W jaki sposób ESA wspiera misję słoneczną ISRO Aditya-L1?
Indyjska Organizacja Badań Kosmicznych (ISRO) planuje wystrzelić swoje obserwatorium słoneczne Aditya-L1 z Centrum Kosmicznego Satish Dhawan w Sriharikota Range (SDSC SHAR) w Indiach o godzinie 11:50 IST (08:20 CEST) w dniu 2 września 2023 roku. Jest to ambitna misja, która wygeneruje ogromne ilości danych naukowych, ponieważ statek kosmiczny balansuje na niestabilnej orbicie. Dzięki globalnej sieci stacji naziemnych w głębokim kosmosie i doświadczeniu w prowadzeniu podobnych misji, ESA dysponuje odpowiednią infrastrukturą i wiedzą, aby zapewnić wsparcie. Aditya-L1 będzie pierwszą indyjską misją satelitarną do badania Słońca. Po wystrzeleniu statek kosmiczny uda się do swojego nowego domu - pierwszego punktu Lagrange'a (L1) układu Słońce-Ziemia. Stamtąd jego siedem instrumentów zostanie wykorzystanych do zbadania otwartych kwestii dotyczących naszej dynamicznej i burzliwej gwiazdy. Cztery z nich będą bezpośrednio obserwować Słońce, podczas gdy pozostałe trzy przeprowadzą pomiary in-situ w celu zbadania natury pogody kosmicznej generowanej przez Słońce w przestrzeni międzyplanetarnej. ESA wspiera misję Aditya-L1 na dwa sposoby: Agencja zapewnia usługi komunikacji w przestrzeni kosmicznej dla misji, a w zeszłym roku ESA pomogła ISRO w walidacji ważnego nowego oprogramowania dynamiki lotu. Komunikacja jest istotną częścią każdej misji kosmicznej. Bez wsparcia stacji naziemnej niemożliwe jest uzyskanie jakichkolwiek danych naukowych ze statku kosmicznego, aby dowiedzieć się, jak sobie radzi, czy jest bezpieczny, a nawet gdzie się znajduje. "Globalna sieć stacji śledzących ESA w głębokiej przestrzeni kosmicznej i wykorzystanie uznanych na całym świecie standardów technicznych pozwala nam pomagać naszym partnerom śledzić, dowodzić i odbierać dane z ich statków kosmicznych niemal w dowolnym miejscu w Układzie Słonecznym" - mówi Ramesh Chellathurai, kierownik ds. usług ESA i oficer łącznikowy ESA Cross-Support dla ISRO. "W przypadku misji Aditya-L1 zapewniamy wsparcie ze wszystkich trzech naszych 35-metrowych anten kosmicznych w Australii, Hiszpanii i Argentynie, a także wsparcie z naszej stacji Kourou w Gujanie Francuskiej i skoordynowane wsparcie z Goonhilly Earth Station w Wielkiej Brytanii". ESA jest głównym dostawcą usług stacji naziemnych dla Aditya-L1. Stacje ESA będą wspierać misję od początku do końca: od krytycznej "fazy startu i wczesnej fazy orbitalnej", przez całą podróż do L1, a także do wysyłania poleceń i odbierania danych naukowych z Aditya-L1 przez wiele godzin dziennie przez następne dwa lata rutynowych operacji. Kiedy jedna duża masa krąży wokół drugiej, ich siły grawitacyjne i ruch orbitalny oddziałują na siebie, tworząc pięć punktów równowagi, w których statek kosmiczny może działać przez dłuższy czas bez konieczności zużywania dużej ilości paliwa. Miejsca te znane są jako punkty Lagrange'a. Pierwszy punkt Lagrange'a, L1, znajduje się między Ziemią a Słońcem, mniej więcej w odległości jednego procenta odległości do Słońca. Jest to świetna lokalizacja dla badaczy Słońca, takich jak Aditya-L1, ponieważ pozwala na niezakłócony widok Słońca, które nigdy nie jest zaćmione przez Ziemię. Na L1, Aditya-L1 dołączy do statków kosmicznych takich jak ESA/NASA Solar Heliospheric Observatory (SOHO), który znajduje się na L1 od 1996 roku. Statki kosmiczne zaprojektowane do obserwacji zewnętrznego Układu Słonecznego i daleko poza nim, takie jak NASA/ESA/CSA James Webb Space Telescope lub teleskopy ESA Euclid i Gaia, zamiast tego podróżują do L2. L2 jest przeciwieństwem L1, znajdującym się w tej samej odległości od Ziemi, ale po drugiej stronie planety, widzianej ze Słońca. Na L2 statki kosmiczne zawsze mają za sobą jasność Słońca i Ziemi, gdy spoglądają na zewnątrz na słabe obiekty ukrywające się w ciemności Wszechświata. Aditya-L1 nie będzie podróżować do L1 bezpośrednio po starcie. Zamiast tego operatorzy ISRO będą musieli wykonać "manewr transferowy" podobny do tego, który niedawno wykonała ESA, aby przenieść teleskop Euclid na L2. Manewr ten zostanie wykonany wkrótce po starcie, ponieważ ilość paliwa wymagana do osiągnięcia niezbędnej trajektorii szybko rośnie wraz z upływem czasu. Aditya-L1 najpierw wykona manewry, aby dostosować swoją orbitę wokół Ziemi po starcie, a następnie wykona manewr transferu do L1. Statek kosmiczny osiągnie L1 około 100 dni po starcie. L1 jest jednym z "niestabilnych" punktów równowagi Lagrange'a. Utrzymanie statku kosmicznego dokładnie w punkcie L1 jest praktycznie niemożliwe. Zamiast tego statki kosmiczne wchodzą na orbitę wokół L1, tak jakby punkt Lagrange'a był "niewidzialną planetą". Mimo to, ze względu na niestabilność tej orbity, małe błędy trajektorii będą szybko rosnąć. W rezultacie statki kosmiczne muszą wykonywać manewry "utrzymywania stacji" mniej więcej raz w miesiącu, aby utrzymać je na prawidłowej orbicie. Niezdolność do wykonywania tych comiesięcznych manewrów może stanowić duży problem. W czerwcu 1998 r. misja SOHO doświadczyła problemu i nie wykonała manewru utrzymania stacji. Błąd na orbicie wzrósł tak szybko i tak nieprzewidywalnie, że utracono kontakt ze statkiem kosmicznym i zaczął on dryfować w pustce. Połączony zespół ekspertów NASA i ESA rozpoczął pracę nad bezpiecznym odzyskaniem statku kosmicznego, ostatecznie znajdując go daleko od oczekiwanej pozycji i przywracając kontakt. 25 lat później SOHO nadal znajduje się na orbicie wokół L1 i dostarcza cennych danych naukowych. Aby dotrzeć do L1 i bezpiecznie pozostać na orbicie, operatorzy muszą dokładnie wiedzieć, gdzie ich statek kosmiczny był, jest i będzie. Aby to zrobić, stosują wzory matematyczne do danych śledzenia ze statku kosmicznego, aby obliczyć jego przeszłą, obecną i przyszłą lokalizację w procesie znanym jako "wyznaczanie orbity". Wyznaczanie orbity odbywa się za pomocą specjalnie zaprojektowanego oprogramowania. ISRO zaprojektowało i opracowało nowe oprogramowanie do wyznaczania orbity dla Aditya-L1. Biorąc jednak pod uwagę niewielki margines błędu związany z obsługą statku kosmicznego na L1, zwrócono się do ESA o wsparcie w jego walidacji. Od kwietnia do grudnia 2022 r. zespoły ESA i ISRO intensywnie współpracowały, aby ocenić strategię ISRO dotyczącą obsługi Aditya-L1 i zakwestionować nowe oprogramowanie do wyznaczania orbity. "Dzięki swojemu doświadczeniu w lotach, a nawet ratowaniu misji w punktach Lagrange'a, ESA była w doskonałej pozycji, aby pomóc ISRO ulepszyć nowe oprogramowanie do wyznaczania orbity i wykazać, że ma ono wierność i dokładność, których organizacja potrzebuje, aby po raz pierwszy obsługiwać statek kosmiczny w punkcie Lagrange'a" - mówi ekspert ESA ds. dynamiki lotu Frank Budnik. Najpierw zespół ESA wymyślił typowe scenariusze, z którymi zespół ISRO może się spotkać podczas obsługi Aditya-L1. Następnie oba zespoły wykorzystały własne oprogramowanie do określania orbity, aby przewidzieć, jak orbita Aditya-L1 będzie ewoluować w tych scenariuszach i porównały swoje wyniki. W kolejnym kroku ESA dostarczyła ISRO symulowane dane śledzenia podobne do tych, które ESA wykorzystuje do szkolenia własnych zespołów dynamiki lotu. Obejmuje to dane typowe dla krytycznej fazy startu i wczesnej fazy orbity statku kosmicznego, złożonego manewru wprowadzania na orbitę, a nawet przelotu planety. Zespół ISRO wykorzystał swoje oprogramowanie do analizy danych, a następnie oba zespoły pracowały razem, aby wykryć obszary, które można poprawić i dostroić niektóre algorytmy. Na koniec zespół ESA dostarczył zespołowi ISRO dane śledzenia z prawdziwego statku kosmicznego orbitującego wokół L1. Oba zespoły wykorzystały własne oprogramowanie do analizy danych z poprzedniej misji ESA LISA Pathfinder i ponownie porównały swoje wyniki. Wyniki ćwiczenia były cenne dla ESA i ISRO, a oba zespoły są przekonane o możliwościach oprogramowania ISRO. Dla niektórych ekspertów ESA w dziedzinie dynamiki lotu ćwiczenie to wydawało się znajome. Gdy ESA przygotowywała się do uruchomienia własnych wczesnych misji kosmicznych, stanęła przed wyzwaniami podobnymi do tych, przed którymi stoi dziś ISRO. ESA zwróciła się do zespołu z Laboratorium Napędu Odrzutowego NASA (JPL), aby pomóc w walidacji oprogramowania do określania orbit międzyplanetarnych dla misji ESA Mars Express i dla ścigacza komet, Rosetta, z których oba zostały następnie pomyślnie nawigowane przez ESA. Ćwiczenie miało podobny zakres i cel do tego przeprowadzonego przez ESA i ISRO dla Aditya-L1 w zeszłym roku. Dwutorowe wsparcie ESA dla Aditya-L1 pokazuje wartość międzynarodowej współpracy w zakresie lotów kosmicznych. Sieć stacji naziemnych ESA (znana jako "Estrack") i doświadczenie w zakresie dynamiki lotu zostały zbudowane przez dziesięciolecia latania w najtrudniejszych misjach statków kosmicznych i są obecnie podstawą wsparcia Agencji dla jej partnerów. Na Ziemi Estrack jest w trakcie rozbudowy. Trwa budowa czwartej anteny kosmicznej ESA, ponieważ Agencja przygotowuje się do zaspokojenia rosnącego zapotrzebowania na przepustowość łączności w ramach własnych misji kosmicznych i bezpieczeństwa kosmicznego oraz wsparcia dla rosnącej liczby partnerów. W międzyczasie, w kosmosie, Aditya-L1 będzie najnowszym członkiem floty badaczy Słońca, w tym ESA Solar Orbiter, SOHO, NASA Parker Solar Probe i innych, we wspólnej misji ludzkości, aby odkryć tajemnice naszej gwiazdy.
Dziękujemy, że przeczytałaś/eś artykuł! Obserwuj nas w Wiadomościach Google.
