Navigarea printr-o navă spațială prin ceruri a fost comparată cu navigarea unei nave în largul mării sau conducerea unui vehicul într-o călătorie lungă și lungă. Analogiile sunt necesare, deoarece navigația cu nave spațiale este efectuată printr-un eșantionare relativ mică a rasei umane, iar meseria implică de obicei să faci lucruri care nu s-au mai făcut niciodată. Cei dintre noi, care avem probleme să înțeleagă o foaie de parcurs aici, pe Pământ, ne mirăm de ceea ce pot realiza acești navigatori cerești.
Literal, aceasta este știința rachetelor.
În termeni cei mai simpli, navigația cu nave spațiale presupune determinarea locului unde se află nava spațială și menținerea ei în curs până la destinația dorită. Dar nu este la fel de ușor decât trecerea de la punctul A (Pământ) la punctul B (o planetă sau un alt corp din sistemul nostru solar). Acestea nu sunt poziții fixe în spațiu. Navigatorii trebuie să facă față provocărilor de calculare a vitezei și orientărilor exacte ale unui Pământ rotativ, a unei destinații rotative, precum și a unei nave spațiale în mișcare, în timp ce toate călătoresc simultan pe propriile lor orbite în jurul Soarelui.
Chris Potts, care a ajutat să conducă echipele de navigație pentru Mars Exploration Rovers (MER), a comparat cerințele țintă de a ateriza spiritul rover în interiorul unui crater specific de pe Marte, pentru a putea trage un baschet printr-un cerc la 9000 de mile distanță. „Nu numai că trebuie să realizați perfect lovitura fără ca mingea să atingă janta, dar sincronizarea trebuie să fie perfectă, așa că faceți lovitura exact așa cum sună soneria”, a spus el.
Ken Williams a fost șeful echipei de navigație pentru întoarcerea misiunii Stardust de eșantioane incontestabile ale unei comete înapoi pe Pământ. Pentru o reintrare și aterizare reușită într-o locație precisă din Utah, echipa de navigație a trebuit să țină intrarea capsulei de întoarcere într-un punct specific din atmosfera Pământului, în termen de opt 100 de grade de grad, un obiect care a fost comparat cu lovirea ochiului a unui ac de cusut cu o bucată de fir de-a lungul unei încăperi.
Navigarea este esențială pentru fiecare misiune robotică și, în timp ce succesul misiunii depinde de performanța echipei de navigație, navigatorii nu se găsesc de obicei în lumina reflectoarelor, stând pe scenă pentru o conferință de presă. În mod obișnuit, acesta este rezervat oamenilor de știință și designerilor misiunii. Navigatorii, se pare, lucrează în culise, prelungind tranșee în relativă anonimitate.
Dar am avut ocazia să vorbesc cu câțiva navigatori de nave spațiale, aflând mai multe despre meseria lor și descoperind calitățile înnăscute ale celor care ne ghidează nava spațială spre locuri dincolo.
Neil Mottinger a făcut parte din numeroase misiuni de când a început să lucreze la Laboratorul de Propulsie Jet în 1967. A asistat la unele misiuni lunare și planetare timpurii și a dezvoltat o parte din software-ul pe care navigatorii îl utilizează și astăzi.
Ascultă interviul meu cu Mottinger la ediția din 21 august a podcastului 365 de zile de astronomie.
Există mai multe sub-discipline diferite pentru navigația navelor spațiale, iar una dintre specialitățile Mottinger este determinarea orbitelor. „Determinarea orbitei este să știe unde se află nava spațială și unde se duce”, a spus Mottinger, care lucrează în prezent cu misiunea Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) și viitoarea misiune LCROSS (Lunar Crater Observation and Sensing Satellite) pe lună. „Începe cu a prezice traiectoria unde va fi nava spațială imediat după lansare, astfel încât rețeaua spațială profundă (DSN) să știe unde să îndrepte antena lor și pe ce frecvență să se aștepte semnalul.” DSN constă dintr-o rețea de antene de comunicare în spațiu profund extrem de sensibile în trei locații: Goldstone, California; Madrid, Spania; și Canberra, Australia. Amplasarea strategică la aproximativ 120 de grade distanță de suprafața Pământului permite observarea constantă a navei spațiale pe măsură ce Pământul se rotește.
Deoarece nu există GPS în spațiul exterior, navigatorii prelucrează datele de urmărire radiometrică primite de la DSN pentru a determina poziția și viteza navei spațiale. De asemenea, folosesc date optice, unde nava spațială face o poză cu fundalul stelei pentru a ajuta la rafinarea traiectoriei navei spațiale.
Timp de mulți ani, Mottinger a lucrat cu un grup care a furnizat suport de navigație pentru lansarea a peste 100 de nave spațiale. „Nu m-am atașat niciodată de nicio misiune, chiar după ce, imediat după o lansare, am trecut în următoarea misiune”, a spus Mottinger. Dar acum rămâne cu misiuni mai mult timp și a fost cu misiunea MRO pentru o bună parte din trei ani. Mottinger este încântat de datele științifice pe care le-a returnat această misiune. „Trebuie să oferim predicții exacte despre locul în care va fi nava spațială. Apoi, inginerii știu să orienteze navele spațiale pentru ca oamenii de știință să își poată face observațiile ”, a spus el. „Dacă ne facem treaba, oamenii de știință pot vedea o alunecare de teren pe Marte sau pot privi anumite zone de pe planetă. Dacă predicțiile noastre sunt greșite, camerele sunt orientate într-o direcție greșită. Navigarea este parte integrantă a întregului proces de asigurare a succesului misiunii. "
Mottinger a spus că, în mod obișnuit, nu se consideră navigatori ca oameni de știință, ci doar ca un mijloc pentru ca oamenii de știință să obțină rezultate. Totuși, uneori, produsele secundare științifice provin din navigație. Cea mai faimoasă instanță a implicat misiunea Voyager când navigatoarea Linda Morabito a descoperit un vulcan pe luna Ioana lui Jupiter, analizând imagini de navigație optică. În misiunile Lunar Orbiter, navigatorii și-au dat seama că există concentrații mari de masă (numite acum mascone) sub suprafața lunii care accelerează nave spațiale pe orbită.
În plus, știința folosită în navigație s-a îmbunătățit dramatic de-a lungul anilor. „Când te uiți la tipurile de lucruri pe care nu le-am înțeles când am început pentru prima dată versus ceea ce știm acum, este copleșitor”, a spus Mottinger. De exemplu, navigatorii pot crea acum modele foarte precise de presiune solară - modul în care particulele de lumina soarelui împing împotriva unei nave spațiale și își modifică traiectoria - care include nu numai modul în care lumina reflectată de soare este de pe diferite suprafețe ale navei spațiale, ci și re-radiația de energie absorbită. de panourile solare și radiat în partea din spate.
În plus, efemeridele, tabelele pe care navigatorii le folosesc pentru obținerea pozițiilor obiectelor astronomice, s-au îmbunătățit și în ceea ce privește acuratețea de-a lungul anilor. „Diavolul este în detalii”, a spus Mottinger. „Navigarea devine un joc incredibil de precis.”
La fel ca mulți care lucrează la JPL, Mottinger îi place să vorbească cu școli sau grupuri comunitare pentru a împărtăși emoția și descoperirile recente ale explorării spațiale. „Este important să fim acolo pentru a spune mesajul nostru pentru ca oamenii să fie încântați de ceea ce facem”, a spus el. „Și publicul are dreptul să fie încântat, pentru că plătește factura.”
Cu câțiva ani în urmă, Mottinger s-a întors în orașul natal din Oswego, Illinois, pentru a vorbi studenților despre meseria sa de navigator. S-a așezat în clasă un tânăr Chris Potts, care a decis că navigația cu nave spațiale este cariera pe care dorea să o urmeze. Potts, care a fost la JPL din 1984, a fost șeful adjunct al echipei de navigație pentru MER și acum lucrează cu misiunea Dawn, care este pe ruta pentru a orbita doi asteroizi, Ceres și Vesta.
Specialitatea Potts este controlul traseului de zbor. Aceasta implică arderea sistemului de propulsie pentru a modifica viteza sau traiectoria navei spațiale, cunoscută sub numele de Traiectory Correction Maneuvers (TCM). „Aceasta include înțelegerea capacităților de control ale navei spațiale și determinarea oricăror limitări”, a spus Potts. „Stabiliți când veți opri sistemul de propulsie, cât de des și obiectivul fiecărei manevre. De asemenea, trebuie să evaluați cerințele de livrare, pentru a vă asigura că puteți ateriza într-un crater pe Marte, de exemplu, și pentru a reduce riscul pe parcurs. ”
Aspectul de design este partea preferată a lucrării Potts. „Încerci să dezvolți o strategie care să alăture toate piesele”, a spus el. „Trebuie să discutați cu oamenii de știință ai misiunii și să înțelegeți care sunt cerințele lor și apoi să știți ce poate face nava spațială. Este ca oamenii care au o mașină veche și au circulat atât de mult timp, știu să profite la maxim de acest vehicul. A profita de ceea ce nava spațială face bine și de a lucra în jurul limitărilor sale contribuie la conceperea unei strategii care o îmbină pentru a face să funcționeze. ”
O mare parte din munca lui Pott presupune simulări și testări. „Vedem cum se comportă nava spațială și încercăm diferite strategii pentru a o îmbunătăți pentru situația noastră”, a spus el. „Secțiunea de navigare are o întreagă„ cutie de instrumente ”de software pe care o putem folosi.”
Nava spațială Dawn folosește un motor cu ioni și aceasta este prima dată când Potts lucrează cu un sistem de propulsie cu tracțiune mică. "Este o misiune cu totul diferită", a spus el. „Îngrijorările sunt puțin diferite decât celelalte misiuni, deoarece traiectoria este atât de eficientă. Unul dintre lucrurile de care vă faceți griji este să nu aveți suficient timp pentru a face corecțiile care sunt necesare. Deși tracțiunea este scăzută, de-a lungul timpului creează o schimbare de viteză destul de mare și proiectați întotdeauna traiectorii și schimbând comenzi pentru a vă asigura că motorul cu ioni se aprinde în direcția corectă. Dacă există un fel de eroare sau sughiț al navei spațiale pe parcurs, trebuie să scrâșniți, iar unele evenimente viitoare ar trebui să fie mutate. " Dawn va ajunge la Vesta în 2011.
Potts se bucură că face parte din emoția tuturor diferitelor misiuni de la JPL. „Îmi place foarte mult să lucrez cu niște oameni extrem de inteligenți și talentați și puteți simți cu siguranță pasiunea pentru munca pe care o fac”, a spus el. „Uneori, acest lucru poate fi intimidant, dar vă dați seama că fiecare are propriul talent de oferit și toată lumea vă ajută să vă faceți tot posibilul aici. Trebuie să facem o varietate de lucrări interesante și este foarte dificil. Nu sunt două zile la fel. ”
Una dintre recompensele muncii sale, a spus Potts, este să vadă fructele lucrării sale să apară în descoperirile științifice. „Odată cu întoarcerea eșantionului Stardust, să vizionezi pământul capsulei chiar acolo unde trebuia să fie în Utah a fost foarte mulțumitor”, a spus el. „Și pentru a vedea oamenii de știință să pună mâna pe aceste date și să înceapă să își investigheze, simți cât de încântați și încântați sunt pentru a ajunge în sfârșit să lucreze pe ambiția lor de-a lungul vieții.”
Recent, oamenii de știință Stardust au anunțat găsirea unui aminoacid, unul dintre blocurile de viață, într-un eșantion nava spațială revenită pe Pământ.
Potts și Mottinger au lucrat amândoi la misiunea Stardust sub conducerea lui Ken Williams. Williams a lucrat la JPL câțiva ani, dar în prezent este angajat la KinetX, o firmă de inginerie privată specializată în tehnologia aerospațială și dezvoltarea de software. În prezent, KinetX oferă asistență de navigație pentru misiunea New Horizons în Pluton, precum și pentru misiunea MESSENGER (Mercury Surface Space Environment Geochemistry and Ranging) la Mercury, iar Williams este șeful echipei de navigație MESSENGER. Spre deosebire de Mottinger și Potts, Williams nu a fost întotdeauna implicat în misiuni spațiale, iar cariera sa în navigație a evoluat dintr-un fundal în fizică. A lucrat la Applied Physics Lab la Universitatea Johns Hopkins înainte de a veni să lucreze la JPL în 1994.
Partea favorită de Williams de a fi navigator este găsirea și soluționarea problemelor tehnice interesante. "Asta mă interesează", a spus el. „MESSENGER are cu siguranță o serie de dintre acestea. Am zburat pe Pământ o dată, Venus de două ori și Mercur de două ori. Va trebui să zburăm cu Mercur încă o dată înainte de a intra în orbită în cea de-a patra întâlnire. Găsirea unei traiectorii care face toate aceste lucruri cu succes este o problemă tehnică foarte interesantă, cu care sunt foarte bucuros să fiu implicat. Trebuie să luăm în considerare tot felul de constrângeri, cum ar fi păstrarea navei spațiale îndreptate spre soare, astfel încât componentele să nu se încălzească prea mult. "
În calitate de șef al echipei de navigație, Williams coordonează toate sub-disciplinele de determinare a orbitei, controlul traseului de zbor și navigare optică, împreună cu nevoile oamenilor de știință ai misiunii în ceea ce privește observațiile atunci când întâlnesc o planetă sau o cometă.
De asemenea, Williams se bucură de bucuria de a fi în plină acțiune în misiuni spațiale importante. „Cred că este ca într-o luptă sau într-un meci de baschet sau de fotbal”, a spus el. „Simțiți emoția de a vedea desfășurarea evenimentelor și de a răspunde oricăror anomalii sau surprize care apar. Și când s-a făcut totul, aveți un sentiment extraordinar de satisfacție. ”
Experiențele sale cu întoarcerea lui Stardust pe Pământ ies în evidență. „Făcând coordonarea tuturor eforturilor și reducerea cu succes a navei spațiale a fost probabil cea mai mulțumitoare experiență din toate timpurile în care am fost la JPL”, a spus el. „În aproape fiecare misiune la care am lucrat, a existat un timp în care ai un sentiment de euforie cu privire la faptul că nava spațială să fie la locul potrivit la momentul potrivit. Este o senzație bună. ”
Deși părăsirea JPL a fost o decizie dificilă, Williams se bucură de experiențele sale la o companie privată. „Ar fi fost ușor să rămân la JPL și să fie ceea ce ei numesc un„ greybeard ”din punct de vedere al experienței, dar după Stardust, mi-a plăcut provocarea de a conduce o echipă de navigație și de a crește în domenii tehnice”, a spus el. "Am crezut că va exista o oportunitate mai bună de a face asta cu o echipă mică dintr-o companie mică și am considerat că KinetX este un loc bun pentru a realiza acest lucru."
Opusul unui „greybeard” este navigatorul Emily Gist. Ea este la JPL de 4 ani și face parte din echipa de navigație pentru misiunea Cassini de la Saturn. Ca și Potts, lucrează în controlul traseului de zbor, ajutând la planificarea traiectoriei și la estimarea poziției viitoare a navei spațiale și la controlul corecțiilor necesare pentru atingerea obiectivelor misiunii.
Își ia mare satisfacție știind că ajută la facilitarea explorării. „Sistemul saturnian este mai frumos decât și-ar fi imaginat majoritatea și mai divers decât s-a cunoscut anterior”, a spus ea. „Informațiile oferite de Cassini ne-au luminat pe toți. Mai precis îmi place cât de mult învăț în fiecare zi la JPL și lucrez la Misiunea Cassini. ”
Ca parte a „viitoarei generații” de navigatori, Gist se bucură de mediul provocator oferit de JPL. „Am avut un test de pregătire operațională pe Cassini, unde echipa a fost testată pentru a vedea cum vom reacționa la o defecțiune sau o defecțiune a navei spațiale într-un mediu operațional”, a spus ea. „Inginerii seniori nu erau în joc, așa că noua generație a trebuit să o descopere singură și am făcut o treabă excelentă. M-a făcut mândru de toți oamenii cu care lucrez. Sunt oameni cu adevărat talentați. ”
Gist a spus că genul nu a fost niciodată o problemă în meseria ei de navigator. „JPL are un personal minunat divers, iar în timp ce nu există foarte mulți navigatori de sex feminin, nu suntem tratați diferit”, a spus ea. „Sunt destul de părtinitoare, dar cred că ceea ce ne lipsește din cantitate facem din punct de vedere calitativ. Lucrez cu niște femei uimitoare. ”
„În plus, mă simt norocoasă să trăiesc într-un timp și într-o societate în care indiferent de sex se poate găsi lucrul pe care vor să-l facă și să-l facă cât mai bine. Îmi place să fiu inginer și ceea ce încerc să transmit femeilor tinere este faptul că ei pot iubi orice își doresc, chiar dacă este matematică și știință, fără teamă că este o meserie mai puțin feminină. "
Cea mai grea întrebare pentru care au răspuns toți navigatorii a fost dacă au avut o parte cel puțin preferată din slujbă. Aceștia au citat problemele obișnuite cu orice slujbă: nu este suficient timp și prea multă hârtie. Și stresul vine cu treaba. „Termenele limită, în special lucrul la JPL, sunt foarte reale”, a spus Potts. „Dacă nu ești pregătit pentru un eveniment critic în misiune, de obicei nu ai a doua șansă. Este foarte mult să îți faci treaba corect. ”
Dar toți navigatorii au subliniat importanța aspectului echipei în meseria lor. „Căutați calitatea inerentă a echipei”, a spus Mottinger. „Am avut un manager de proiect care a spus că o echipă surprinde greșelile celuilalt și întregul este mai mare decât suma pieselor. Totul este făcut într-un spirit de camaraderie și nu există o întrebare stupidă. ”
Dar a căuta lumina reflectoarelor individuale nu pare să fie în machiajul unui navigator.
„Sunt mai confortabil să lucrez în culise decât să fac un interviu”, a spus Potts. "Când știu că mi-am făcut treaba și am contribuit la succesul misiunii, este suficient pentru mine."
"Sunt bine cu munca mea fiind în culise", a adăugat Gist. „Cu toate acestea, când mă gândesc la munca pe care inginerii o au înainte și în jurul meu, au simțit uneori că ar trebui să obțină mai multă recunoaștere.”
Williams consideră că, în general, domeniul navigării ar trebui să obțină mai multă recunoaștere. „Cred că oamenii de știință și oamenii care realizează sisteme pur hardware subestimează dificultățile ce trebuie să facă navigatorii”, a spus el. „Ar fi frumos dacă am primi mai multă recunoaștere de la colegii noștri doar din punctul de vedere al faptului că putem influența modul în care misiunile sunt planificate și proiectate pentru a începe, astfel încât problemele de navigație să poată fi abordate înainte de lansare și nu numai să ne lăsăm la dispoziție după lansa. Mă simt mai puternic în legătură cu asta decât orice recunoaștere a propriilor mele realizări. ”
Williams a spus că ceea ce fac navigatorii este mai mult o formă de artă. „Nu poate fi redus la un set de algoritmi care pot fi stocate la bordul unui sistem de zbor, cum ar fi puterea sau propulsia, de exemplu. Rafinare constantă.
Și navigatorii sunt deranjați de orele lungi și ciudate uneori pe care le necesită munca lor? „Nu”, a spus Mottinger, „nu l-aș schimba cu nimic. Nu există nimic altceva.
