На миссию Jupiter Icy Moons Explorer (Juice) ESA многие ученые возлогали огромные надежды, ведь аппарат был создан для проведения беспрецедентного исследования системы Юпитера и его семейства ледяных спутников. Ключом к этому исследованию является антенна Radar for Icy Moon Exploration (RIME), которая является частью обширного набора из десяти научных инструментов Juice.
Оказавшись в системе Юпитера, RIME будет использоваться для дистанционного исследования недр ледяных спутников Юпитера. Его радарные сигналы будут проникать в спутники на глубину 9 км и обнаруживать объекты размером от 50 до 140 м в поперечнике. Это даст представление об их геологии и предоставит уникальные данные для понимания обитаемости этих отдаленных ледяных лун.
Но чтобы преуспеть в сборе этих данных, ученым нужно было сначала отправить космический аппарат и его инструменты к далекой планете. Антенна RIME длиной 16 м была слишком длинной, чтобы поместиться внутри носового обтекателя ракеты Ariane 5, которая запустила Juice в космос. Поэтому она была сконструирована из двух стрел по четыре сегмента в каждой. Из этих восьми сегментов три будут развернуты с одной стороны космического корабля, три — с другой, а два останутся закрепленными на корпусе самого аппарата. Для запуска три развертываемых сегмента складывались обратно на фиксированный сегмент и удерживались на месте двумя скобами.
Оказавшись в космосе, устройства, называемые невзрывными приводами (NEA), будут удаленно активироваться одно за другим из Европейского центра космических операций (ESOC), Дармштадт, Германия. Каждый NEA должен был снять удерживающий штифт со своего кронштейна, позволяя этой секции встать на место.
И тут начались проблемы.
Процедура развертывания главного инструмента началась 17 апреля 2023 года, через три дня после запуска. Первый шаг прошел без сучка и задоринки. Две камеры наблюдения, установленные на борту космического корабля, использовались для наблюдения за развертыванием RIME. Из полученных изображений было видно, что NEA сработал, штифт освободился, и сегмент антенны встал на место. Проверка изображения внешней камеры показала, что сегмент на месте, и данные телеметрии также подтвердили это. Это показало, что космический корабль колебался, как и ожидалось, из-за внезапного развертывания стрелы, и что система управления ориентацией и орбитой (AOCS) корректировала последнее из этих движений.
Удовлетворенные, команда перешла во второй сегмент. Была дана команда запустить исполнительный механизм. Телеметрия пришла раньше изображений, но что-то было не так. Ожидаемое колебание не показывалось. Через несколько секунд изображение с камеры вернулось. Сегмент антенны все еще был хорошо виден в походном положении. Развертывание не удалось.
Следующее утро для команды миссии Juice было не из простых. Представители всех организаций, задействованных в процедуре проектирования и запуска, собрались онлайн на телеконференцию, чтобы поделиться своими мыслями и обсудить аномалию. С одной стороны, они знали, что должны найти какой-то способ освободить застрявший сегмент, но, с другой стороны, они знали, что не могут сделать ничего, что могло бы поставить под угрозу развертывание других сегментов или даже остальной части космического корабля.
Первая мысль, которая пришла в голову инжинерам, заключалась в том, что, возможно, на штифте, удерживающем сегмент на месте, образовался лед. Каждый раз, когда космический корабль покидает Землю, он оказывается в холодной безвоздушной среде. Эта внезапная и резкая потеря давления воздуха означает, что небольшое количество водяного пара внезапно выйдет из материала, из которого сделан корабль. Затем он может замерзнуть на невероятно холодных поверхностях космического корабля.
Поскольку на космическом корабле рядом с RIME нет обогревателей, удаление льда потребовало бы разворота космического корабля так, чтобы антенна была обращена к Солнцу. Вот только поверхность, содержащая RIME не предназначалась для воздействия прямых солнечных лучей сразу после запуска.
После нескольких дней исследований команда начала постепенно поворачивать космический корабль, чтобы поверхность освещалась. Это было рискованно. Всего было сделано восемь разворотов за две недели. Каждый раз они выставляли поверхность нагреваться чуть дольше, внимательно наблюдая за телеметрией бортовых датчиков, чтобы понять пределы этой операции. Сначала маневр длился всего 25 минут. Постепенно время увеличилось до 73 минут за раз.
Одновременно рассматривались и другие возможные сценарии восстановления. Если бы не лед держал RIME закрытым, а штифт просто застрял, то, возможно, встряхивание космического корабля помогло. ESA Juice весит шесть тонн, и двигатели на борту могут лишь очень мягко раскачивать его вперед и назад. Тем не менее, команды сочли, что попробовать стоит. Увы, но и эта идея оказалась не самой удачной.
Отличную идею подал производитель антенны, немецкая компания SpaceTech — нужно было продолжить развертывание остальных четырех секций антенны, как будто ничего не произошло. Они знали, что при срабатывании каждого NEA остальная часть антенны будет вызывать небольшой механический удар, который может выбить застрявший штифт.
Инженерам SpaceTech удалось воспроизвести аномалию с моделью антенны, которая использовалась для испытаний, и подтвердили, что срабатывание ближайшего NEA обычно приводило к выбиванию застрявшего штифта. Также было выявлено, что для увеличения шансов на успешный исход антенну следует нагревать за счет воздействия солнечных лучей. На техническом семинаре, проведенном в SpaceTech, команды решили продолжить активировать другие NEA, предварительно нагрев их солнечным светом.
Около 14:00 12 мая инжинеры собрались у своих консолей и начали последнюю попытку. Команда была отправлена, и команды следили за телеметрией в поисках любого намека на колебание, указывающее на успех. Вот оно: движение на космическом корабле. Но было ли это правильным движением? Они сместили застрявший сегмент? Когда камера загрузилась, изображение показало им все, что им нужно было знать.
Полный успех. Три сегмента антенны, которые должны были быть развернуты, были развернуты.
Но работа еще не была закончена. Они прошли только половину полной процедуры развертывания. Еще один NEA все еще должен был быть запущен для развертывания второй стрелы, прежде чем RIME сможет принять свою окончательную рабочую конфигурацию. И, во всяком случае, давление, которое ощущали некоторые члены команды, было даже больше, чем раньше, потому что теперь команда знала, что штифты могут заклинить. И теперь, когда остался всего один — он стал самым важным из всех.
В результате команда решила принять последнюю меру предосторожности. К настоящему времени последняя скобка находилась на солнце в течение максимально разрешенного времени в тот день, равного 73 минутам. В результате его температура оказалась выше температуры окружающей среды, при которой он был испытан в лабораториях Германии. Чтобы максимально точно воспроизвести условия этой лаборатории, команда приняла решение повернуть космический корабль, отодвинув антенну от Солнца, и подождать три-четыре часа, пока его температура не упадет.
Активировался NEA, телеметрия показала, что Juice колеблется при развертывании последнего сегмента, AOCS включилась и стабилизировала космический корабль. Наконец, камеры подтвердили победу команд, RIME теперь была в полностью развернутой конфигурации!
Это было сложным инженерным подвигом, но теперь миссия сможет продолжиться и, возможно, даже обнаружит признаки жизни под толстыми ледяными корками далеких лун!
