В научной фантастике путешественники могут прыгнуть в футуристический космический корабль и пересечь половину галактики в мгновение ока благодаря сюжетной дыре. Однако требуются настоящие навигационные подвиги, чтобы обеспечить успех космической миссии в реальной жизни.
В 2021 году стартует миссия Lucy, она обещает быть невероятно амбициозной в области навигации. Чтобы направить Lucy к её целям, нужно не просто создать карту на бортовом компьютере и заполнить баки аппарата, а провести титаническую работу, ведь аппарат должен достичь шести астероидов в течение 12 лет.
Пункт назначения Lucy находится среди троянских астероидов (астероиды, которые движутся вокруг Солнца по орбите Юпитера возле точки Лагранжа L4 (то есть в 60° впереди планеты)). Посещение этих астероидов может помочь раскрыть секреты ранней Солнечной системы. В апреле 2025 года аппарат приблизится к небольшому астероиду (52246) Donaldjohanson в Главном поясе астероидов, между орбитами Марса и Юпитера. Именно там будет проведено испытание инструментов аппарата, прежде чем он посетит остальные цели в 2027-2028 годах. В 2033 году Lucy завершит свою миссию изучением двойной системы астероидов, вращающихся вокруг друг друга.
Эта диаграмма иллюстрирует траеткорию полёта Lucy (зеленая линия). В точке L4 Lucy пролетит (3548) Eurybates (белый), (15094) Polymele (розовый), (11351) Leucus (красный) и (21900) Orus (красный) в 2027-2028 г. После повторного приближения к Земле аппарат направится к L5, где встретит (617) бинарный астероид Patroclus-Menoetius (розовый) в 2033 году. В качестве бонуса, в 2025 году на пути к L4 Lucy пролетbn у небольшого астероида, ( 52246) Donaldjohanson (белый). Пролетев над Patroclus-Menoetius в 2033 году, Люси будет продолжать путешествовать между двумя точками каждые шесть лет. Юго-западный научно-исследовательский институт
Но существует ряд проблем, связанных с тем, что Солнечная система находится в постоянном движении, и гравитационные силы будут оттягивать Lucy от целей, которые она намерена посетить.
Учёные и инженеры, занимающиеся разработкой траектории полёта, несут ответственность за маршрут аппарата. Одним из таких инженеров является Джейкоб Энгландер (Jacob Englander), технический руководитель из команды Lucy. «Есть два способа навигации в миссии, подобной Lucy, — сказал он. — Вы можете либо сжечь огромное количество ракетного топлива и двигаться зигзагообразно, пытаясь достичь целей, либо вы можете найти возможность, когда они все окажутся в идеальной позиции». Чтобы посетить цели, большинство манёвров Люси будет происходить с помощью гравитации с минимальным использованием рабочего тела.
Как только космический аппарат начнёт приближаться к астероидам, в дело вступит система оптической навигации. «OpNav», как говорит технический руководитель по оптической навигации Корали Адам (Coralie Adam). Снимки с бортовых камер будут использоваться для определения положения Lucy относительно цели. Это полезная система, используемая для корректировки маршрута и обеспечения того, чтобы аппарат не улетел в противоположную сторону от цели.
Космический аппарат делает снимки и отправляет их на Землю, где Адам и другие специалисты используют программное обеспечение, чтобы определить, где была сделана фотография, на основе расположения звёзд и целей миссии. Также данные используются, чтобы определить, где находится космический аппарат и где он должен быть относительно астероидов. Затем команда разрабатывает манёвр для коррекции траектории.
Координация всех этих навигационных систем Lucy — сама по себе не простая задача. «Lockheed Martin посылает команды космическому кораблю через Deep Space Network, — говорит Адам. — Мы работаем с Lockheed и Юго-западным научно-исследовательским институтом, их команды отвечают за проектирование и настройку инструментов, чтобы в итоге мы делали фотографии где и когда захотим».
В то время как Lucy будет осуществлять манёвры в дальнем космосе для корректировки траектории движения, связь с аппаратом будет время от времени прерываться. Периоды отключения могут составлять до 30 минут в ходе некоторых масштабных манёвров. К примеру, связь может быть потеряна, когда Солнце окажется между станцией слежения и космическим аппаратом — в таком случае сигнал будет ухудшаться при прохождении через солнечную плазму. Потеря контакта — это ещё не катастрофа. У команды есть высокоточные прогнозы траектории полёта космического аппарата, которые позволят возобновить слежение за Lucy, когда событие, вызывающее потерю связи, закончится.
По какому пути пойдет Lucy после завершения миссии, почти через 15 лет? «Мы просто собираемся оставить его там», — заявил Энгландер. Команда миссии предрекла космическому аппарату суд
ьбу на тысячи лет вперёд, задолго до того, как Lucy, возможно, перепишет историю нашей Солнечной системы.
