НАСА едва не потеряло марсианский орбитальный аппарат MAVEN. Что произошло?
В конце февраля, в те же часы, когда НАСА одобрило продление миссии до 2025 года, зонд MAVEN перешел в безопасный режим из-за неисправности в системе поддержания ориентации. Это история о том, как команда управления миссией спасла не только зонд, но и научную кампанию марсохода и лендера.
Зонд MAVEN - сокращение от Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN - находится на орбите Красной планеты уже почти восемь лет. Запущенный в ноябре 2013 года, он достиг места назначения в сентябре 2014 года, расположившись на эллиптической орбите размером 150 x 6200 км, наклоненной на 75°.
Как следует из названия, главная цель MAVEN - изучение марсианской атмосферы. В частности, его нынешний вид, его прошлое и в целом климатическая история Марса. Однако этот зонд не так известен, как должен быть, учитывая объем работы, которую он выполняет ежедневно в поддержку миссий на поверхности.
Лендеры, такие, как InSight, и роверы, такие как Curiosity и Perseverance, не смогли бы отправить на Землю тот объем данных, который они ежедневно передают, без помощи MAVEN и других орбитальных аппаратов, таких как MRO, TGO, Mars Odissey и Mars Express. Они составляют так называемую Марсианскую ретрансляционную сеть, сеть спутников, которые действуют как посредники между наземными аппаратами и роверами и сетью Deep Space Network на нашей планете.
22 февраля, в те же часы, когда НАСА подтвердило продление миссии MAVEN до 2025 года, зонд перешел в безопасный режим. Безопасный режим - это аварийный режим, в котором зонд "самосбрасывается", когда сталкивается с проблемой, которую не может решить самостоятельно.
На практике все приборы, не являющиеся строго необходимыми для выживания миссии, отключаются в ожидании решения, которое должно прийти с Земли. Существует множество причин, по которым зонд может перейти в безопасный режим, и многие из них имеют довольно простой путь решения. Это был не тот случай. По словам Шеннон Карри, главного исследователя миссии MAVEN: "Мы были близки к тому, чтобы потерять зонд".
Чтобы полностью понять, что произошло четыре месяца назад, необходимо рассказать о некоторых приборах на борту MAVEN, так называемых блоках инерциальных измерений (IMU). Их задача - рассчитать ориентацию зонда в трех измерениях пространства в любой момент времени, а затем убедиться, что он может поддерживать нужное положение. Поддержание ориентации означает направление панелей на Солнце или антенн на Землю, и понятно, насколько катастрофичным может быть сбой в работе этих компонентов.
MAVEN устанавливает - для обеспечения резервирования - два идентичных IMU, незамысловато названых IMU-1 и IMU-2. IMU-1 использовался до 2017 года, когда он начал давать сбои. Поэтому команда управления решила перейти на использование IMU-2. Однако резервный компонент показал признаки износа уже в конце 2021 года, раньше, чем ожидалось.
Такое поведение привело к возвращению к использованию IMU-1 в начале февраля 2022 года. Уже через пару недель появились первые проблемы с поддержанием ориентации. Ни один из IMU, казалось, больше не работает должным образом. Как сообщила сама Шеннон Карри:
"Безопасный режим был активирован, когда один из них окончательно сломался, а второй подошел к своему рабочему концу".
Первым решением, которое было предпринято для стабилизации MAVEN в надежном положении, был перезапуск основного компьютера на борту, но безуспешно. В этот момент его переключили на резервный бортовой компьютер. Эта вторая попытка была успешной при условии, однако, что используются как бортовой компьютер, так и резервный IMU, чего раньше никогда не было. Это как покинуть тонущий корабль и очутиться посреди океана на гребной лодке.
Именно в этот момент группа специалистов проекта поняла, что придется обойтись без двух IMU, по крайней мере, на начальном этапе, и полагаться на так называемую "навигацию по звездам". Это предполагает определение положения зонда на основе звезд, которые он видит, когда принимает определенную ориентацию. Расчет производится путем оценки различий с предварительно загруженной картой неба.
Это не такая точная система, как инерциальная система, и поэтому она подвержена смещениям со временем, но в отличие от первой она не имеет ограниченного срока эксплуатации. К сожалению, MAVEN еще не был готов воспользоваться преимуществами этого метода навигации. Поддержка этого режима была запланирована на последние несколько месяцев года, но, к счастью, команда уже своевременно начала работу над этим.
19 апреля, менее чем через два месяца после перехода в безопасный режим, MAVEN получил обновление программного обеспечения, с помощью которого он смог начать навигацию по звездам. В течение следующих 30 дней техники постепенно активировали различные научные приборы, стараясь как можно дольше поддерживать контакт с Землей.
Нормальная работа возобновилась 28 мая, но группа контроля продолжает держать ухо востро. В настоящее время MAVEN полагается на звездную навигацию, но она слишком неточна для некоторых маневров, которые требуются зонду. Это означает, что ему по-прежнему придется полагаться на IMU, хотя и в очень ограниченном объеме.
На этот раз, благодаря оперативным действиям наземных команд и небольшой удаче, ситуацию удалось вернуть в нормальное русло, но риск потери зонда был очень высок. Если бы это произошло, НАСА потеряло бы самого важного игрока в Марсианской ретрансляционной сети, которая отвечает за передачу наибольшего количества данных между Землей и Марсом.
Последствия для более известных миссий, таких как Curiosity или Perseverance, были бы гораздо более значительными, напоминая нам о том, что исследование космоса - это чрезвычайно хрупкая цепочка, хрупкая настолько, насколько хрупко ее самое слабое звено.
В настоящее время работа MAVEN официально продлена до 2025 года. Однако НАСА уже объявило, что также намерено полагаться на этот зонд в течение всего срока миссии Mars Sample Return, которая должна завершиться в 2033 году. Нельзя сказать, что НАСА не возлагает больших надежд на эту тонну металла и команду управления полетом.