Rosetta: победа в серьёзном поражении

Технический перевод статьи журнала ROOM, № 2(8) 2016

Во второй из серии четырёх эксклюзивных статей для нашего журнала ROOM он вспоминает об отсрочке старта, которая ставила под угрозу весь космический полёт, и о последующей повторной переподготовке, которая закончилась выбором новой кометы-объекта.

Утром 12 декабря 2002 года я прибыл в свой офис и заметил, что Андреа Аккомаццо, мой заместитель руководителя полётными операциями космического аппарата, находится в соседнем кабинете, принадлежащем Манфреду Ворауту, руководителю сегмента наземных операций Rosetta. Он поинтересовался, насколько я в курсе того, что происходит?

По выражению моего лица он понял, что я не знаю, о чём он говорит, и он соответственно просветил меня, что ночью произошёл сбой в запуске Ariane 5. Это был последний запуск Ariane 5 перед стартом Rosetta, который мы планировали на 13 января 2003 года, а неудачный запуск на данном этапе мог означать продолжительную отсрочку в запуске Rosetta, чем все мы были очень обеспокоены.

В ожидании более конкретных известий проектные и отраслевые группы в Куру, Французская Гвиана, продолжали готовить космический корабль к запуску, и мы, взяв с них пример, стали работать над своей программой моделирования.

Так или иначе, Манфред вытащил из своих файлов письменную справку, в которой были подведены итоги работы, проведённой нашими аналитиками миссии, в которой перечислены пять потенциальных альтернативных кандидатов для миссии Wirtanen. Эти данные готовились задолго руководителем проекта, но держались в секрете, чтобы избежать любых возможных спекуляций по поводу задержек запуска. В тот же день Манфред попросил аналитика миссии посмотреть на этих альтернативных кандидатов и подготовиться к работе с ними.

Мы запланировали последние моделирования таким образом, чтобы у членов команды управления полётом получились короткие рождественские каникулы. Команды были освобождены незадолго до Рождества, а 1 января 2003 года все руководители групп были уже на заседании Европейского центра космических операций (ЕСОК), чтобы пересмотреть план последних подготовительных мероприятий перед запуском. Мы всё ещё продолжали готовиться к запуску и были очень мотивированы, даже несмотря на то, что давление и нагрузка по-прежнему были довольно высокими.

Вечером 6 января мы с Манфредом отправились в Берлин для участия в специальном общественном мероприятии, организованном ЕКА и DLR, Немецким космическим агентством, чтобы представить миссию Rosetta. Когда мы прибыли в Берлин, мы поняли, что неофициально все уже знали, но ещё не было публично объявлено: EКA отменяет запуск Rosetta из-за продолжающегося расследования декабрьского отказа Ariane 5, так как риски, связанные со стартом, были слишком высокими без полного объяснения причин недавнего сбоя.

Публичное заявление последовало на следующий день. Мы с Манфредом, вернувшись в Дармштадт, созвали членов команды управления полётом для совещания в комнате D217. Это был очень сложный момент, похожий на тот, что мы оба пережили несколько лет назад, когда был разрушен кластер в верхней части первой ракеты-носителя Ariane 5.

Команда была уже в курсе плохих новостей, но мы должны были попытаться сохранить бодрость духа. Мы все знали, что отмена запуска означает потерю целевой кометы-объекта и что нет никакой гарантии, что на данном этапе мы в состоянии найти жизнеспособную альтернативную миссию.

Я понимал, что многие из наших коллег уже строили планы на свою профессиональную и личную жизнь, которые были связаны с запуском Rosetta. Задержка запуска даже на нескольких месяцев, вероятно, означает, что моя команда при следующем возможном запуске уже не будет такой же, как эта, которая есть у меня сегодня.

В ближайшие дни до нас дошли чёткие инструкции руководства EКA: мы должны найти новую миссию, новую целевую комету и новую траекторию, которая допускала запуск в течение ближайших 2,5 года. Конечно, необходимое ускорение, максимальное и минимальное расстояние от Солнца и Земли не могут слишком сильно расходиться с теми значениями исходной траектории Wirtanen, а продолжительность полёта должна составлять, как и изначально предполагалось, девять лет. Наконец, сама комета должна быть схожей по размеру, и в любом случае не больше 2-3 км в радиусе (радиус Wirtanen составлял 0,6 км).

Мало того, что наши аналитики миссии должны найти решение в ближайшие несколько недель, но и команда космического корабля в Куру столкнулась с неожиданными обстоятельствами: Rosetta был полностью заправлен и не мог слишком долго оставаться в этом состоянии; они должны были изобрести безопасный способ удалить топливо из баков перед тем, как отправить космический аппарат на консервацию.

Отмена запуска, однако, также имела и свою положительную сторону. В частности, новая версия встроенного программного обеспечения космического аппарата, уже готовая к загрузке в полёте (июль 2003 г.), могла быть завершена и введена в память ППЗУ космического корабля, пока он ещё находится на земле.

Кроме того, у нас было время, чтобы провести тщательную проверку технологической модели (EQM), которая на тот момент транспортировалась для установки в служебном здании ESOC, где она должна находиться в течение всего космического полёта в качестве инструмента для проведения испытаний, обучения и устранения неполадок. Этот факт позволил нашей команде управления полётом принять участие в мероприятиях по проверке и подтверждении соответствия, при этом совершенствуя свои основные познания о функциях космических аппаратов во всём многообразии и реалистичности тестовых сценариев.

Весной 2003 года, после проверки всех пяти кандидатов миссии и отсева большинства из них, были выбраны и утверждены новая комета-объект и траектория полёта: запуск состоится в конце февраля 2004 года (12,5 месяцев спустя), продолжительность полёта составит на один год дольше (из-за дополнительной пертурбационной траектории Земли в первый год полёта), целевая комета 67P / Чурюмов – Герасименко больше, чем Wirtanen, с предполагаемым радиусом 2 км.

Новая миссия означает, что мы должны были переосмыслить некоторые из наших этапов космического полёта. В частности, одна из основных проблем будет иметь место во время пертурбационной траектории Марса, в настоящее время планируемой на февраль 2007. По новой траектории Розетта будет лететь в тени планеты, что означает работу в течение 24 минут без солнечного света на солнечных панелях. Изначально космический аппарат разрабатывался с тем, чтобы всегда лететь при солнечном свете, как это складывалось в случае траектории к Wirtanen.

К счастью, Rosetta был оснащён тремя маленькими батареями, чтобы предусмотреть некоторые обстоятельства запуска, когда пусковая установка будет нести его через затмение Земли, так что мы могли рассчитывать по меньшей мере, что две из них будут доступны и работоспособны после трёх лет полёта.

К тому же бортовое программное обеспечение должно быть выполнено таким образом, что обнаружение и устранение отказов не будет толковать отсутствие солнечного света на панелях как отказ. В свою очередь, весь сценарий пертурбационной траектории следует повторно разработать, чтобы создать конфигурацию космического аппарата, которая сведёт к минимуму потребление энергии во время пребывания в тени. Это была не простая задача, но у нас было три года, чтобы придумать решение, и мы были уверены, что мы найдём хотя бы одно.

В октябре 2003 года мероприятия по запуску возобновились как в Куру, так и в нашем центре управления, в Дармштадте. Как и следовало ожидать, мы должны были претерпеть несколько важных изменений в команде. Например, Сильвен Лодьо, наш специалист системы управления полётом, в течение года покинул ESOC.

В целом, однако, обновлённая оперативная обстановка была не так плоха, как мы изначально опасались. На самом деле, благодаря запуску Mars Express в июне 2003 года, межпланетный зонд унаследовал многие из подсистем Розетты и имел очень похожее бортовое программное обеспечение; некоторых из членов команды Rosetta можно было использовать для этой миссии в ожидании нового старта Rosetta, чтобы их опыт не пропал даром.

Таким образом, мероприятия по новому моделированию были проведены с более надёжными бортовым программным обеспечением и наземными системами. Благодаря месяцам практики с EQM, а также лётному опыту, накопленному Mars Express, команда управления полётом стала также более опытной и хорошо подготовленной.

После двух неудавшихся попыток старта 26 и 27 февраля – первой из-за плохих погодных условий, а второй из-за проблемы пусковой установки – 2 марта 2004 года мы, наконец, увидели уход ракеты Ariane 5 в тёмную ночь Куру.

После преодоления какого-то расстояния ракетой и после первого радиосигнала от Rosetta напряжение на Главном пульте управления спало: космический аппарат был там, в идеальном здоровом состоянии и говорил с нами.

Когда наша команда динамики полёта предоставила первые оценки траектории вывода на орбиту, стало ясно, что Ariane 5 проделала прекрасную работу, доставив Rosetta на межпланетную траекторию, очень близко к номинальному выходу из сферы притяжения. Это позволило нам сэкономить около 180 кг топлива, что мы несли на борту, так что мы могли использовать часть его для выполнения пары облётов астероида во время круиза, сохраняя при этом оставшуюся часть в качестве драгоценного резерва для длительного полёта. Много лет спустя мы понимаем, насколько важен такой дополнительный резерв для успешного выполнения миссии.

Первые месяцы полёта были посвящены проверке функционирования всех бортовых систем и научной аппаратуры. Космический аппарат работал отлично, только с некоторыми сюрпризами в температурном режиме, которые мы могли бы решить путём обновления наших процедур эксплуатации и модификации некоторых бортовых программ. Первый волнующий момент – достижение ближайшей точки к Солнцу в мае 2004 года, вплоть до 0,88 астрономических единиц (AU).

Минимальное расстояние 132 млн км на 24 мая составило только 0,03 AUS, ближе, чем минимальное расстояние, запланированное в миссии Wirtanen. Тем не менее этого оказалось достаточно, чтобы нагреть сторону корабля, подвергаемую воздействию солнца, до гораздо более высоких температур, чем первоначально планировалось, близких к эксплуатационным пределам различных узлов космического аппарата.

После первых критических этапов Андреа Аккомаццо также покинул команду, чтобы позаботиться о подготовке миссии Venus Express. Он в отделе, в том же коридоре, работает с космическим кораблём, очень похожим на Rosetta.

В течение всего 2004 года важные мероприятия проводились главным образом в ночное время, так как Rosetta летит к Солнцу, и мы использовали наземную станцию ​​ New Norcia в Австралии, чтобы поддерживать радиосвязь с Землёй.

Такие условия оказывали значительную нагрузку на команду, и к концу года мы все были совершенно измотаны. После завершения стадии ввода в эксплуатацию, в ноябре 2004 года, мы ожидали более спокойного периода за нескольких недель до Рождества, после которого мы приступим к подготовке первой пертурбационной траектории Земли.

Но Rosetta решил напомнить нам, что впереди нас ждёт долгий и трудный путь: во время небольшой коррекции траектории манёвра в конце ноября непонятная ошибка в бортовом программном обеспечении переводит космический аппарат в безопасный режим, «подарив» нам несколько часов восстановительных работ в ночное время.

И всего лишь одну неделю спустя другая программная ошибка, связанная со срабатыванием первого безопасного режима, приводит ко второму переключению режимов безопасности и другой долгой ночи восстановительных работ. Обе эти проблемы были быстро выявлены и решены, но теперь мы имели чёткое представление, что наши ближайшие годы не будут столь просты, как нам хотелось бы надеяться.

Первая пертурбационная траектория Земли планировалась на март 2005 года, ровно через год после запуска. Мы воспользовались возможностью благоприятных геометрических условий использовать Луну в качестве расширенной цели в поле зрения навигационной камеры, чтобы проверить, по крайней мере частично, так называемый «режим облёта астероида» (Asteroid Fly-by Mode). Это был режим управления ориентацией, который мы планировали использовать в полёте только в двух случаях короткого облёта астероидов Штейнса в 2008 и Лютеции в 2010 году.

Все эти мероприятия держали нас в напряжении в течение нескольких месяцев подготовки, но были в конечном счёте довольно успешно осуществлены. В конце марта 2005 года Rosetta оставляет Землю во второй раз – на этот раз ради более крупной гелиоцентрической орбиты к Марсу, которую мы достигнем в феврале 2007 года. С первой длинной – спокойной круизной дуговой – траекторией впереди наконец-то начинается реальное межпланетное путешествие.

Автор материала:

Технический перевод статьи журнала ROOM

Оригинал статьи можно прочитать по этой ссылке
Astronautics Rosetta overcomes major setback
 журнал ROOM №2 (8) 2016