Evropská sonda JUICE (Jupiter Icy Moons Explorer) je připravena na svůj gravitační manévr u Venuše, ke kterému dojde 31. srpna. Pozemním týmům se úspěšně podařilo vyřešit komunikační anomálii, která sondě dočasně zkomplikovala kontakt se Zemí. Problém, který se objevil 16. července během rutinní komunikace s pozemní stanicí, dočasně narušil schopnost JUICE přenášet na Zemi telemetrické údaje o svém stavu a stavu palubních přístrojů. Díky svižné a koordinované akci v podání týmů ve středisku ESOC v německém Darmstadtu, do které se zapojili i výrobci sondy JUICE z firmy Airbus, byla komunikace obnovena včas, aby se sonda mohla připravit na nadcházející setkání s další planetou.
Anomálie začala, když komunikační anténa evropské sítě ESTRACK ve španělském Cebreros nedokázala navázat kontakt se sondou JUICE v plánovaném termínu 16. července ve 4:50 SELČ. Prvotní kontroly vyloučily závadu na pozemní stanici, což vedlo k eskalaci problému a aktivizaci kontrolního týmu JUICE v ESOC. Pokusy o spojení s kosmickou sondou přes stanici ESA v lokalitě New Norcia také selhaly, což potvrdilo, že problém byl na palubě. Jelikož chyběl signál i telemetrie, začali se inženýři obávat, že sonda vstoupila do tzv. bezpečného režimu. Jde o konfiguraci poslední záchrany, která se spouští v případě selhání více palubních systémů. V takovém stavu se sonda pomalu otáčí, takže její anténa směřuje k Zemi jen jednou za hodinu. Ovšem zvláštní bylo, že nebyl zachycen žádný, tedy ani přerušovaný signál. „Ztráta komunikace se sondou je jedním z nejvážnějších scénářů, jakým můžeme čelit,“ přiznává Angela Dietz, manažerka provozu sondy JUICE a dodává: „Bez telemetrie je mnohem náročnější diagnostikovat a vyřešit prvotní příčinu problému.“
Zdroj: https://www.esa.int/
Pozornost se postupně zaměřila na komunikační subsystém. Inženýři spekulovali buďto o nesprávném zarovnání středněziskové antény sondy JUICE, nebo o závadě na vysílači signálu, či zesilovači. Byly zvažovány dvě opravné strategie. První by obnášela čekání na další automatický restart sondy během 14 dní, druhá počítala s vysláním „slepého“ pokynu do vesmíru směrem, kde by se měla sonda nacházet. Pak už by se jen čekalo a věřilo, že sonda signál zachytí jednou ze záložních nízkoziskových antén. „Čekání nepřipadalo v úvahu,“ vysvětluje Angela a pokračuje: „Museli jsme jednat rychle. Čekat dva týdny na restart by znamenalo zpozdit důležité přípravy na průlet kolem Venuše.“
Vyslání slepého signálu bylo náročné. JUICE se nacházela asi 200 milionů kilometrů od Země a z našeho pohledu skoro za Sluncem. Každému pokusu o vyslání signálu trvalo 11 minut, než k sondě dorazil a pak musel tým čekat dalších 11 minut, aby zhodnotil, zda byl předešlý pokus úspěšný. Šest pokusů o otočení středněziskové antény k Zemi se minulo účinkem. Snahy o záchranu pokračovaly i přes noc a trvaly skoro 20 hodin. Jejich cílem bylo manuálně aktivovat palubní komunikační systémy JUICE. Nakonec jeden pokyn uspěl – dostal se k JUICE a vyvolal její reakci. Pokyn aktivoval zesilovač signálu, který zvýšil sílu signálu, který JUICE posílá k Zemi. Kontakt tak byl znovu navázán a ukázalo se, že sonda je v perfektním stavu. Nedošlo k selhání žádného systému, veškerá telemetrie byla normální. Jako prvotní příčina problému byla později určena chyba v softwarovém časování. Softwarová funkce, která zapíná a vypíná zesilovač signálu, spoléhá na vnitřní časovač. Ten neustále přičítá čas a jednou za 16 měsíců se restartuje a začíná opět od nuly. Pokud funkce náhodou používá časovač v okamžiku restartu, zesilovač zůstane vypnutý a signál ze sondy je příliš slabý na to, aby byl detekován ze Země.
„Byla to drobná chybička, ale my byli připraveni ji prozkoumat a vyřešit,“ uvádí Angela a dodává: „Identifikovali jsme několik možných způsobů, jak zajistit, aby se to už neopakovalo a nyní zvažujeme, které řešení bude nejlepší pro implementaci.“ Navzdory vysokým rizikům a technické složitosti se týmu ESA podařilo obnovit provoz s minimálními přerušeními. „Byl to učebnicový příklad týmové práce pod tlakem,“ hodnotí Angela a dodává: „Díky klidnému a metodickému přístupu týmu jsme byli schopni obnovit funkci JUICE bez trvalých následků pro misi.“ Když je teď anomálie vyřešena, mohl se tým kolem mise JUICE vrátit k přípravám na průlet kolem Venuše. JUICE se k této planetě maximálně přiblíží 31. srpna v 7:28 SELČ, čímž zakončí svůj druhý z celkem čtyř plánovaných gravitačních manévrů.
Sonda navržená pro práci v chladném a temném prostředí u Jupiteru se musí přizpůsobit intenzivnímu slunečnímu žáru v okolí Venuše. Aby ochránila citlivé díly, používá sonda svou vysokoziskovou anténu jako tepelný štít. Vzhledem k teplotním omezením nemohou být palubní vědecké přístroje aktivní během průletu, takže nevzniknou žádné fotky. Aby se JUICE vydala přímo k Jupiteru, musela by opustit Zemi rychlostí 11 km/s. Ovšem JUICE je jednou z nejtěžších meziplanetárních sond, jaké kdy byly vypuštěny – váží skoro 6 tun. Tak masivnímu nákladu dokázala nosná raketa Ariane 5 udělit únikovou rychlost 2,5 km/s. Sonda proto využívá gravitační manévry, aby posbírala zbytek potřebné rychlosti. Na konci tohoto týdne tedy využije gravitace Venuše, aby upravila svou dráhu kolem Slunce a vůči Zemi tak zrychlila, aniž by musela spotřebovat velké množství paliva.
Průlet kolem Venuše poskytne sondě JUICE výrazné urychlení. Až se příště (v září 2026) setká se Zemí bude mít sonda již požadovanou rychlost 11 km/s potřebnou k dosažení Jupiteru. Ovšem Jupiter v té době ještě nebude na správném místě, aby k němu mohla sonda rovnou vyrazit. JUICE proto průlet kolem Země v příštím roce využije k lehké úpravě své trajektorie. Po jednom oběhu kolem Slunce se k Zemi naposledy vrátí v lednu 2029. Tento průlet už poslouží k vyslání JUICE k Jupiteru, se kterým se setká v červenci 2031.
Zdroj: https://www.esa.int/
Překlad: Dušan Majer
Přeloženo z:
https://www.esa.int/
Zdroje obrázků:
https://www.esa.int/…/juice_s_flyby_of_venus_close-up/23992257-1-eng-GB/Juice_s_flyby_of_Venus_close-up_pillars.png
https://www.esa.int/…/images/2021/06/juice_antenna/23354479-1-eng-GB/Juice_antenna.jpg
https://www.esa.int/…/2022/12/juice_s_journey_to_jupiter/24641025-9-eng-GB/Juice_s_journey_to_Jupiter.jpg
Dobrá práce. Chybička se vloudit může, ale ESA má dostatek zkušeností z meziplanetárních sond, aby sondu zachránila. Téměř jistě by fungovalo i druhé bezpečnostní opatření – restart po 14 dnech.
Nechápu ale tu únikovou rychlost 2,5 km/s. Pro odlet od Země potřebujete 3,2 km/s. Nebo byla sonda už v takové vzdálenosti od Země, že jí 2,5 km/s v okamžiku dohoření motoru stačilo?
orbitální mechanika je složitá a často málo intuitivní… tím, že JUICE opustila Zemi s relativně nízkou rychlostí (2,5 km/s vůči Zemi), její výsledná dráha kolem Slunce ji zavede dovnitř – blíže ke Slunci, tedy směrem k Venuši, kde díky gravitačnímu manévru rychlost nabere, podobně jako při dalších dvou průletech kolem Země. Takže prvních šest let nabíráte rychlost, abyste pak za dva a půl roku „se vystřelili“ k Jupiteru, ale zase ne tak rychle, aby vás Jupiter zvládl zachytit a vy jste jen neproletěli kolem něj .)) Je to fakt magie a klobouk dolů, že se ESA podařilo vyřešit problém s nekomunikující sondou, protože její ztráta by byla pro ESA velice závažná.
wau, stastie ze sa ten bug objavil kym bola sonda blizko tu na okoli.. niekde na pol ceste k Jupiteu by to bolo tazsie ju nahodne trafit signalom..
inak zaujmava situacia, taketo nieco sa neda objavit ani dlhodobym testovanim a chytit takyto hranicny testcase procesne to musi byt velmi dobra komunikacia medzi designerom, developerom, testerom.. ..proste totalna smola..
Na cestě k Jupiteru by se muselo čekat těch 14 dní do samostatného restartu sondy. Nebo ji trefit silným signálem ze 70 m antény DSN. Teď nejspíš použili slabší vysílače ESOC.
pravda, ten auto restart mi vypadol
Na wikině je tabulka, která uvádí 2,5 km/s pro Venuši, zároveň ale uvádí celkové delta v 11,2 km/s a 3,5 km/s pro odlet z LEO k Venuši. Takže potřebujete mít 2,5 km/s při opuštění zemského gravitačního pole, z LEO ale musíte zrychlit o 3,5 km/s proti směru letu Země – zpomalit pro Venuši. Odstavec Interplanetary https://en.wikipedia.org/wiki/Delta-v_budget
Zmiňovaných 2,5 km/s byla rychlost, kterou sonda měla vůči Zemi při opouštění zemského gravitačního pole („v nekonečné“ vzdálenosti od Země).
Použití pojmu úniková rychlost / escape velocity, je jak v původním, tak v přeloženém článku matoucí, protože tenhle pojem se používá pro nejnižší možnou rychlost, kterou musíme tělesu udělit, aby právě opustilo gravitační pole (tj. aby „v nekonečnu“ jeho rychlost klesla právě na 0). Takže úniková rychlost z povrchu Země je známých 11,2 km/s. Úniková delta-v z LEO (tj. kolik je třeba přidat k již existující rychlosti na LEO) je cca 3,2 km/s. V obou případech gravitace Země vzdalující se sondě „užere“ postupně toto delta-v, až se v nekonečnu sonda vůči Zemi zastaví (tj. v praxi buď bude obíhat okolo Slunce po dráze prakticky identické s drahou Země, nebo zase spadne zpět na Zemi).
Aby se vůči Zemi nezastavila, tj. aby pak měla heliocentrickou dráhu odlišnou od té zemské, je třeba udělit ještě větší delta-v. Ariane 5 tedy sondě udělila veliké delta-v, celkově nějakých asi 11,5 km/s. Většinu z toho sežrala zemská gravitace, a těch 2,5 km/s je to, co zbylo. Anglicky se to označuje jako hyperbolic excess speed (v∞).