Un anno fa domani, un guasto sulla navicella spaziale Integral ha significato che probabilmente ha attivato i suoi propulsori per l'ultima volta. Nei giorni successivi, l'astronave in orbita terrestre ha continuato a far luce sul violento universo di raggi gamma, e presto dovrebbe funzionare in modo ancora più efficiente di prima, mentre le squadre di controllo della missione implementano un nuovo modo ingegnoso per controllare la navicella spaziale di 18 anni.

Controllo della missione, abbiamo un problema

Nell'estate 2020, mentre l'Integral Flight Control Team in Germania si stava abituando a un ambiente di lavoro molto diverso, imparando a pilotare la propria missione da casa mentre si affrontava l'incertezza creata dalla pandemia di COVID-19, la navicella spaziale ha deciso di gettare un'altra chiave nel lavoro.

Un giorno, Integral è entrato in "Modalità provvisoria":quando gli strumenti sono spenti e un veicolo spaziale esegue solo le sue funzioni più basilari, mentre è rivolto verso il Sole per assicurarsi che riceva piena potenza, avvisando il suo team di controllo di un problema. Sotto il controllo della modalità provvisoria, L'integrale sembrava andare in un'eclissi, un normale periodo di oscurità mentre la Terra si mette tra l'astronave e il Sole. Però, non erano previste eclissi.

"Il satellite si era improvvisamente allontanato dal Sole, che è stato un evento molto inaspettato e strano. Non avevamo mai visto niente di simile prima, " spiega Richard Southworth, Responsabile operativo della missione.

"Divenne presto chiaro che avevamo un grosso problema. C'era un problema generale con il sistema di propulsione di Integral. Poiché non potevamo più fidarci dei suoi propulsori, abbiamo dovuto uscire rapidamente dalla modalità provvisoria, assumere il controllo della navicella usando le sue ruote di reazione e poi capire cosa fare".

Perché i propulsori sono importanti per una missione delicata

Poiché Integral è già in orbita, perché abbiamo ancora bisogno dei suoi propulsori? Per eliminare l'eccesso di "momento angolare".

L'integrale spesso punta a un'unica fonte, per esempio un buco nero lontano, per molte ore. Durante questo tempo è soggetto a forze esterne che lo fanno ruotare, in particolare la pressione di radiazione del Sole che agisce sugli enormi pannelli solari di 18 metri del veicolo spaziale.

Per contrastare questa forza solare e mantenere la navicella puntata verso il suo obiettivo, il team utilizza "ruote di reazione", ruote che immagazzinano energia mentre girano, e può essere usato per controllare sottilmente la direzione in cui punta un veicolo spaziale senza la necessità di propulsori. Queste ruote "assorbono" l'energia extra dal Sole, mantenendo Integral in posizione e assicurando che rimanga l'osservatorio di raggi gamma più sensibile mai volato.

In un paio di giorni, l'energia in eccesso si accumula nelle ruote di reazione sotto forma di "momento angolare" - l'equivalente rotazionale di una forza che va in linea retta, per esempio l'energia immagazzinata mentre giri su una sedia girevole.

Ogni due o tre giorni, le ruote di reazione raggiungono una velocità massima a quel punto non possono assorbire più slancio. Il gruppo di controllo esegue quindi un "momentum dump, " eliminare il momento angolare in eccesso decelerando i volani. Per evitare che il satellite ruoti nella direzione opposta quando le ruote rallentano, I propulsori di Integral sono (normalmente) sparati, fermandolo andare in un giro.

Inventare lo "Z-flip"

Dopo giorni preoccupati per il destino della missione, due membri del team hanno avuto un'idea.

"All'inizio non credevo fosse possibile. Abbiamo verificato con i nostri colleghi della dinamica di volo e la teoria ha indicato che avrebbe funzionato. Dopo aver fatto una simulazione, l'abbiamo testato sulla navicella spaziale. Ha funzionato, "dice Richard con sollievo.

Utilizzando una sequenza di manovre appositamente progettata, il team di controllo si è reso conto che potevano ridistribuire il momento angolare immagazzinato a bordo del satellite usando due diverse ruote di reazione che giravano in direzioni opposte, facendo capovolgere la navicella.

"Quindi a questo punto sapevamo di poter controllare l'accumulo di energia assorbita dal Sole, e battezzò questa nuova manovra "z-flip". Per quanto ne so, Questo non è mai stato fatto prima. È stato un grande traguardo, ma potremmo continuare a fare scienza?".

Dopo lunghe e intense discussioni con i colleghi del Science Operations Center dell'ESAC, Madrid, il team di pianificatori di missioni scientifiche ha escogitato una sequenza di oggetti da osservare da parte di Integral che si adatterebbe alla sua nuova gamma di movimento. La missione fortunatamente è tornata alle operazioni scientifiche (un po' più limitate).

Gradualmente, le due squadre hanno sperimentato sequenze di osservazioni sempre più complicate, provando diverse combinazioni di ruote girevoli e capovolgendo la navicella spaziale attorno a varie nuove angolazioni. Con un lavoro di squadra dedicato tra il team di controllo e il team delle operazioni scientifiche e molti altri, L'efficienza scientifica di Integral è stata ripristinata entro settembre 2020.

Uno dei più antichi dell'ESA, le missioni più ingombranti diventano più agili

Per la maggior parte degli osservatori spaziali, i programmi di osservazione sono pianificati con largo anticipo. Tuttavia ogni tanto accade qualcosa di inaspettato nel cielo come l'esplosione di supernovae o le onde gravitazionali, e devono rispondere rapidamente per dare un'occhiata a cosa è successo. Ciò è particolarmente vero per Integrale, poiché gli eventi di raggi gamma tendono ad essere di breve durata.

"In passato, quando avevamo un sistema di propulsione, lo riprogettavamo, calcolare una nuova manovra per il nuovo oggetto di interesse, scaricare lo slancio e quindi preparare la nostra nuova sequenza di manovre. La nostra tecnica z-flip è purtroppo molto più lenta, " spiega Riccardo.

Però, il team di controllo ha sviluppato un aggiornamento del software di bordo di Integral che dovrebbe rendere il momento angolare meno problematico quando si punta, si ruota, il veicolo spaziale.

"Siamo molto felici che grazie a questa geniale strategia 'z-flip' Integral possa continuare a tenere d'occhio il cielo ad alta energia senza problemi, "dice Erik Kuulkers, Scienziato del progetto integrale.

"E ora attendiamo con impazienza le scoperte rese possibili dalla nuova modalità di rotazione, il che significa che questa navicella spaziale di 18 anni dovrebbe diventare ancora più veloce nel rispondere e nell'osservare eventi energetici improvvisi in tutto l'Universo rispetto a quando è stata lanciata quasi due decenni fa".