Непридуманные космические истории

Аткинсон Нэнси

– Мы начали загрузку последовательности команд в 4:30 утра, – рассказывает Элис Боумен, – и с учетом времени обмена информацией мы убедились, что команды получены станцией около девяти часов спустя.

И вдруг связь с New Horizons оборвалась.

Как говорит Боумен, ее первая мысль была: что-то случилось с наземной станцией приема сигналов. Связь со всеми межпланетными аппаратами выполняется через Сеть дальней космической связи (Deep Space Network, DSN) – систему очень чувствительных приемно-передающих антенн, установленных в трех точках поверхности Земли: Голдстоун, Калифорния, США; Мадрид, Испания, и Канберра, Австралия. Согласно стратегическому замыслу они расположены с разбивкой приблизительно в 120 градусов

по долготе, что позволяет постоянно наблюдать и поддерживать связь с далеким межпланетным аппаратом по мере того, как Земля вращается.

Элис Боумен и Карл Виттенберг, ведущий инженер по планированию операций проекта New Horizons, наблюдают за поступлением данных со станции, находящейся в пути к Плутону. Источник: NASA / лаборатория прикладной физики Университета имени Джонса Хопкинса / Юго-западный научно-исследовательский институт

– У нас и раньше по ходу полета случались аномалии, – говорит Боумен, – и, как правило, с самим космическим аппаратом все было в порядке, а неисправность находили в оборудовании наземной станции связи.

Но тщательная проверка установила, что наземные системы работали как нужно. Что-то случилось на борту New Horizons.

– У меня засосало под ложечкой от страха, – вспоминает Элис. – Но я тут же напомнила себе, что у меня есть работа, которую я должна делать, так что я глубоко вздохнула и сказала: «О’кей, давайте применим на практике все те навыки, которые мы усваивали во время тренировок и учебы все предыдущие девять с половиной лет». И я знала, что мы – сильная команда, поэтому сосредоточилась на практических действиях.

Вызвали Стерна, Уивера и других начальников проекта, а в это время Боумен уже собрала свою команду экспертов. Это были Карл Виттенберг, ведущий инженер по планированию операций, Крис Хёрсмен, системный инженер, Гейб Роджерс, инженер по системам управления и наведения, Стив Уильямс, начальник команды программистов бортового компьютера, и Брайан Бауэр, начальник команды разработки программ обеспечения автономных режимов New Horizons.

Первой по критичности задачей было восстановление связи с аппаратом, чтобы получить информацию о состоянии его систем и понять, успешно ли прошла загрузка программ для управления во время пролета Плутона. До начала этапа пролета оставалось всего трое суток, поэтому времени было в обрез.

Все космические аппараты (в наше время. – Прим. пер.) программируются с возможностью перехода в особый тип функционирования, называемый «безопасный режим». Он задействуется, когда автономная система управления бортом обнаруживает критичную проблему, которая требует вмешательства людей – операторов полета. В некоторых случаях переключение в безопасный режим предусматривает передачу управления от основного бортового компьютера резервному, изменение ориентации космического аппарата до такого положения, когда главная антенна связи направляется на Землю, и начало передачи телеметрии с данными о состоянии и сигналом просьбы о помощи.

Именно так и произошло с New Horizons. Через 77 минут прием сигнала от межпланетной станции возобновился, и ЦУП начал получать телеметрию.

– Никогда в жизни не хотела бы еще раз пережить что-то подобное тем 77 минутам без связи, – говорит Боумен. – Но какое же это было чудо, когда мы снова получили сигнал! В этот момент мы поняли, что сможем справиться с проблемой, вопрос оставался лишь в том, сумеем ли сделать это до запланированного начала программы пролета.

Проведя анализ телеметрии, специалисты поняли, что компьютер попытался сделать несколько разных действий одновременно и его процессор не справился с нагрузкой. Вычислительная машина космической станции занималась сжатием данных, загрузкой новых программных модулей и передачей данных на Землю.

Цель все ближе. На этих двух снимках планеты и ее крупнейшей луны, Харона, сделанных New Horizons 25 и 27 июня 2015 года, Плутон демонстрирует два своих сильно отличающихся полушария. Источник: NASA / лаборатория прикладной физики Университета имени Джонса Хопкинса / Юго-западный научно-исследовательский институт

– Все это были очень «тяжелые» с точки зрения требуемой вычислительной мощности операции, которые начали выполняться одновременно, и компьютеру не хватило ресурса процессора, чтобы выполнить их все с достаточной скоростью, – поясняет Элис. – Автономная система управления бортом обнаружила, что компьютер отстает от заданных параметров быстродействия, и пришла к выводу о его неисправности. В этот момент она произвела переключение на резервный (или вторичный) компьютер. Мы утратили сигнал от главного набора бортовых систем, потому что произошла передача управления резервным. Как только мы смогли увидеть новые данные, мы поняли, что произошло, и сумели составить план возвращения к нормальной работе аппарата.

Потребовалось почти трое суток работать не покладая рук, но в конце концов основная программа управления и наблюдений была загружена в главный компьютер. Научные наблюдения Плутона на пролете начались по расписанию.

– Даже несмотря на то что это был очень напряженный момент, – говорит Боумен, – все закончилось радостно и благополучно, и я благодарна нашей команде за то, что все вместе мы совладали с проблемой.

Уивер сказал, что эта аномалия «сделала нас несколько более осмотрительными; мы теперь стали опасаться, не ждет ли нас что-то еще, не таится ли впереди что-то зловещее, не случится ли вот-вот».

Одним из зловещих вопросов был такой: насколько точно навигационные расчеты приводят станцию в желаемую область? По словам Боумен, было очень непросто работать, не имея в этом уверенности, – и не уставать реагировать на те поправки, которые вносили навигаторы, выполняя требуемые коррекции курса.

– Не стоило проводить коррекцию траектории на слишком малом расстоянии от цели, потому что у нас тогда не оказалось бы достаточно времени, чтобы новая траектория «устоялась» и мы могли заново точно определить, куда именно движемся, – объясняет Элис. – Наша последняя возможность сделать коррекцию курса была 4 июля. После завершения последнего маневра единственным способом повлиять на содержание и результаты наблюдений оставался подбор времени их выполнения. Эти отметки времени были частью того блока информации, который мы загружали на борт, когда случился обрыв связи.

Но когда первые оптические навигационные снимки с камеры LORRI стали поступать на Землю после восстановления связи, они подтвердили, что New Horizons по-прежнему на правильном курсе сближения с Плутоном. И Плутон – даже на первых мутных снимках – выглядел очень интересно.

История легендарного «сердца Плутона»

13 июля, когда до полуночи оставались считаные минуты, – в последнюю ночь накануне максимального сближения – Уивер сидел в своем офисе со слипающимися глазами и раз за разом щелкал по иконке на рабочем столе своего компьютера в нетерпении, когда же появится информация. Он ожидал получения очень важного набора снимков: на них при помощи камеры LORRI должен быть зафиксирован последний общий вид обращенного к аппарату полушария Плутона до того, как аппарат окажется настолько близко к планете, что она перестанет помещаться в поле зрения камеры вся целиком.