Nella fantascienza, gli esploratori possono saltare su astronavi futuristiche e attraversare metà della galassia in un batter d'occhio. Però, questo mette da parte le acrobazie di navigazione necessarie per garantire il successo della missione nella vita reale.

Nel 2021, l'impresa di navigazione che è la missione Lucy lancerà. Per guidare Lucy verso i suoi obiettivi non significa semplicemente programmare una mappa in un veicolo spaziale e dargli soldi per il gas:volerà vicino a sei obiettivi di asteroidi, ciascuno in orbite diverse, nel corso di 12 anni.

La destinazione di Lucy è tra gli asteroidi troiani di Giove, ammassi di corpi rocciosi vecchi quasi quanto il Sole stesso, e visitare questi asteroidi può aiutare a svelare i segreti del primo sistema solare. Lucy incontrerà un asteroide della fascia principale nel 2025, dove condurrà una prova pratica dei suoi strumenti prima di incontrare i primi quattro obiettivi Trojan dal 2027 al 2028. Nel 2033, Lucy terminerà la sua missione con lo studio di un sistema binario di due troiani in orbita l'uno intorno all'altro.

Portare l'astronave dove deve andare è una sfida enorme. Il sistema solare è in continuo movimento, e le forze gravitazionali attireranno Lucy in ogni momento, soprattutto dalle mete che si propone di visitare. Le missioni precedenti sono volate e hanno persino orbitato attorno a più bersagli, ma nessuno così tanti come Lucy.

Scienziati e ingegneri coinvolti nella progettazione della traiettoria hanno la responsabilità di capire quel percorso, sotto il capo del team di Flight Dynamics Kevin Berry del Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland. Uno di questi ingegneri è Jacob Englander, il responsabile tecnico dell'ottimizzazione per la missione Lucy. "Ci sono due modi per affrontare una missione come Lucy, " ha detto. "Puoi bruciare un'enorme quantità di propellente e fare zig-zag cercando di trovare più bersagli, oppure puoi cercare un'opportunità in cui tutti si allineano perfettamente." Per visitare questi obiettivi allineati, la maggior parte dei cambi di corsia ad alta velocità di Lucy proverrà dall'assistenza gravitazionale, con un uso minimo di ritocchi alimentati.

Sebbene Lucy sia programmata per lanciarsi in un allineamento celeste che non avverrà per decenni, non può essere lasciato a se stesso. Una volta che la navicella inizia ad avvicinarsi ai suoi obiettivi di asteroidi, la navigazione ottica è il passaggio successivo richiesto.

"OpNav, " come lo definisce il responsabile tecnico della navigazione ottica Coralie Adam, è l'utilizzo delle immagini delle telecamere di bordo per determinare la posizione di Lucy rispetto al bersaglio. Questa è una misurazione utile utilizzata dal team di navigazione per modificare il percorso di Lucy e assicurarsi che rimanga sul percorso di passaggio nominale. Adam lavora nella Simi Valley, California, con KinetX, la società che la NASA ha selezionato per condurre la navigazione nello spazio profondo di Lucy.

Utilizzando il collegamento di comunicazione dal veicolo spaziale alla Terra, Adamo ha detto, il team di Lucy ottiene informazioni sulla posizione della navicella spaziale, direzione e velocità. La navicella scatta foto e le invia sulla Terra, dove Adam e altri navigatori ottici utilizzano un software per determinare dove è stata scattata l'immagine in base alla posizione delle stelle e del bersaglio. Il team di determinazione dell'orbita utilizza questi dati insieme ai dati dal collegamento di comunicazione per risolvere dove si trova il veicolo spaziale e dove dovrebbe essere, rispetto ai Troiani. Il team quindi progetta una manovra di correzione della traiettoria per mettere Lucy in carreggiata. "La prima manovra è minuscola, " ha detto il responsabile tecnico della navigazione Dale Stanbridge, che è anche di KinetX. "Ma il secondo è a 898 metri al secondo. Questa è una caratteristica di Lucy:manovre delta V molto ampie." Delta V si riferisce alla variazione di velocità durante la manovra.

Comunicare tutti questi comandi di navigazione con Lucy è un processo a sé stante. "Lockheed Martin invia i comandi alla navicella spaziale tramite il Deep Space Network, "Ha detto Adam. "Quello che facciamo è lavorare con Lockheed e il Southwest Research Institute, dove le squadre stanno ordinando gli strumenti e progettando come viene puntata la navicella spaziale, per assicurarci che Lucy scatti le foto che vogliamo quando le vogliamo".

"Le manovre per correggere la traiettoria di Lucy saranno tutte davvero critiche perché la navicella spaziale deve incontrare il Troiano all'intersezione tra la navicella spaziale e i piani orbitali di Troia, " ha detto Stanbridge. "Cambiare il piano orbitale della navicella richiede molta energia, quindi le manovre devono essere eseguite al momento ottimale per raggiungere il corpo successivo riducendo al minimo il costo del carburante."

Mentre Lucy sta conducendo manovre nello spazio profondo per correggere la sua traiettoria verso i suoi bersagli, le comunicazioni con l'astronave a volte vengono perse per brevi periodi. "I periodi di blackout possono durare fino a 30 minuti per alcune delle nostre manovre più grandi, " ha detto Stanbridge. "Altre volte potresti perdere le comunicazioni sarebbe quando, Per esempio, il Sole, si trova tra la stazione di rilevamento della Terra e la navicella spaziale, dove il segnale verrebbe degradato passando attraverso il plasma solare."

Perdere il contatto non è disastroso, anche se. "Abbiamo previsioni ad alta fedeltà della traiettoria del veicolo spaziale che sono facilmente sufficienti per riprendere a tracciare il veicolo spaziale quando l'evento che causa una perdita di comunicazione è terminato, "Ha detto Stanbridge.

Quale strada prenderà Lucy una volta completata la sua missione, quasi 15 anni da oggi? "Lo lasceremo lì fuori, " Ha detto Englander. "Abbiamo fatto un'analisi per vedere se colpisce passivamente qualcosa, e guardando lontano nel futuro, non è così." Il team di Lucy ha fornito alla navicella un percorso chiaro per migliaia di anni, molto tempo dopo che Lucy ha riscritto i libri di testo sulla storia del nostro sistema solare.