Evropský teleskop Integral přešel 22. září kolem poledne do tzv. bezpečného režimu. Jeden ze tří aktivních palubních silových setrvačníků se bez varování vypnul a přestal se točit, což způsobilo, že teleskop sám začal rotovat. V důsledku této rotace začalo pozemní středisko přijímat data pouze přerušovaně a navíc se rychle vybíjely palubní akumulátory. Energie zbývala jen na pár hodin a tak se už zdálo, že 19 let fungující mise bude ztracena. Tým zodpovědný za řízení letu teleskopu Integral společně s týmy zodpovědnými za letovou dynamiku a pozemní stanice v řídícím středisku ESOC, ale i týmy ve středisku ESAC a experti z Airbus Defence & Space se okamžitě pustili do práce. Na dlouhé přemýšlení nebyl čas. Přesto se podařilo rychle přijít na důmyslné řešení a mise byla zachráněna.

Událost označovaná jako SEU (Single Event Upset) nastává ve chvíli, kdy nabitá částice zasáhne citlivou část elektronického vybavení a způsobí ve výpočtu změnu stavu, čímž naruší celou funkci. Tyto nabité (ionizované) částice často pochází ze Slunce, které do svého okolí vyvrhuje hmotu a energii při solárních erupcích či výronech koronální hmoty. „Neřekl bych, že tato SEU byla způsobena naší blízkou, někdy trochu nevrlou hvězdou. Zásah přišel v den, kdy nebyla pozorována žádná související aktivita kosmického počasí,“ vysvětluje Juha-Pekka Luntama, šéf oddělení kosmického počasí v agentuře ESA a dodává: „Na základě diskuse s našimi kolegy z Týmu pro řízení letu se zdá, že anomálie byla spuštěna nabitou částicí zachycenou v radiačních pásech kolem Země.“

Odborníci při řešení problémů teleskopu Integral.
Zdroj: https://www.esa.int/

Takzvané van Allenovy radiační pásy jsou dvě oblasti ve tvaru americké koblihy, které obkružují Zemi. Nabité částice se v nich mohou zachytit vlivem zemského magnetického pole. Jejich vlastnosti se liší podle úrovně sluneční činnosti a za určitých okolností mohou představovat riziko pro družice i astronauty na oběžné dráze, kteří skrz ně prolétávají. Jelikož se nejnižší bod oběžné dráhy teleskopu Integral nachází jen 1500 km nad zemským povrchem, prochází při svém oběhu oběma radiačními pásy. Integral využívá silové setrvačníky (kola, která ve své rotaci ukládají energii) k drobným změnám směru, kterým teleskop míří, aniž by bylo potřeba používat raketové motory.

Jeden ze tří setrvačníků nyní náhle přestal pracovat. V důsledku neoblomného zákona o zachování energie se musela energie předtím uložená v setrvačníku někam přesunout – začal se tedy otáčet celý teleskop. Jeho rotace aktivovala pohotovostní režim s bezpečnou orientací. Ten však vlivem dřívějších problémů nebyl spolehlivý a nedokázal stroj správně stabilizovat. Silový setrvačník byl pozemními týmy opětovně aktivován, ovšem teleskop stále rotoval rychlostí zhruba 17 stupňů za minutu (jednu otočku by dokončil zhruba každých 21 minut) a kromě toho se ještě nepředvídatelně „vrtěl“ podél svých rotačních os. To sice nezní moc závažně, ale stačí jen říct, že se teleskop otáčel 5× rychleji než je maximální povolená rychlost otáčení v řízeném režimu.

Schéma řešení problému s teleskopem Integral.
Zdroj: https://www.esa.int/

„Data, která přicházela z Integralu byla přerušovaná. Zachytávali jsme jen krátké útržky kvůli rotaci teleskopu. To celou analýzu ještě více zkomplikovalo,“ vzpomíná Richard Southworth, provozní manažer mise a dodává: „Akumulátory se vybíjely, protože doba, kdy fotovoltaické panely mířily ke Slunci, byla pokaždé jen krátká.“ Prvním velkým úkolem bylo snížit spotřebu energie, aby týmy získaly čas navíc. První odhady hovořily o tom, že do vybití energie a ztráty mise zbývají pouhopouhé tři hodiny! Krok po kroku byly vypínány jednotlivé přístroje a všechny zbytné systémy, což prodloužilo zbývající čas na více než šest hodin. Dalším krokem bylo zastavení rotace.

Umělecká představa teleskopu Integral.
Zdroj: https://www.esa.int/

Díky podpoře od průmyslových expertů se týmům z ESOC podařilo analyzovat stav silových setrvačníků. Na základě těchto dat vytvořili sérii pokynů pro změnu jejich rychlostí, což mělo ve výsledku zastavit otáčení teleskopu. Pozdě odpoledne byly příkazy odeslány na teleskop a okamžitě bylo jasné, že řešení bylo úspěšné. Uplynuly ale ještě tři dlouhé hodiny než byl teleskop opět pod kontrolou a mimo bezprostřední ohrožení. „Všichni jsme si zhluboka oddechli. Tohle bylo opravdu hodně těsné a nám se nesmírně ulevilo, že jsme dostali sondu z tohoto stavu klinické smrti,“ popisuje Andreas Rudolph, šéf Divize astronomických misí v Oddělení operačních misí střediska ESOC a dodává: „Většina členů řídících týmů pracovala v danou chvíli z domovů. Já jsem třeba celou operaci sledoval z vlaku. Všichni pracovali až do rána, aby byl teleskop plně stabilní, správně orientován v prostoru a mířil fotovoltaickými panely ke Slunci, aby dobil akumulátory.“

Bohužel o několik hodin později, když se tým opět sešel, aby projednal další kroky, se Integral opět začal otáčet. Jeho setrvačníky se tentokrát roztočily velkou rychlostí. Příčina této anomálie zatím nebyla kompletně objasněna, ale předpokládá se, že souvisela se zákrytem či oslepením sledovače hvězd, se kterým si řídící systém nedokázal správně poradit. K takové situaci mohlo dojít ve chvíli, kdy zemský disk vstoupil do zorného pole sledovače hvězd, pomocí kterého se teleskop orientuje. Planeta tak zastínila hvězdy a počítač najednou nevěděl, co dělat. Týmy proto zopakovaly kroky z minulých dní, aby se teleskop stabilizoval a dosáhl požadované orientace vůči Slunci – jen tentokrát tak, aby sledovače hvězd měly nerušený výhled. V tomto případě trvalo řešení jen několik hodin. Experti totiž mohli v praxi uplatnit zkušenosti, které pracně získali při prvním problému.

Teleskop Integral.
Zdroj: https://www.pulskosmosu.pl/

Od té doby je Integral pod kontrolou a od 27. září jsou všechny systémy opět funkční. Prvního října, po prodloužené kontrolní fázi se palubní přístroje vrátily zpět k vědeckým pozorováním vysokoenergetického vesmíru. Jedním z prvních cílů, na které se má Integral zaměřit, bude pozorování masivních hvězd v souhvězdí Orionu a studování účinků na okolí, když se z nich stanou supernovy. „Vrátili jsme se také k pozorování „příležitostných cílů“. To znamená, že Integral znovu rychle reaguje na objevy neočekávaných explozivních událostí ve vesmíru,“ raduje se Erik Kuulkers, vědec z ESA zapojený do projektu.

Jak již bylo uvedeno výše, nebylo to poprvé, co téměř dvacet let starý teleskop nadělal řídícímu středisku potíže. Minulý rok Integral pravděpodobně naposledy plánovaně použil své raketové motory kvůli závadě pohonného systému. Právě tento nedostatečně funkční pohonný systém způsobil, že za normálních podmínek snadno řešitelný nouzový režim byl v tomto případě neúčinný. Jelikož je tento režim nyní vypnutý, vytváří řídicí tým novou automatickou mimořádnou sekvenci. Ta by měla napodobit mnoho operací provedených po této anomálii, jen by to zvládla mnohem rychleji.

Vnitřní stavba teleskopu Integral.
Zdroj: https://eoportal.org/

Když pohonný systém selhal, odborníci si uvědomili, že se budou muset naučit, jak manévrovat s čtyřtunovým teleskopem pouze pomocí vysoce citlivých setrvačníků, které nyní v pravidelných intervalech odvádějí energii a vyvažují sily, které ovlivňují teleskop (včetně mírného působení slunečního záření). Bylo to řešení, které dosud nikdo nevyzkoušel. „Nejprve jsem nevěřil, že to bude možné. Když jsme si to ověřili u našich kolegů z oddělení letové dynamiky, tak teorie naznačovala, že to bude fungovat. Po simulaci jsme to vyzkoušeli na samotném teleskopu. A ono to fungovalo,“ vzpomíná Richard Southworth a dodává: „Díky našemu pohotovému týmu a pomoci odborníků z celého odvětví Integral dál žije. Je mu téměř dvacet let a zdaleka překonává očekávání, protože byl plánován jako pětiletá mise.“

Přeloženo z:
https://www.esa.int/

Zdroje obrázků:
https://www.esa.int/…/images/2001/11/integral/9208091-6-eng-GB/Integral.jpg
https://www.esa.int/…/The_Integral_Flight_Control_Team_set_to_work_rescuing_the_mission.jpg
https://www.esa.int/…/23531557-1-eng-GB/Three_hours_to_save_Integral_what_happened.png
https://www.esa.int/…/9135887-5-eng-GB/Artist_s_view_of_Integral.jpg
https://www.pulskosmosu.pl/wp-content/uploads/2015/09/integralh-11.jpg
https://eoportal.org/ftp/satellite-missions/i/INTEGRAL_190721/INTEGRAL_Auto31.jpeg