Az űrhajónak az égben történő navigálását összehasonlítottuk egy nyílt tengeren vitorlázással vagy egy jármű hosszú távolsági úton történő vezetésével. Analógiákra van szükség, mivel az űrhajók navigációját az emberi faj viszonylag kis mintavételével végzik, és a munka általában olyan dolgok elvégzését foglalja magában, amelyeket még soha nem végeztek el. Azoknak, akiknek nehezen tudják értelmezni az útitervet itt a Földön, félelemmel büszkék arra, amit ezek a mennyezeti navigátorok képesek elérni.
Szó szerint ez a rakéta tudomány.
A legegyszerűbben fogalmazva: az űrhajó navigációja magában foglalja annak meghatározását, hogy hol van az űrhajó, és folyamatosan megtartja a kívánt célállomásra. De ez nem olyan egyszerű, mint az A pontból (Föld) a B pontba (egy bolygó vagy más test a Naprendszerünkben.) Jutás. Ezek nem az űrben rögzített pozíciók. A navigátoroknak meg kell felelniük a forgó Föld, a forgó célpont és a mozgó űrhajó pontos sebességének és tájolásának kiszámításának kihívásainak, miközben mindegyik egyidejűleg saját pályáján halad a Nap körül.
Chris Potts, aki segített a Mars Exploration Rovers (MER) navigációs csapatainak vezetésében, összehasonlította a Spirit rovernek a Marson található kráter belsejében való leszállásának célkövetelményeit annak érdekében, hogy egy kosárlabdát lőjenek egy 9000 mérföld távolságban lévő karika segítségével. "Nemcsak azt, hogy tökéletesen el kell végeznie a lövést anélkül, hogy a labda hozzáérne a széléhez, hanem az időzítésnek is tökéletesnek kell lennie, tehát pontosan úgy kell elkészítenie a lövést, ahogy a csengő hangzik" - mondta.
Ken Williams volt a navigációs csoport vezetője a Stardust misszió tiszta üstökös mintáinak visszatérésével a Földre. A sikeres visszatéréshez és leszálláshoz Utah városának pontos pontján a navigációs csapatnak a Föld légkörének egy adott pontjára való belépést a fok nyolc százados pontján kell megcéloznia, ami egy olyan teljesítmény, amelyet összehasonlítottak a szembe ütéssel. varrótű egy darab fonallal egy szobából.
A navigáció elengedhetetlen minden robot küldetéshez, és bár a misszió sikere attól függ, hogy a navigációs csapat milyen jól teljesít, a navigátorokat általában nem találják meg a reflektorfényben, amikor egy sajtótájékoztatón ülnek a színpadra. Általában ez a misszió tudósai és tervezői számára van fenntartva. A navigátorok látszólag a színfalak mögött dolgoznak, relatív névtelenséggel ápolják az árkokat.
De lehetőségem volt beszélni néhány űrhajó-navigátorral, többet megtudni a munkájukról és felfedezni azoknak a veleszületett tulajdonságait, akik űrhajóinkat a távoli helyekre vezetik.
Neil Mottinger számos küldetésen részt vett, mióta 1967-ben kezdte meg a munkát a Jet Meghajtó Laboratóriumban. Segített néhány korai hold- és bolygó misszióban, és kifejlesztett néhány szoftvert, amelyet a navigátorok ma is használnak.
Hallgassa meg a Mottingerrel készített interjúmat a 365 Days of Astronomy podcast augusztus 21-i kiadásán.
Számos különféle tudományág létezik az űrhajók navigációjában, és a Mottinger egyik specialitása a pálya meghatározása. „A pálya meghatározása az, hogy tudjuk, hol van az űrhajó, és hova megy” - mondta Mottinger, aki jelenleg a Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) misszióval és a közelgő LCROSS (Hold-kráter megfigyelő és érzékelő műhold) misszióval működik együtt a hold felé. "A sík előrejelzésével kezdődik, ahol az űrhajó közvetlenül a felszállás után lesz, hogy a Deep Space Network (DSN) tudja, hova kell mutatni antennájukat és milyen frekvencián várható el a jel." A DSN rendkívül érzékeny mély űrkommunikációs antennák hálózatából áll, három helyen: Goldstone, Kalifornia; Madrid, Spanyolország; és Canberra, Ausztrália. A Föld felületén körülbelül 120 fokos távolságban levő stratégiai elhelyezkedés lehetővé teszi az űrhajók folyamatos megfigyelését a Föld forgása közben.
Mivel a világűrben nincs GPS, a navigátorok feldolgozzák a DSN-től kapott radiometrikus nyomkövetési adatokat az űrhajó helyzetének és sebességének meghatározására. Optikai adatokat is használnak, ahol az űrhajó képet készít a csillag hátteréről, hogy pontosítsa az űrhajó pályáját.
A Mottinger sok éven át együtt dolgozott egy csoporttal, amely navigációs támogatást nyújtott több mint 100 űrhajó elindításához. „Soha nem csatlakoztam egyetlen küldetéshez sem, mivel közvetlenül az indulás után a következő küldetésre mentünk” - mondta Mottinger. De most hosszabb ideig tart küldetésekkel, és három év jobb részében a MRO misszióban van. Mottinger izgatott a tudományos adatokkal, amelyeket ez a misszió visszatért. „Pontos előrejelzéseket kell adnunk arról, hogy hol lesz az űrhajó. Akkor a mérnökök tudják, hogyan lehet az űrhajót orientálni, hogy a tudósok megfigyeléseiket megtehessék ”- mondta. „Ha munkát végezünk, a tudósok földcsuszamlást tapasztalhatnak a Marson, vagy megnézhetik a bolygó meghatározott területeit. Ha előrejelzéseink tévednek, a kamerákat rossz irányba mutatják. A navigáció szerves része a küldetés sikerének biztosításának teljes folyamatában. ”
Mottinger elmondta, hogy általában az ember nem gondol a navigátorokra mint tudósokra, hanem csupán arra, hogy a tudósok eredményt kapjanak. Néha azonban a tudományos melléktermékek a navigációból származnak. A legismertebb eset a Voyager küldetés volt, amikor Linda Morabito navigátor felfedezett egy vulkánt a Jupiter holdján, optikai navigációs képeket nézve. A Lunar Orbiter missziókban a navigátorok rájöttek, hogy a hold felszínén nagy tömegkoncentráció (jelenleg Mascons) van, amely az űrhajón gyorsul.
Ezenkívül a navigációban alkalmazott tudomány drasztikusan javult az évek során. "Ha megvizsgáljuk azokat a típusú dolgokat, amelyeket mi nem értettünk, amikor először elkezdtem szemben állni azzal, amit most tudunk, akkor ez lenyűgöző" - mondta Mottinger. Például a navigátorok most már nagyon pontos modelleket készíthetnek a napnyomásról - a napfény részecskéi hogyan nyomódnak az űrhajóra és megváltoztatják a pályáját - amely magában foglalja nemcsak azt, hogy a napfény hogyan tükröződik az űrhajó különböző felületein, hanem az elnyelt energia visszatükröződését is. a napelemek által, és sugárzott ki a hátsó oldalon.
Ezenkívül az efemeridek, a táblázatok navigátorok által használt csillagászati objektumok helyzetének meghatározására, az évek során a pontosság is javult. - Az ördög a részletekben van - mondta Mottinger. "A navigáció hihetetlenül pontos játék lesz."
Mint sokan, akik a JPL-nél dolgoznak, Mottinger élvezi az iskolákkal vagy közösségi csoportokkal való beszélgetést, hogy megosszák az űrkutatás izgalmát és legújabb felfedezéseit. "Fontos, hogy odakinn mondjuk üzenetünket, hogy izgatjuk az embereket arról, amit csinálunk" - mondta. "És a közönségnek joga van izgatni, mert fizetik a számlát."
Néhány évvel ezelőtt Mottinger visszatért szülővárosába, Oswego-ba (Illinois), hogy a hallgatókkal beszélt a navigátor munkájáról. Az osztályban ült egy fiatal Chris Potts, aki úgy döntött, hogy az űrhajó navigációja a karrierje, amelyet folytatni akart. Potts, aki 1984 óta a JPL-nél dolgozik, a MER navigációs csoportjának helyettese volt, és most a Dawn misszióval működik, amely úton van két aszteroida, Ceres és Vesta pályára.
Potts szakterülete a repülési útvonal ellenőrzése. Ez magában foglalja a meghajtó rendszer égetését az űrhajó sebességének vagy pályájának megváltoztatására, az úgynevezett Trajectory Correction Maneuvers (TCM). "Ez magában foglalja az űrhajó irányítási képességeinek megértését és a korlátozások meghatározását" - mondta Potts. „Ön meghatározza, hogy mikor fog tüzelni a meghajtó rendszert, az egyes manőverek gyakorisága és gyakorisága. Fel kell mérnie a szállítási követelményeket is, hogy megbizonyosodjon arról, hogy egy kráterbe tud szállni például a Marson, és minimalizálja a kockázatot az út során. ”
A tervezési szempont Potts kedvenc része a munkának. "Megpróbál olyan stratégiát kidolgozni, amely összehozza az összes darabot" - mondta. „Beszélnünk kell a missziós tudósokkal, meg kell értenie követelményeik követelményeit, majd meg kell tudnia, mit tehet az űrhajó. Olyan, mintha az embereknek van egy régi autójuk, és olyan régóta járnak körül, tudják, hogyan lehetne a legtöbbet kihozni ebből a járműből. Az űrhajó jól működő lehetőségeinek kihasználása és korlátozásainak megkerülése hozzájárul egy olyan stratégia kidolgozásához, amely összehozza azt, hogy működőképessé váljon. ”
Potts munkájának nagy része szimulációkkal és tesztelésekkel jár. "Látjuk, hogyan viselkedik az űrhajó, és különböző stratégiákat kipróbálunk, hogy javítsuk a helyzetünkhöz" - mondta. "A navigációs szakasz egy teljes" eszközkészlettel "rendelkezik a szoftverrel, amelyet tudunk használni."
A Dawn űrhajó ionmotorot használ, és Potts ez az első alkalom, amikor alacsony nyomóerővel működik. "Ez egészen más küldetés" - mondta. „Az aggodalmak kissé különböznek a többi küldetéstől, mivel a tolóerő annyira hatékony. Az egyik dolog, amiben aggódik, az, hogy nincs elegendő ideje a szükséges javítások elvégzésére. Bár a tolóerő alacsony, az idő múlásával meglehetősen gyors a sebesség változása, és mindig tervez trajektóriákat és változtat parancsokat, hogy megbizonyosodjon arról, hogy az ionmotor a helyes irányba halad. Ha bármilyen űrhajó hibája vagy csuklása van az út mentén, át kell csapnod, és esetleg a jövőbeli eseményeket át kell mozgatni. " Dawn 2011-ben érkezik a Vestába.
Potts élvezi a JPL-n belüli különféle küldetések izgalmát. "Nagyon örülök, hogy itt dolgozhatok rendkívül intelligens és tehetséges emberekkel, és minden bizonnyal megértheti a szenvedélyét az általuk elvégzett munka iránt" - mondta. „Időnként ez félelmetes lehet, de rájössz, hogy mindenkinek megvan a maga tehetsége, amit kínál, és mindenki segít ösztönözni, hogy itt mindent megtegyen. Különféle érdekes munkákat kell végeznünk, és ez nagyon nehéz. Nincs két nap ugyanaz.
Potts elmondta, hogy munkája egyik jutalma látja, hogy munkája a tudományos felfedezésekben derül fényre. "A Stardust-minta visszatérése után nagyon meglehetősen óriási volt nézni a kapszulát ott, ahova azt kellett volna Utahban" - mondta. "És ha azt látja, hogy a tudósok kezébe veszik ezeket az adatokat, és elkezdenek elvégezni a vizsgálatokat, akkor érzékelik, mennyire izgatottak és izgatottak voltak, hogy végre munkájukba kezdjék az egész életen át tartó törekvéseiket."
A közelmúltban a Stardust tudósai bejelentették, hogy az aminosav, az élet egyik építőköve, egy mintában talált az űrhajó visszatért a Földre.
Potts és Mottinger egyaránt a Stardust misszión dolgoztak Ken Williams vezetésével. Williams több éve a JPL-nél dolgozott, de jelenleg a KinetX, az űrrepülőgép-technológiára és a szoftverfejlesztésre szakosodott magánmérnöki cég alkalmazásában áll. Jelenleg a KinetX navigációs támogatást nyújt a New Horizons Plútó-missziójához, valamint a MESSENGER (Mercury felszíni térbeli geokémia és Ranging) missziójához a Mercury-hoz, Williams pedig a MESSENGER navigációs csapata főnöke. Mottingerrel és Potts-szal ellentétben Williams nem mindig vett részt űrhajózási missziókban, és navigációs karrierje a fizika háttéréből fejlődött ki. Mielõtt 1994-ben a JPL-be dolgozott, a Johns Hopkins Egyetemen alkalmazott alkalmazott fizika laboratóriumában dolgozott.
Williams kedvenc része a navigátornak az érdekes műszaki problémák felkutatása és megoldása. "Ez az, ami felhívja a figyelmemet" - mondta. „A MESSENGER-nek bizonyosan számos ilyen van. Egyszer repültünk a Földön, kétszer a Vénuszon és kétszer a Higanyon. Még egyszer a Merkúrral kell repülnünk, mielőtt végül keringünk a negyedik találkozásra. Nagyon érdekes technikai probléma az, ha olyan irányt találunk, amely sikeresen végrehajtja ezeket a dolgokat, és nagyon örülök, hogy részt vehetek benne. Mindenféle korlátozást is figyelembe kell vennünk, például az űrhajót a naptól távol kell tartani, hogy az alkatrészek ne melegedjenek túl. "
A navigációs csoport vezetőjeként Williams koordinálja a pálya meghatározásának, a repülési útvonal-irányításnak és az optikai navigációnak az összes tudományágát, a missziós kutatók igényeivel együtt, a megfigyelések szempontjából, amikor bolygóra vagy üstökösre találkoznak.
Williams szintén élvezi az izgalmat, hogy fontos akció-missziókban részt vesz az akcióban. "Azt hiszem, olyan, mint egy csatában vagy kosárlabda vagy labdarúgó játékban lenni" - mondta. „Izgalmat érez, ha az események kibontakoznak, és reagálnak az esetleges rendellenességekre vagy meglepetésekre. És amikor már elkészült, óriási elégedettség érzése van. "
A Stardust Földre való visszatérésével kapcsolatos tapasztalatai kiemelkedő események. "Az összes erőfeszítés összehangolása és az űrhajó sikeres leszerelése valószínűleg az volt a legkedvezőbb tapasztalat, amelyet a JPL-ben töltött idő alatt töltöttem" - mondta. „Szinte minden olyan küldetésen, ahol dolgoztam, volt olyan idő, amikor eufóriát éreztek azzal kapcsolatban, hogy az űrhajó a megfelelő helyen legyen a megfelelő időben. Ez egy jó érzés.
Noha a JPL elhagyása nehéz döntés volt, Williams magánvállalkozásban élvezi tapasztalatait. "Könnyű lett volna a JPL-n maradni, és tapasztalataik szerint" greybeard "-nek nevezni őket, de a Stardust után tetszett az a kihívás, hogy egy navigációs csapatot vezessenek és növekedjenek a műszaki területeken" - mondta. "Úgy gondoltam, hogy jobb lehetőség lesz erre egy kis csapattal, egy kis társaságban, és azt gondoltam, hogy a KinetX jó hely ennek megvalósításához."
A „greybeard” ellentéte az Emily Gist navigátor. 4 éve a JPL-n dolgozik, és része a Saturn-i Cassini misszió navigációs csapatának. Potts-hoz hasonlóan, a repülési útvonal irányításában is dolgozik, segít megtervezni a pályát, megbecsülni az űrhajó jövőbeli helyzetét, és ellenőrizni a misszió céljainak eléréséhez szükséges korrekciókat.
Nagyon elégedett, tudván, hogy elősegíti a feltárást. "A Saturniai rendszer szebb, mint a legtöbb ember elképzelte volna, és sokrétűbb, mint korábban ismerték" - mondta. „A Cassini által szolgáltatott információk mindannyiunkat felvilágosítottak. Pontosabban szeretem, mennyit tanulok minden nap a JPL-nél és a Cassini Misszión dolgozom. ”
A navigátorok „következő generációja” részeként Gist élvezi a JPL által nyújtott kihívásokkal teli környezetet. "Volt egy operatív készenléti teszt a Cassini-n, ahol a csapatot megvizsgálták, hogy meghatározzuk, hogyan reagáljunk az űrhajóban bekövetkező meghibásodásra vagy hibára operatív környezetben" - mondta. „Az idősebb mérnökök nem voltak játékban, így az újabb generációnak saját magunknak kellett kitalálnunk, és kiváló munkát végeztünk. Ez büszke arra, hogy minden ember együtt dolgozom. Igazán tehetséges emberek. ”
Gist szerint a nemek soha nem voltak kérdésesek a navigátorként végzett munkájában. "A JPL csodálatosan sokféle személyzettel rendelkezik, és noha nincs sok női navigátor, nem bánnak velünk másképp" - mondta. „Nagyon elfogult vagyok, de azt hiszem, hogy amiben hiányzik a mennyisége, azt a minőséggel fedezzük fel. Néhány csodálatos nővel dolgozom. ”
„Ezenkívül szerencsésnek érzem magam egy olyan időben és olyan társadalomban élni, ahol nemtől függetlenül megtalálhatjuk azt a dolgot, amelyet meg akarnak csinálni, és amennyire képességeik szerint meg tudják csinálni. Szeretem mérnökként lenni, és azt próbálok eljuttatni a fiatal nőkhöz, hogy bármit is szerethetnek, amit akarnak, még ha a matematika és a tudomány is, attól tartva, hogy ez kevésbé nőies munka. ”
A legnehezebb kérdés, amelyet az összes navigátor számára meg kellett válaszolni, az volt, hogy a munka legkevésbé kedvenc része volt-e. Megemlítették a szokásos problémákat minden munkával kapcsolatban: nincs elég idő és túl sok papírmunka. És a stressz a munkával jár. "A határidők, különösen a JPL-nél dolgozva, nagyon valók" - mondta Potts. „Ha nem készül fel a misszió kritikus eseményére, akkor általában nem kap második esélyt. Sok munkát jelent az, hogy a munkáját megfelelően elvégezze. "
De az összes navigátor hangsúlyozta a csapat szempontjának fontosságát a munkájukban. "Ön a csapat velejáró minőségére törekszik" - mondta Mottinger. Volt egy projektmenedzser, aki azt mondta, hogy egy csapat elkapja egymás hibáit, és az egész nagyobb, mint a részek összege. Minden a bajnok szellemében készül, és nincs olyan dolog, mint egy hülye kérdés. "
De az egyéni reflektorfény keresése nem tűnik a navigátor sminkjének.
"Inkább nekem inkább a színfalak mögött dolgozom, mint egy interjút készíteni" - mondta Potts. "Ha tudom, hogy elvégeztem a munkámat, és hozzájárultam a misszió sikeréhez, ez számomra is elég."
"Jól vagyok azzal, hogy a munkám a színfalak mögött áll" - tette hozzá Gist. "Azonban amikor megfontolom azt a munkát, amelyet a mérnökök előttem és körülöttem végeztek, néha úgy érzem, hogy nagyobb elismerést kell kapniuk."
Williams szerint általában a navigációnak nagyobb elismerést kell kapnia. "Úgy gondolom, hogy a tudósok és az emberek, akik tisztán hardver rendszereket gyártanak, alábecsülik a navigátorok feladatainak nehézségeit" - mondta. „Nagyon jó lenne, ha több elismerést kapnánk társainktól, csak abból a szempontból, hogy befolyásolhatjuk a missziók tervezését és megtervezését, amellyel kezdjük, hogy a navigációs kérdések megválaszolhatók legyenek az indulás előtt, és ne csak hagyjuk őket, hogy foglalkozzunk utána. dob. Erőteljesebben érzem magam, mint a saját teljesítményeim bármilyen elismerése miatt. ”
Williams szerint a navigátorok inkább művészeti forma. „Nem redukálható olyan algoritmuskészlettel, amelyet például repülési rendszerben lehet tárolni, például hatalom vagy meghajtás. Folyamatos finomítás. "
És a navigátorokat zavarja-e a munkájukhoz szükséges időnként és furcsa órák? - Nem - felelte Mottinger. - Nem csinálnék semmit. Nincs más, mint ez. "
