że trajektoria lotu Juice poprowadzi ją przez pole grawitacyjne księżyca we właściwy sposób, aby idealnie ustawić ją w linii do bardzo dokładnych pomiarów naukowych.

Jak zaznaczają badacze, w czasie potrzebnym do wysyłania i odbierania wiadomości między Jowiszem a Ziemią, kierunek, w którym Juice kieruje swoje instrumenty teledetekcyjne, może zostać zakłócony i kluczowe cele misji mogą stać się nieosiągalne. Nawet niewielka rozbieżność może być zniweczyć zaplanowane cele naukowe, ponieważ niektóre instrumenty Juice muszą być skierowane na określone regiony Kallisto z dokładnością do ułamka stopnia, aby wykonać pomiary.

„Kluczowe jest, aby Juice mógł reagować sam, w zależności od warunków. Kiedy Kallisto pojawi się w polu widzenia kamery nawigacyjnej, musi być w stanie zidentyfikować ważne cechy na powierzchni księżyca, obrócić się, aby skierować na nie swoje instrumenty, a następnie kontynuować obrót, aby utrzymać je w polu widzenia, gdy przelatuje obok” – mówi Ignacio Tanco, dyrektor operacyjny lotu Juice.

Aby trenować do ważnych działań i pomóc w diagnozowaniu i rozwiązywaniu problemów napotykanych przez statki kosmiczne oddalone o miliony kilometrów, ESA używa repliki pojazdu, która pozostaje na Ziemi. Ten „model inżynieryjny” jest dokładną kopią sprzętu, oprogramowania, systemów elektrycznych i instrumentów wysyłanych w przestrzeń kosmiczną.

Zespół Juice wykorzystał model inżynieryjny do przetestowania autonomicznego oprogramowania nawigacyjnego, który utrzymuje sondę w odpowiednim torze w czasie lotu w stronę Jowisza. Badacze „oszukali” system, aby uwierzył, że znajduje się w pobliżu Kallisto, wyświetlając serię obrazów księżyca na replice kamery nawigacyjnej statku kosmicznego, aby sprawdzić, jak zareaguje. Obrazy o wysokiej rozdzielczości, wygenerowane przez model komputerowy, przedstawiały Kallisto w dokładnej orientacji i fazie, w jakiej Juice zobaczy go za siedem lat.

„Oprogramowanie nawigacyjne musiało reagować na te obrazy. Jeśli zauważyło, że zbliża się do Kallisto pod złym kątem lub jest zwrócone w złym kierunku, musiało spróbować skorygować te błędy bez naszej pomocy. Oznaczało to, że na widok Kallisto statek kosmiczny musiał reagować w czasie rzeczywistym. Próbowaliśmy zbadać, czy poradzi sobie musząc samoistnie reagować, gdy komunikacja z centrum lotu misji będzie niemożliwa” – tłumaczą naukowcy.

Zespół odniósł sukces już przy pierwszej próbie pierwszego dnia. Oprogramowanie nawigacyjne Juice namierzyło właściwe regiony Kallisto, utrzymywało instrumenty skierowane bezpośrednio na nie i bezpiecznie utrzymywało prawidłową trajektorię podczas zaplanowanego przelotu.

„Naprawdę musimy szczególnie pochwalić nasz zespół Flight Dynamics. Ich obliczenia matematyczne były trafne i pozwoliły nam przejść przez czysty przelot już przy pierwszej próbie, pomimo braku doświadczenia, które zwykle zdobywają podczas eksperymentowania z symulatorem oprogramowania. To było naprawdę niesamowite. Zaskoczyli nawet nas” – zaznaczą naukowcy z ESA.

Emil Gołoś