Awaria europejskiej sondy JUICE. Straciła kontakt z Ziemią tuż przed zbliżającym się przelotem nad Wenus

Wystrzelona 14 kwietnia 2023 roku sonda JUICE leci w kierunku Jowisza, by na miejscu zbadać trzy księżyce gazowego olbrzyma – Ganimedesa, Kalisto i Europę. To światy, o których wiemy, że posiadają ogromne oceany, czyli mogą być środowiskiem przyjaznym życiu.

Jednak po ponad dwóch latach praktycznie bezproblemowego lotu, nagle utracono kontakt z sondą. Problem pojawił się 16 lipca podczas rutynowego przelotu nad stacją naziemną. Antena ESA do komunikacji z kosmosem znajdująca się w Cebreros w Hiszpanii nie nawiązała kontaktu z JUICE o przewidywanej godzinie 04:50 CEST.

Wstępne kontrole wykluczyły problemy ze stacją naziemną, co wymusiło przekazanie sprawy do zespołu kontroli JUICE w Europejskim Centrum Operacji Kosmicznych ESA w Darmstadt (ESOC). Próby nawiązania kontaktu ze statkiem kosmicznym za pośrednictwem innej stacji ESA w New Norcia również zakończyły się niepowodzeniem, co potwierdziło, że problem leżał po stronie statku.

Jak zdiagnozować sondę kosmiczną?

Bez sygnału i telemetrii inżynierowie obawiali się, że JUICE mogła przejść w tryb przetrwania – konfigurację, która jest uruchamiana w przypadku wielokrotnych awarii systemów pokładowych. W takim stanie statek kosmiczny obraca się powoli, przesuwając antenę nad Ziemią raz na godzinę. Nie wykryto jednak takiego przerywanego sygnału.

– Utrata kontaktu ze statkiem kosmicznym jest jednym z najpoważniejszych scenariuszy, z jakimi możemy się zetknąć. Bez telemetrii znacznie trudniej jest zdiagnozować i rozwiązać podstawową przyczynę problemu – powiedziała Angela Dietz, kierowniczka ds. operacyjnych statku kosmicznego JUICE.

Inżynierowie projektu podejrzewali albo niewłaściwe ustawienie tzw. anteny średniego zysku JUICE, albo awarię nadajnika lub wzmacniacza sygnału. Rozważano dwie strategie naprawcze: poczekanie na następny automatyczny reset statku kosmicznego za 14 dni lub wysłanie „na ślepo” poleceń w kierunku, w którym powinna znajdować się sonda.

– Czekanie nie wchodziło w grę. Musieliśmy działać szybko. Czekanie dwa tygodnie na reset oznaczałoby opóźnienie ważnych przygotowań do przelotu obok Wenus – podkreśla Angela Dietz.

Sygnał raz na 22 minuty

Wysyłanie poleceń do znajdującej się po drugiej stronie Słońca, około 200 milionów km od Ziemi sondy było ogromnym wyzwaniem. Każdy sygnał ratunkowy potrzebował 11 minut, aby dotrzeć do statku kosmicznego. Następnie zespół musiał czekać kolejne 11 minut, aby ustalić, czy kontakt się powiódł.

Sześć prób skierowania anteny średniego zysku w stronę Ziemi zakończyło się niepowodzeniem. Prace nad przywróceniem łączności trwały przez całą noc, prawie 20 godzin. Konieczne było ręczne uruchomienie pokładowych systemów komunikacyjnych sondy JUICE.

W końcu polecenie dotarło do sondy JUICE i aktywowało wzmacniacz sygnału, który zwiększa siłę sygnału wysyłanego przez sondę JUICE w kierunku Ziemi. Kontakt został przywrócony, a sonda JUICE okazała się być w doskonałym stanie. Żaden z systemów nie uległ awarii.

Zawiodła synchronizacja

Wszystko wskazuje na to, że przyczyną problemu był błąd oprogramowania związany z synchronizacją. Funkcja oprogramowania, która włącza i wyłącza wzmacniacz sygnału, opiera się na wewnętrznym zegarze. Zegar ten nieustannie odlicza czas i co 16 miesięcy resetuje się do zera. Jeśli funkcja korzysta z zegara dokładnie w momencie jego resetowania, wzmacniacz pozostaje wyłączony, a sygnał sondy JUICE jest zbyt słaby, aby można go było wykryć z Ziemi.

– Zidentyfikowaliśmy kilka możliwych sposobów, aby zapewnić, że sytuacja ta nie powtórzy się. Obecnie decydujemy, które rozwiązanie będzie najlepsze do wdrożenia – twierdzi Angela Dietz. Dodaje, że był to podręcznikowy przykład pracy zespołowej pod presją. – Dzięki spokojnemu i metodycznemu podejściu zespołu udało nam się przywrócić działanie JUICE bez trwałego wpływu na misję – przekonuje.

Po usunięciu anomalii zespół JUICE ponownie skupił się na przygotowaniach do przelotu obok Wenus. JUICE minie najbliższy punkt Wenus o godz. 07:28 CEST w niedzielę 31 sierpnia, kończąc tym samym drugi z czterech planowanych manewrów asysty grawitacyjnej.

Udział w misji Polaków

Zaprojektowana z myślą o zimnym, ciemnym środowisku Jowisza, JUICE musi dostosować się do intensywnego ciepła słonecznego w pobliżu Wenus. Aby chronić swoje wrażliwe komponenty, statek kosmiczny wykorzystuje swoją główną antenę o wysokim zysku jako osłonę termiczną. Ze względu na ograniczenia termiczne, jego instrumenty teledetekcyjne nie mogą być aktywne podczas przelotu, więc nie zostaną zarejestrowane żadne zdjęcia Wenus.

Przypomnijmy, że JUICE jest pierwszą misją klasy L (Large-class) w programie Cosmic Vision Europejskiej Agencji Kosmicznej. Sonda ma przeprowadzić szczegółowe obserwacje Jowisza i jego trzech dużych pokrytych oceanami księżyców – Ganimedesa, Kallisto i Europy – za pomocą zestawu instrumentów teledetekcyjnych, geofizycznych i in situ. Misja scharakteryzuje te księżyce zarówno jako obiekty planetarne, jak i potencjalne siedliska, dogłębnie zbada złożone środowisko Jowisza oraz zbada szerszy układ Jowisza jako archetyp gazowych gigantów w całym Wszechświecie. Sonda dotrze do układu Jowisza w lipcu 2031 roku.

Swój udział w misji mają polskie podmioty kosmiczne. Przede wszystkim Centrum Badań Kosmicznych PAN, zaangażowane w misję naukowo i inżynieryjnie, oraz firma Astronika.

Źródło: ESA

Nasza autorka

Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka

Dziennikarka i redaktorka zajmująca się tematyką popularnonaukową. Pisze przede wszystkim o eksploracji kosmosu, astronomii i historii. Związana z Centrum Badań Kosmicznych PAN oraz magazynami portali Gazeta.pl i Wp.pl. Ambasadorka Śląskiego Festiwalu Nauki. Współautorka książek „Człowiek istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”.