Integral de rescat: cap empenta? Cap problema

Control de missió, tenim un problema

A l’estiu de 2020, mentre que l’equip integral de control de vol a Alemanya s’estaven acostumant a un entorn de treball molt diferent (aprenent a volar la seva missió des de casa mentre s’enfrontaven a la incertesa que va crear la pandèmia Covid-19), la sonda va decidir llançar una altra clau.

Un dia, Integral va entrar en el “mode segur”: quan els instruments estan apagats i una nau espacial funciona només amb les seves funcions més bàsiques, mentre està enfrontat al Sol per assegurar-se que rep tota la potència, alertant el seu equip de control sobre un problema. Sota control de mode segur, Integral semblava entrar en un eclipsi, un període normal de foscor a mesura que la Terra entra entre la nau espacial i el Sol. Tot i això, no es van programar eclipsis.

“El satèl·lit s’havia allunyat de sobte del Sol, que va ser un succés molt inesperat i estrany. Mai no havíem vist res semblant ”, explica Richard Southworth, gerent d’operacions de la missió.

“Aviat va quedar clar que teníem un problema important. Hi va haver un problema general amb el sistema de propulsió d’Integral. Com que ja no podíem confiar en els seus propulsors, vam haver de sortir ràpidament del mode segur, fer-nos càrrec del control de la nau espacial mitjançant les seves rodes de reacció i després esbrinar què fer ”.

Per què els impulsors són importants per a una missió sensible

Com que Integral ja està en òrbita, per què necessitem els seus impulsors? Per desfer-se de l’excés de “moment angular”.

Integral sol apuntar a una font única, per exemple un forat negre distant, durant moltes hores. Durant aquest temps, està sotmès a forces externes que la fan girar, en particular la pressió de radiació del Sol que actua sobre les enormes matrius solars de la nau espacial.

Per contrarestar aquesta força solar i mantenir la nau espacial apuntant cap al seu objectiu, l’equip utilitza “rodes de reacció”: rodes que emmagatzemen energia mentre giren i es poden utilitzar per controlar subtilment la direcció en què apunta una nau espacial sense necessitat de propulsors. Aquestes rodes “absorbeixen” l’energia addicional del Sol, mantenint Integral en posició i assegurant-se que segueix sent l’observatori de raigs gamma més sensible mai volat.

Al llarg d’un parell de dies, l’excés d’energia s’acumula a les rodes de reacció en forma de “moment angular”: l’equivalent rotacional d’una força que va en línia recta, per exemple, l’energia emmagatzemada mentre gireu en una cadira giratòria.

Cada dos o tres dies, les rodes de reacció assoleixen una velocitat màxima, moment en què no poden absorbir més impuls. L’equip de control realitza llavors un “abocament d’impuls”, eliminant l’excés de moment angular desaccelerant els volants. Per tal d’evitar que el satèl·lit giri en la direcció oposada a mesura que les rodes s’alenteixen, els propulsors d’Integral es disparen (normalment), cosa que impedeix que giri.

Inventar el “Z-flip”

Després de dies preocupant-se pel destí de la missió, dos membres de l’equip van tenir una idea.

“Al principi no creia que fos possible. Vam consultar amb els nostres companys de dinàmica de vol i la teoria indicava que funcionaria. Després de fer una simulació, la vam provar a la nau espacial. Va funcionar “, diu Richard amb alleujament.

Mitjançant l’ús d’una seqüència de maniobres especialment dissenyada, l’equip de control es va adonar que podrien redistribuir el moment angular emmagatzemat a bord del satèl·lit mitjançant dues rodes de reacció diferents que giraven en direccions oposades, fent que la nau espacial girés.

“Així doncs, en aquest moment sabíem que podríem controlar l’acumulació d’energia absorbida pel Sol i vam batejar aquesta nova maniobra com a” z-flip “. Pel que sé, això no s’havia fet mai abans. Va ser un gran èxit, però podríem continuar fent ciència? ”.

Després de llargues i intenses discussions amb companys del Centre d ‘Operacions Científiques de ESAC, Madrid, l’equip de planificadors de missions científiques va elaborar una seqüència d’objectes que Integral va poder observar i que encaixaria dins del seu nou rang de moviment. Afortunadament, la missió es remuntava a operacions científiques (una mica més limitades).

A poc a poc, els dos equips van experimentar en seqüències d’observacions cada vegada més complicades, provant diferents combinacions de rodes giratòries i girant la nau espacial al voltant de diversos angles nous. Amb un treball en equip dedicat entre l’equip de control i l’equip d’operacions científiques i molts altres, l’eficiència científica d’Integral es va restaurar el setembre de 2020.

Una de les missions més antigues i voluminoses de l’ESA es torna més àgil

Per a la majoria d’observatoris espacials, els horaris d’observació es planifiquen amb suficient antelació. Tanmateix, de tant en tant passa alguna cosa inesperada al cel, com ara l’explosió de supernoves o les ones gravitacionals, i han de respondre ràpidament per mirar el que ha passat. Això és particularment cert per a Integral, ja que els esdeveniments de raigs gamma tendeixen a ser de curta durada.

“En el passat, quan teníem un sistema de propulsió, replanificàvem, calculàvem una nova maniobra cap al nou objecte d’interès, descarregàvem impuls i després prepararíem la nostra nova seqüència de maniobres. La nostra tècnica de z-flip és malauradament molt més lenta ”, explica Richard.

No obstant això, l’equip de control ha desenvolupat una actualització del programari integrat d’Integral que hauria de fer que l’impuls angular sigui menys problemàtic quan s’assenyala la rotació de la nau espacial.

“Estem molt contents que gràcies a aquesta genial estratègia ‘z-flip’ Integral pugui continuar vigilant el cel d’alta energia sense problemes”, diu Erik Kuulkers, científic del projecte Integral.

“I ara esperem els descobriments habilitats pel nou mode de gir, el que significa que aquesta nau espacial de 18 anys hauria de ser encara més ràpida a l’hora de respondre i observar esdeveniments energètics sobtats a tot l’Univers que quan es va llançar fa gairebé dues dècades”.

Escolta la història

Escolteu com Richard explica la història del rescat i l’actualització d’Integral i l’increïble treball en equip que va salvar la missió, a l’últim episodi del L’ESA explora el podcast d’operacions espacials.