НАСА Mars MAVEN провел 3 месяца на грани катастрофы

Устрашающая трехчасовая презентация руководству НАСА о будущем марсианского орбитального аппарата MAVEN должна была стать самой большой проблемой для команды миссии в начале этого года. Но в то время как презентация на Земле шла гладко, сам космический корабль находился в серьезной беде за миллионы миль от нас. Когда она закончила вести презентацию в тот февральский день, Шеннон Карри, недавно назначенная главным исследователем миссии MAVEN, была уверена в работе команды, которая утверждала, что марсианская миссия должна продолжаться как минимум еще три года, аргумент, основанный на шести месяцах. изнурительной работы от команды.

Затем зазвонил ее телефон. «Наконец-то мы заканчиваем презентацию, я снова включаю все, и наш руководитель проекта немедленно звонит мне», — сказал Карри. «Теперь я думаю, что он звонит мне, чтобы сказать: «Поздравляю, ты сделал это, у тебя все отлично», а он такой: «Мы в безопасном режиме».

Безопасный режим означает, что космический корабль столкнулся с проблемой, которую он не может решить самостоятельно, поэтому он отключил все, что ему не нужно для выживания, пока инженеры на Земле не оценят ситуацию. Иногда решение простое, космический эквивалент перезагрузки интернет-маршрутизатора. Но не в этот раз. «Событие в безопасном режиме было — катастрофа слишком сильна, но я имею в виду, что мы были близки к потере космического корабля», — сказал Карри, назвав инцидент «невероятно серьезным» и «страшным».

И когда команда хотела отпраздновать окончание шестимесячной кампании по продлению миссии, время ужалило. «Это было похоже на то, что из тебя выбили ветер. В твой день рождения». MAVEN, более официально известный как Mars Atmosphere and Volatile Evolution, прибыл на орбиту вокруг Красной планеты в 2014 году. С тех пор космический корабль не только изучал марсианскую атмосферу, как обещает его название, но также выступал в качестве ключевой ретрансляционной станции для связи между НАСА и его марсианскими спускаемыми аппаратами и вездеходами, которые не могут напрямую передавать сигналы Земле.

Это не та миссия, которую НАСА хочет завершить, и действительно, в конце процесса обзора, кульминацией которого стала изнурительная презентация, агентство разрешило миссии продолжать работу еще три года. Тем не менее, MAVEN провел в космосе более восьми лет, намного дольше, чем он был изначально рассчитан, и одна конкретная часть доставляет команде проблемы.

Космический корабль несет два блока, которые инженеры называют инерциальными измерительными блоками, или IMU: одну основную версию, получившую название IMU-1, и идентичную резервную версию, названную IMU-2. Какой бы IMU космический корабль ни использовал в любой момент времени, он отвечает за поддержание MAVEN в правильном положении или ориентации в пространстве. (Отношение имеет решающее значение: такие функции, как зарядка солнечных батарей и связь с Землей, не могут выполняться должным образом, когда космический корабль теряет ориентацию.)

После того, как в конце 2017 года возникли проблемы с IMU-1, команда MAVEN переключила космический корабль на резервный блок. Но в конце прошлого года команда заметила, что блок IMU-2 начал изнашиваться намного быстрее, чем ожидалось. Поэтому в начале февраля команда вернула космический корабль в его первоначальный блок IMU-1. Две недели спустя, 22 февраля, в тот самый день, когда состоялась презентация расширения миссии MAVEN, космический корабль внезапно перестал использовать какой-либо IMU для правильного позиционирования.

«По разным причинам у обоих наших [IMU] начались проблемы», — сказал Карри. «Когда мы перешли в безопасный режим, это произошло потому, что один из них действительно завис, в основном, а затем другой просто терял время жизни».

Первой задачей было стабилизировать космический корабль, что потребовало процедуры, которую инженеры назвали прерыванием сердцебиения. Термин «предназначен не только для драматического эффекта: по сути, это все равно, что вырвать шнур из стены», — сказал Карри. «Космический корабль перезагрузил свой основной бортовой компьютер, а затем, когда это не сработало, ему пришлось переключиться на резервный компьютер, а мы никогда раньше не были на резервном компьютере».

После более чем часовой попытки космического корабля оживить IMU-1 обмен компьютерами, который также поместил MAVEN на IMU-2, состоялся. И не раньше времени: фокус космического корабля на солнце начал сбиваться, что само по себе представляло экзистенциальную угрозу. Но даже после того, как команда MAVEN решила самые насущные вопросы, ситуация оставалась опасной, поскольку команда знала, что использование IMU-2 ведет к катастрофе.

«У нас остался один ИДУ, и у нас не так много времени на него. Совсем», — сказал Карри. «Мы восстановились из безопасного режима, и тогда мы все еще были в довольно горячей воде».

Гонка по звездам

Поэтому команда приступила к разработке того, что менеджеры космических кораблей называют «всезвездным режимом». Этот режим позволяет космическому кораблю определять свое положение, сопоставляя звезды, которые он видит, со своей внутренней картой космоса. Это не так точно, как использование IMU, но у него нет ограниченного срока службы. К сожалению, для развития всезвездного режима требуется время.

Команда MAVEN намеревалась выполнить эту работу в конце этого года. «Мы уже добавили его в закладки на октябрь как« на всякий случай », думая, что делаем домашнее задание за дополнительные баллы», — сказал Карри. У космического корабля были другие идеи. Как только MAVEN стабилизировалась на IMU-2, команда постаралась как можно быстрее разработать всезвездный режим, завершив процесс вовремя, чтобы отправить соответствующие команды космическому кораблю 19 апреля, всего через два месяца после начала кризиса.

В течение примерно месяца после того, как все звезды были реализованы, команда MAVEN постепенно начала включать и проверять инструменты, хотя космический корабль должен был все время оставаться направленным на Землю, что ограничивало научные возможности миссии. Карри особенно сожалеет об утрате данных прибора MAVEN для экстремального ультрафиолета, который вообще не может наблюдать, когда космический корабль направлен на Землю.

Помимо прочего, этот прибор может измерять определенные типы ультрафиолетового и рентгеновского излучения Солнца, когда оно достигает Красной планеты. И пока MAVEN выздоравливал, солнце произвело несколько крупных вспышек, которые космический корабль пропустил. «Это настоящий кикер», — сказала она. «Пара вспышек X-класса прошла мимо Марса и столкнулась с Марсом, и MAVEN — единственный, кто мог бы их наблюдать, но не смог».

Медленное возвращение к полной работе также означало, что MAVEN провел дополнительный месяц, не имея возможности служить спутником-ретранслятором для посадочного модуля InSight и марсоходов Curiosity и Perseverance, трех роботов НАСА, которые в настоящее время активны на поверхности Марса. Хотя в этой работе участвуют и другие спутники, MAVEN несет одну из самых больших нагрузок.

Таким образом, трехмесячный сбой космического корабля означал не только сокращение научных данных MAVEN, но и общее сокращение научных исследований Марса. «Это было очень тяжело для всех наземных активов», — сказал Карри. И, в свою очередь, спасение касалось не только самого MAVEN. «Это было не просто для того, чтобы убедиться, что мы спасли наш космический корабль. Это позволило получить много данных на Марсе в целом».

Вернуться к работе

Согласно заявлению Лаборатории атмосферной и космической физики Университета Колорадо в Боулдере, где находится штаб-квартира миссии, после более чем трехмесячного простоя MAVEN наконец вернулся к своей нормальной работе в субботу (28 мая). Но эта веха не означает, что работа команды космического корабля завершена. Хотя всезвездный режим может выполнять работу для обычных операций, он недостаточно точен, чтобы безопасно наблюдать за MAVEN во время самых тонких маневров, и у космического корабля все еще остается очень мало времени на его IMU.

«Мы должны провести это лето и следующие год или два, придумывая очень умные способы прекратить использование ИДУ, когда мы обычно это делаем», — сказал Карри. «Если бы мы ничего не делали, мы бы не сделали это в следующие 10 лет». (Недавнее продление миссии предполагает, что космический корабль будет работать до 2025 года, но НАСА заявило, что хочет использовать ретрансляционные возможности MAVEN во время запланированной миссии по возврату образцов на Марс, которая в настоящее время нацелена на доставку на Землю в 2033 году.)

Карри уверена, что команда MAVEN справится и с этой задачей. «Когда вы вдруг сталкиваетесь с этой, откровенно говоря, экзистенциальной угрозой сказать: «Разберитесь, или вы потеряете космический корабль», люди это понимают. И поэтому у нас есть путь вперед, у нас есть куча идей для начала тестирования», — сказала она. «Все ли улажено? Нет. Потребуется гораздо больше работы, чтобы найти несколько умных способов сделать это. Но опять же, это очень, очень, очень творческая и умная команда».

Между тем, теперь, когда MAVEN вернулся к нормальной работе, предстоит провести ценную научную работу в отношении атмосферы Марса. В частности, Карри взволнован предстоящими данными, которые покажут, как атмосфера реагирует на возрастающую активность солнца. Солнечная активность колеблется в течение 11-летнего солнечного цикла, и сейчас звезда находится на подъеме, который, по прогнозам ученых, достигнет пика примерно в 2025 году.

«Солнечный цикл только начинается прямо сейчас, и до пика еще как минимум 18 месяцев, поэтому мы очень рады возможности вернуться к работе в полном объеме», — сказал Карри. А солнечный максимум 2025 года особенно интригует, поскольку ученые ожидают, что он совпадет со следующим серьезным сезоном пыльных бурь на Красной планете.

Летом в южном полушарии погодные условия могут вызывать пыльные бури, настолько сильные, что некоторые из них охватывают всю планету. Сейчас на Марсе сезон пыльных бурь, и MAVEN также наблюдал за предыдущими сезонами, но выравнивание циклов повышает ставки.

«MAVEN будет наблюдать самые экстремальные условия, которые когда-либо были, потому что будет пыль, так что это будет драйвер снизу, а затем экстремальная солнечная активность как драйвер сверху», — сказал Карри о заманчивой возможности 2025 года. «Мы очень хотим вернуться к этому».