Sonda kosmiczna Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA), znana jako Jupiter Icy Moons Explorer (Juice), jest w pełni gotowa na swój nadchodzący i kluczowy manewr – przelot obok Wenus z asystą grawitacyjną, zaplanowany na 31 sierpnia. Ta ważna faza misji przebiega zgodnie z planem po tym, jak specjaliści pomyślnie rozwiązali poważną anomalię komunikacyjną, która tymczasowo przerwała wszelką łączność sondy z Ziemią, pozostawiając centrum kontroli w całkowitej ciemności.

Problem, który niespodziewanie pojawił się podczas rutynowego okna komunikacyjnego ze stacją naziemną 16 lipca, uniemożliwił sondzie Juice wysyłanie danych telemetrycznych, czyli kluczowych informacji o jej stanie i sprawności systemów. Dzięki niezwykle szybkiej i doskonale skoordynowanej akcji zespołów w Europejskim Centrum Operacji Kosmicznych (ESOC) ESA w Darmstadt w Niemczech oraz we współpracy z producentem sondy, firmą Airbus, komunikacja została ponownie nawiązana. Szybkość reakcji była kluczowa, aby przygotować wszystko na nadchodzące spotkanie z planetą Wenus, manewr o żywotnym znaczeniu для kontynuacji podróży w kierunku Jowisza.

Dramat w głębokim kosmosie: Utracono kontakt z Juice

Anomalia rozpoczęła się, gdy antena głębokiego kosmosu ESA w Cebreros w Hiszpanii nie zdołała nawiązać kontaktu z sondą Juice w przewidzianym czasie, 16 lipca o 04:50 środkowoeuropejskiego czasu letniego. Wstępne kontrole natychmiast wykluczyły możliwość problemu ze stacją naziemną, co zaalarmowało zespół kontroli misji Juice w ESOC. Dodatkowe próby nawiązania kontaktu za pośrednictwem stacji ESA New Norcia w Australii również zakończyły się niepowodzeniem, co potwierdziło najgorsze obawy inżynierów – problem znajdował się na samej sondzie, setki milionów kilometrów od Ziemi.

Bez żadnego sygnału i bez telemetrii inżynierowie stanęli w obliczu najczarniejszego scenariusza. Istniała poważna obawa, że Juice automatycznie wszedł w tak zwany "tryb przetrwania" (survival mode). Jest to ostateczność, automatyczny protokół aktywowany w wyniku wielokrotnych awarii kluczowych systemów. W tym stanie sonda zaczyna się powoli obracać, a jej antena raz na godzinę "przeszukuje" obszar nieba, gdzie powinna znajdować się Ziemia, w nadziei, że sygnał zostanie przechwycony. Jednak żaden taki okresowy sygnał nie został wykryty, co dodatkowo pogłębiło tajemnicę i zaniepokojenie.

„Utrata kontaktu z sondą to jeden z najpoważniejszych scenariuszy, z jakimi możemy się zmierzyć” – oświadczyła Angela Dietz, kierowniczka operacji sondy Juice. „Bez danych telemetrycznych diagnozowanie i rozwiązywanie podstawowej przyczyny problemu staje się niezmiernie trudniejsze”.

Cała uwaga zespołu skupiła się на podsystemie komunikacyjnym. Inżynierowie podejrzewali dwie główne możliwości: albo doszło do błędnego skierowania anteny o średnim zysku (medium-gain antenna), albo nastąpiła awaria nadajnika lub wzmacniacza sygnału. Należy zauważyć, że Juice została zaprojektowana do pracy w niezwykle zimnym środowisku systemu Jowisza. Obecnie sonda znajduje się znacznie bliżej Słońca, więc musi stale utrzymywać swoją dużą główną antenę o wysokim zysku (high-gain antenna) skierowaną w stronę Słońca, aby używać jej jako ogromnej osłony termicznej. Z tego powodu do komunikacji z Ziemią na tym etapie podróży używana jest mniejsza, ruchoma antena o średnim zysku.

Wyścig z czasem: 20 godzin niepewności

Rozważano dwie strategie odzyskiwania. Pierwszą było oczekiwanie na następny automatyczny reset systemu sondy, który następuje co 14 dni. Druga, znacznie bardziej ryzykowna, polegała na wysyłaniu poleceń "na ślepo" w kosmos, w kierunku, w którym powinien znajdować się Juice, z nadzieją, że zostaną one odebrane przez jedną z pomocniczych anten o niskim zysku.

„Czekanie не wchodziło w grę” – wyjaśniła Angela. „Musieliśmy działać szybko. Czekanie przez dwa tygodnie na automatyczny reset oznaczałoby opóźnienie kluczowych przygotowań do przelotu obok Wenus, co mogłoby zagrozić całej misji”.

Wysyłanie poleceń "na ślepo" było ogromnym wyzwaniem. Juice znajdował się w tym momencie około 200 milionów kilometrów od Ziemi, po drugiej stronie Słońca. Każdy wysłany sygnał potrzebował 11 minut, aby dotrzeć do sondy. Następnie zespół musiał czekać kolejne 11 minut, aby zobaczyć, czy nadejdzie jakakolwiek odpowiedź. Sześć początkowych prób skierowania anteny o średnim zysku z powrotem w kierunku Ziemi zakończyło się niepowodzeniem. Wysiłki na rzecz odzyskania trwały przez całą noc i zajęły prawie 20 wyczerpujących godzin, koncentrując się na ręcznym włączaniu różnych komponentów systemu komunikacyjnego na sondzie.

W końcu jedno z poleceń zdołało dotrzeć do Juice i wywołać odpowiedź. Polecenie aktywowało wzmacniacz sygnału, który zwiększa moc sygnału wysyłanego przez Juice w kierunku Ziemi. Kontakt został ponownie nawiązany, a ku wielkiej uldze całego zespołu, dane pokazały, że sonda jest w doskonałym stanie. Żaden system nie zawiódł, a cała telemetria była w normie.

Odkryto przyczynę: Subtelny błąd oprogramowania

Szczegółowa analiza wykazała, że podstawową przyczyną problemu był subtelny błąd oprogramowania związany z wewnętrznym czasem systemu. Funkcja oprogramowania, która włącza i wyłącza wzmacniacz sygnału, opiera się na wewnętrznym liczniku. Licznik ten stale rośnie i zeruje się raz na 16 miesięcy. Zdarzył się niewiarygodny zbieg okoliczności: funkcja próbowała uzyskać dostęp do licznika dokładnie w tej milisekundzie, w której się on zerował. Z powodu tego błędu wzmacniacz pozostał wyłączony, a sygnał Juice był zbyt słaby, aby można go było wykryć z Ziemi.

„To był bardzo subtelny błąd, ale jeden z tych, na których zbadanie i rozwiązanie byliśmy przygotowani” – powiedziała Angela Dietz. „Zidentyfikowaliśmy kilka możliwych sposobów, aby zapewnić, że to się już nigdy nie powtórzy i teraz decydujemy, które rozwiązanie najlepiej wdrożyć”.

Pomimo wysokiej stawki i złożoności technicznej, odzyskanie przeprowadzone przez zespół operacji misji ESA osiągnięto przy minimalnym zakłóceniu ogólnego harmonogramu misji. Był to przykład niezwykłej pracy zespołowej pod ogromną presją, gdzie spokojne i metodyczne podejście umożliwiło odzyskanie sondy bez żadnych trwałych konsekwencji.

Wenus jako kosmiczna proca: Przygotowania do kluczowego manewru

Po rozwiązaniu anomalii zespół misji Juice powrócił do swojego głównego zadania: przygotowań do przelotu obok Wenus. Juice znajdzie się najbliżej Wenus w niedzielę, 31 sierpnia, o godzinie 07:28 środkowoeuropejskiego czasu letniego, kończąc tym samym drugą z czterech planowanych asyst grawitacyjnych. Asysty te, znane również jako "proce grawitacyjne", wykorzystują pole grawitacyjne planety, aby sonda zyskała na prędkości i zmieniła trajektorię bez zużywania cennego paliwa.

Ponieważ jest przeznaczona do zimnego i ciemnego środowiska zewnętrznego Układu Słonecznego, Juice musi dostosować się do intensywnego ciepła słonecznego w pobliżu Wenus. Aby chronić swoje wrażliwe komponenty, sonda używa swojej głównej anteny o wysokim zysku jako osłony termicznej. Z powodu tych ograniczeń termicznych, jej instrumenty do teledetekcji nie mogą być aktywne podczas przelotu, co oznacza, że nie zostaną zrobione nowe zdjęcia Wenus.

Skomplikowana droga do Jowisza

Aby dotrzeć bezpośrednio do Jowisza, Juice musiałaby opuścić Ziemię z prędkością 11 km/s. Jednakże, Juice jest jedną z najcięższych sond międzyplanetarnych, jakie kiedykolwiek wystrzelono, o masie prawie 6000 kg. Z tak masywnym ładunkiem, jej rakieta nośna Ariane 5 zapewniła jej prędkość wylotową wynoszącą "zaledwie" 2,5 km/s.

Resztę wymaganej prędkości sonda zbiera właśnie za pomocą manewrów asysty grawitacyjnej. W tym tygodniu wykorzysta grawitację Wenus, aby zakrzywić swoją trajektorię wokół Słońca i zyskać na prędkości w stosunku do Ziemi. Ten przelot da Juice znaczne przyspieszenie. Kiedy następnym razem spotka się z Ziemią we wrześniu 2026 roku, sonda osiągnie już wymaganą prędkość transferową do Jowisza wynoszącą 11 km/s. Jednak Jowisz nie będzie wtedy jeszcze we właściwym miejscu na swojej orbicie.

Dlatego Juice wykorzysta przelot obok Ziemi w 2026 roku do dalszego precyzyjnego dostrojenia swojej trajektorii. Po kolejnej orbicie wokół Słońca, sonda powróci na Ziemię na ostatni przelot w styczniu 2029 roku. Ten ostatni manewr wyśle Juice na ostateczną trajektorię, która przetnie się z Jowiszem w lipcu 2031 roku.

O misji Juice

Misja Jupiter Icy Moons Explorer (Juice) Europejskiej Agencji Kosmicznej stanowi kolejny odważny krok ludzkości w eksploracji zewnętrznego Układu Słonecznego. Jej celem jest przeprowadzenie szczegółowych obserwacji gazowego olbrzyma Jowisza i jego trzech dużych księżyców, co do których uważa się, że pod lodową skorupą skrywają oceany ciekłej wody – Ganimedesa, Kallisto i Europy. Ta ambitna misja, wykorzystując potężny zestaw instrumentów do teledetekcji, pomiarów geofizycznych i in-situ, scharakteryzuje te intrygujące światy jako potencjalne siedliska dla przeszłego lub obecnego życia.

Juice będzie szczegółowo śledzić złożone środowisko magnetyczne, radiacyjne i plazmowe Jowisza oraz jego interakcję z księżycami, badając system Jowisza jako archetyp dla systemów gazowych olbrzymów w całym wszechświecie. Została wystrzelona rakietą Ariane 5 z europejskiego portu kosmicznego w Kourou w kwietniu 2023 roku. Przed nią ośmioletnia podróż, która obejmuje wspomniane przeloty obok Ziemi i Wenus. Po przybyciu, wykona 35 przelotów obok trzech dużych księżyców, krążąc wokół Jowisza, zanim zmieni orbitę i wejdzie na orbitę wokół Ganimedesa, stając się tym samym pierwszą sondą kosmiczną w historii, która będzie krążyć wokół księżyca innej planety.