Год назад состоялся идеальный запуск космического телескопа Джеймса Уэбба.

«В день запуска давление было очень высоким. Мы были убеждены, что сможем добиться успеха, потому что у нас уже было 15 лет подготовки, но давление все еще оставалось высоким после долгой кампании по запуску с рядом технических проблем, которые нам нужно было решить», — говорит Дэниел Д. Шамбор, глава офиса ЕКА в Куру во Французской Гвиане и бывший менеджер Уэбба по проекту Ariane 5.

Не будет преувеличением сказать, что за этим наблюдал весь мир. Годы развития и многообещающие перспективы сделали Webb долгожданным преемником космического телескопа NASA/ESA Hubble. Таким образом, Уэбб был не чем иным, как «моментом Аполлона» для астрономии, очень сложным и амбициозным предприятием. Человечество с нетерпением ждет следующего «большого глаза в небе», квантового скачка в технологических возможностях, который расширит наше поле зрения до происхождения галактик и звезд.

Надежда нового поколения астрономов возлагается на ракету Европейского космического агентства Ariane 5, которая только что исчезла в облаках над европейской стартовой площадкой в ​​Куру, Французская Гвиана.

Ожидалось, что сам взлет займет около 30 минут. Миссия Куро завершится, как только они получат подтверждение того, что Уэбб автоматически развернул солнечную батарею, выработал собственную энергию и связался с командой Научного института космического телескопа (STScI) в Балтиморе, штат Мэриленд, США.

упражнения и симуляции

Массимо Стеавелли, возглавляющий миссионерский офис Уэбба в Балтиморе, понял, что ставки высоки: нет солнечных батарей, нет миссии. За годы, предшествовавшие этому моменту, Массимо и группа управления полетами в STScI неоднократно репетировали, что делать с Уэббом в космосе. Эти тренировки полностью смоделированы на компьютере, что делает их очень реальными. Сначала все будет «номинально». Это означает, что космический корабль будет вести себя так, как ожидалось. Затем небольшая группа инженеров, запрограммировавших симуляцию, начала предлагать пилотной группе неизвестные проблемы, чтобы те обнаружили и исправили их.

Самый страшный опыт был во время симуляции, когда солнечные панели не открывались. Так что мы работали на батареях, а затем вы понимаете, что в какой-то момент у вас кончится энергия», — говорит Массимо.

Во время этой симуляции команда Массимо перепробовала все. Они отправили ручные команды для выполнения обнаружения. Когда это не сработало, они начали делать «танцевальные движения», раскачивая космический корабль в надежде сбить пластину. Когда время подходило к концу и команда действительно выполнила все трюки, симуляция, наконец, сработала, и доска была раскрыта.

«Это было очень захватывающе, и мы бы не хотели испытать это в реальной жизни», — говорит Массимо.

Но прежде чем операторы полетов смогли взять на себя ответственность, Дэниел и его команда должны были сдержать свое обещание безопасно выйти на орбиту.

Максимальная точность стрельбы

День начался рано. В это Рождество Дэниел встал в 4 утра и отправился на работу, где, как он решил, с пусковой установкой на платформе все еще в порядке. За полтора часа до старта он вошел в БЩУ и увидел, что последние предстартовые задачи выполнены. Стандартная процедура требует, чтобы все эти последние приготовления были завершены за 40 минут до запуска. После этого пришло время ждать команду.

«Вы немного нервничаете, потому что вам приходится ждать», — говорит он. Чтобы снять напряжение, он встретился со СМИ, чтобы ответить на их вопросы. За семь минут до запуска он вернулся в диспетчерскую, и начался обратный отсчет.

В этот момент все было автоматизировано. Вся группа управления полетами сосредоточилась на отслеживании состояния оператора, готового прервать полет, если что-то пойдет не так. В последние секунды произошло возгорание: сначала маршевого двигателя, а через семь секунд ускорителей.

Ракета стартовала с платформы. Операторы постоянно отслеживали данные телеметрии, передаваемые оператором, выискивая малейшие отклонения от ожиданий.

Команда следила за взлетом и разными этапами. Сначала отделились ускорители, затем снаряд раскололся пополам так, что на высоте 110 км образовалась паутина, затем отделилась первая ступень, загорелась вторая ступень, позже она вышла из строя. Наконец, на высоте 1400 км стартовала Ariane Webb. Камера на ракете наблюдала, как космический телескоп улетает, корректируя траекторию по пути. Через несколько минут, когда он был на ходу, Уэбб автоматически развернул солнечные батареи и начал посылать сигналы команде Массимо в Балтиморе. Дэниел и его команда выполнили свою миссию.

Но вышло совсем не так.

Предполагалось, что за те несколько минут, которые потребуются Уэббу для расчета и выполнения орбитального маневра, космический корабль уйдет из поля зрения камеры ракеты, а отверстие солнечной батареи не будет видно. Но через 70 секунд после отключения солнечная панель открылась.

В Куро было ясно, почему. Запуск Ariane был настолько точным, что маневр по коррекции ориентации не потребовался. Бортовое программное обеспечение Уэбба поняло это, поэтому пропустите это и переходите к следующей задаче, развертыванию солнечной батареи и связи с Балтимором. Было впечатляюще видеть, насколько точным был запуск.

«Я до сих пор помню реакцию окружающих меня коллег из ЕКА и НАСА, когда это произошло. Все были так взволнованы, — говорит Даниэль.

Специальные модификации

Чрезвычайная точность впрыска гусеницы при разделении стала результатом нескольких дополнительных действий, которые сделала команда Kuro. Во-первых, было принято решение откалибровать инерциальные блоки управления (ИМУ) пусковой установки как можно ближе к пуску. Эти устройства предоставляют информацию о движении ракеты, которая используется в бортовых расчетах, управляющих системами наведения. И поскольку он был так тщательно откалиброван, Ariane 5 точно знал, где находится и куда направляется.

Во-вторых, команда тщательно отрегулировала соединение и выравнивание ускорителей разгонного блока так, чтобы после зажигания разгонного блока не было напряжения и траектория не нарушалась.

В дополнение к профилю гусеницы команда сделала еще одну специальную модификацию, на этот раз для защиты самого Уэбба. НАСА было очень обеспокоено тем, что любая оставшаяся атмосфера в носовом обтекателе приведет к тому, что пузырьки воздуха, попавшие в сложенный солнцезащитный козырек, расширятся и оторвут тонкие слои солнцезащитного козырька от телескопа. Поэтому Европейское космическое агентство разработало систему, которая заставляет последние молекулы воздуха покинуть носовой обтекатель, прежде чем открыть корпус и подвергнуть Уэбба воздействию космического вакуума. «Мы также посчитали большим достижением то, что остаточное давление было намного ниже нормального после нескольких демонстраций во время предыдущих полетов Ariane 5», — говорит Даниэль.

Хотя функционирование этой системы не было подтверждено до тех пор, пока солнцезащитный козырек не был развернут и не был поврежден, раннее обнаружение солнечной батареи стало очевидным для команды. Однако истинное значение максимальной точности впрыска ракеты-носителя не было известно до того вечера, когда балтиморская команда приказала космическому кораблю выполнить еще один маневр.

Массимо дежурил, пока они готовились исправить середину 1А. Это был дополнительный импульс, необходимый для того, чтобы Уэбб успешно достиг своего конечного местоположения в 1,5 миллионах километров от Земли. Чтобы рассчитать необходимое время воспламенения, Уэбб отслеживал его в течение примерно 12 часов, после чего группа по динамике полета в Центре космических полетов имени Годдарда НАСА изучила цифры. В то время действительно стал очевиден масштаб достижений Арьяна.

Впрыск гусеницы был настолько тонким, что зажигание не продлилось так долго, как ожидалось. «Тогда мы знали, что у нас будет дополнительное топливо, — говорит Массимо.

После манёвра снова приступили к отслеживанию и расчётам. Оказывается, сэкономленное топливо теперь можно использовать для удержания Уэбба на рабочей орбите и, таким образом, продления жизни миссии.

Текст продолжается после полосы прокрутки

Слабая наука, слабые открытия

Когда расчеты сделаны, НАСА объявило Что благодаря ESA и его партнерам-акционерам, Arianespace, ArianeGroup и CNES, срок службы Webb удвоился. Вместо 10-летней миссии Уэбб теперь имеет на борту достаточно топлива, чтобы проработать 20 лет. Слабые наблюдения, слабая наука, слабые открытия.

Превратив обычный запуск в лучший момент Ariane 5, европейская команда удвоила ставку на следующий большой скачок человечества к лучшему пониманию его происхождения.

«Это был удивительный и полезный момент для всех нас, особенно после всей благодарности от команды NASA Project Webb», — сказал Дэниел.

Но в то время празднества были довольно сдержанными. В это Рождество 2021 года большинство людей были рады вернуться домой к своим семьям. Но воспоминания о том, что они сделали в тот день, все еще свежи.

«Вы можете видеть на базе, что люди очень гордятся запуском Webb. Вы все еще можете видеть их в рубашке поло Webb», — говорит Дэниел. И в скромном мире космических операций нет более яркого проявления гордости, чем это.

Дополнительная информация
Webb — самый большой и мощный телескоп, когда-либо запущенный в космос. В соответствии с соглашением о международном сотрудничестве ЕКА запустило телескоп с помощью ракеты-носителя Ariane 5. В сотрудничестве с партнерами ЕКА отвечало за разработку и квалификацию модификаций Ariane 5 для миссии Webb и закупку услуг по запуску у Arianespace. ЕКА также предоставило мощный спектрометр NIRSpec и прибор MIRI с 50% средним инфракрасным излучением, которые были спроектированы и построены Европейским консорциумом MIRI, финансируемым из национальных источников, в сотрудничестве с Лабораторией реактивного движения НАСА (JPL) и Университетом штата Аризона. Webb — это международное партнерство между НАСА, Европейским космическим агентством и Канадским космическим агентством.