Хотя до намеченного прибытия к Юпитеру остается ещё целых семь лет, миссия JUpiter ICy moons Explorer (JUICE) продолжает приближаться к своей цели. Недавно проведённый испытательный запуск имитировал полёт космического корабля миссии мимо ледяной луны Юпитера — Каллисто.
Стартовав год назад с европейского космодрома во Французской Гвиане, исследователь ледяных спутников Юпитера, известный под акронимом JUICE, в настоящее время находится во внутренней части Солнечной системы. Здесь он подготавливается к серии гравитационных манёвров, которые позволят ему пройти траекторию, приближающую его к Юпитеру в 2031 году. Первой остановкой на этом пути станет самый дальний спутник Юпитера, Каллисто. Это лишь первый из 35 запланированных облётов спутников Каллисто, Ганимеда и Европы, перед тем как космический аппарат выйдет на орбиту вокруг Ганимеда.
В Европейском центре космических операций (ESOC) в Германии команда миссии уже активно готовится к первому пролёту JUICE, используя для тренировок инженерную модель космического аппарата. Это точная реплика лётной модели, с аналогичным оборудованием, программным обеспечением и приборами. Единственное отличие заключается в том, что эта модель находится в «чистой комнате» в Дармштадте.
Одной из главных сложностей, с которыми сталкивается миссия JUICE, как и в любой космической экспедиции — временная задержка в передаче сигналов между космическим аппаратом и Землёй. Это время может варьироваться от 33 минут, когда Юпитер находится ближе к Земле, до 54 минут, когда планета находится на противоположной стороне Солнечной системы. Поэтому JUICE оснащён программным обеспечением, которое позволяет ему принимать решения и действовать автономно, минуя необходимость передачи команд.
Одна из ситуаций, где важность автономности JUICE ощутима, — это наблюдение за поверхностью Каллисто во время пролётов. Поскольку нельзя точно предугадать положение аппарата при прохождении через гравитационное поле Каллисто, бортовой компьютер должен самостоятельно корректировать ориентацию корабля, чтобы сфокусировать свои инструменты на интересующих объектах на поверхности с точностью до долей градуса.
«Для нас важно, чтобы JUICE был способен реагировать самостоятельно, обладая собственными „глазами“ и „мозгом“. При появлении Каллисто в области видимости навигационной камеры аппарат должен способен самостоятельно определить важные объекты на поверхности спутника, аккуратно выставить направление инструментов на них и затем обеспечить их непрерывное наблюдение во время пролёта», — подчеркнул Игнасио Танко, директор по производству полётов JUICE.
Для обучения инженерной модели в ESOC пришлось создать иллюзию пролёта рядом с Каллисто, проецируя компьютерные изображения поверхности спутника в навигационную систему модели. Эти изображения имитировали ориентацию и фазу, которые будут актуальны для пролёта JUICE мимо Каллисто в 2031 году.
Джулио Пинзан, специалист по эксплуатации космических аппаратов в Европейском космическом агентстве (ESA), провёл сравнение процесса привязки инженерной модели к виртуальному пространству. Он описал его как аналог привязки иммерсивной гарнитуры виртуальной реальности к модели и предоставление ей возможности перемещаться в этом виртуальном мире.
Пинзан отметил, что навигационное программное обеспечение проекта должно было реагировать на визуализации с компьютера: «Если JUICE „поймёт“, что подходит к Каллисто под неправильным углом или смотрит немного не в том направлении, то нужно будет исправить это без помощи команды миссии».
Тест управления ESOC был запланирован на три дня, и, несмотря на ожидаемые трудности, каждая из которых была внезапным испытанием, целью этой тренировки было устранение возможных неполадок. Из-за сложности задачи проблема не могла быть предварительно исправлена с помощью программного симулятора. Команда JUICE готовилась к множеству испытаний и ошибок, а также к необходимости переработать программное обеспечение.
Тем не менее инженерная модель уже в первый день успешно ориентировалась на виртуальных изображениях Каллисто и удерживала фокус на ледяной поверхности спутника.
«Мы восхищаемся работой нашей команды по динамике полёта. Их математические расчёты были точными и позволили совершить чистый облёт с первых же попыток, несмотря на отсутствие опыта, получаемого обычно с помощью программных симуляторов. Они даже нас удивили», — отметил Пинзан.
Следующим этапом миссии JUICE в реальном мире станет гравитационная помощь от Луны и Земли, сокращённо называемая LEGA, в августе. Затем JUICE пролетит мимо Луны и менее чем через сутки пройдёт мимо Земли, чтобы получить гравитационный импульс для увеличения своей скорости. Это будет первая попытка использования такого двойного гравитационного манёвра, но ввиду размеров JUICE — одного из самых массивных межпланетных космических аппаратов, когда-либо запущенных, — для его навигации требуется дополнительный манёвр.
В 2025 году JUICE получит ещё одну гравитационную помощь от Венеры, а затем совершит два дополнительных пролёта над Землёй в 2026 и 2029 годах, набирая необходимую скорость для покидания гравитационной привязки к Солнцу и, наконец, отправится в сторону Юпитера.