Kretanje svemirskim brodom nebom uspoređeno je s plovidbom brodom na otvorenom moru ili upravljanjem vozilom na dugom, cross country putovanju. Analogije su potrebne jer se u plovidbi svemirskim brodovima vrši relativno mali uzorak ljudske rase, a posao obično uključuje činjenje koje nikada prije nisu bile učinjene. Oni od nas koji imaju poteškoća sa smislom mape puta ovdje na Zemlji drže se straha zbog onoga što ovi nebeski navigatori mogu postići.
Doslovno, ovo je raketna znanost.
Najjednostavnije rečeno, navigacija svemirskog broda podrazumijeva određivanje mjesta i sve to na putu do željenog odredišta. Ali nije lako kao samo doći od točke A (Zemlje) do točke B (planete ili drugog tijela u našem Sunčevom sustavu.) To nisu fiksni položaji u prostoru. Navigatori se moraju suočiti s izazovima izračunavanja točnih brzina i orijentacija rotirajuće Zemlje, rotirajućeg ciljnog odredišta, kao i pokretne svemirske letjelice, dok svi istovremeno putuju u svojim orbitama oko Sunca.
Chris Potts, koji je pomogao voditi navigacijske timove za Mars Exploration Rovers (MER), usporedio je ciljne zahtjeve za slijetanje rovera Spirit unutar određenog kratera na Marsu kako bi mogao pucati košarku kroz obruč udaljen 9000 milja. "Ne samo da morate savršeno izraditi udarac bez da lopta dodiruje rub, ali i tajming mora biti savršen, tako da snimak napravite točno onako kako zvuči zujalica", rekao je.
Ken Williams bio je šef Navigacijskog tima za vraćanje netaknutih uzoraka komete na Zemlju. Za uspješan ponovni ulazak i slijetanje na točno određeno mjesto u Utahu, navigacijski tim morao je ciljati ulazak kapsule za povratak u točno određeno mjesto u Zemljinoj atmosferi do osam stotina stupnjeva stupnja, što je podvig koji je uspoređivan sa udaranjem u oko igle za šivanje s komadom niti iz cijele sobe.
Navigacija je bitna za svaku robotsku misiju, a dok uspjeh misije ovisi o tome koliko dobro funkcionira navigacijski tim, navigacijski obično nisu u središtu pozornosti, sjedeći na pozornici za konferenciju za novinare. Obično je rezervirano za misiju, znanstvenike i dizajnere. Navigatori, naizgled, djeluju iza kulisa, sastavljajući rovove u relativnoj anonimnosti.
Ali imao sam priliku razgovarati s nekolicinom navigatora svemirske letjelice, naučiti više o njihovom poslu i otkriti urođene kvalitete onih koji vode naš svemirski brod u druga mjesta.
Neil Mottinger sudjelovao je u brojnim misijama otkad je počeo raditi u Laboratoriju za mlazni pogon 1967. Pomagao je u nekim ranim lunarnim i planetarnim misijama i razvio neki softver koji navigatori i danas koriste.
Poslušajte moj intervju s Mottingerom u podcastu 365 dana astronomije 21. kolovoza.
Postoji nekoliko različitih pod-disciplina za navigaciju u svemirskim brodovima, a jedna od Mottingerovih specijalnosti je određivanje orbite. "Određivanje orbite je znati gdje se svemirski brod nalazi i kuda ide", rekao je Mottinger, koji trenutno radi na misiji Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) i nadolazećoj misiji LCROSS (Lunar Crater Observation and Sensing Satellite) na Mjesec. "Sve započinje predviđanjem putanje na kojoj će svemirski brod biti odmah nakon lansiranja tako da Deep Space Network (DSN) zna gdje treba usmjeriti antenu i na kojoj frekvenciji očekivati signal." DSN se sastoji od mreže izuzetno osjetljivih duboko svemirskih antena na tri lokacije: Goldstone, California; Madrid, Španjolska; i Canberra u Australiji. Strateški položaj na udaljenosti od približno 120 stupnjeva na Zemljinoj površini omogućuje neprestano promatranje svemirskih letjelica dok se Zemlja okreće.
Budući da u svemiru nema GPS-a, navigatori obrađuju radiometrijske podatke za praćenje primljene od DSN-a kako bi utvrdili položaj i brzinu svemirske letjelice. Oni također koriste optičke podatke, gdje svemirske letjelice slikaju pozadinu zvijezda kako bi poboljšale putanju svemirske letjelice.
Mottinger je dugi niz godina surađivao s grupom koja je pružala podršku za navigaciju za lansiranje preko 100 svemirskih letjelica. "Nikada se nisam vezao za nijednu misiju, nakon što smo odmah nakon lansiranja prešli na sljedeću misiju", rekao je Mottinger. Ali sada ostaje s misijama duže i tri je godine bio s misijom MRO-a. Mottinger je oduševljen znanstvenim podacima koje je ova misija vratila. "Moramo pružiti točna predviđanja gdje će se svemirski brod nalaziti. Tada inženjeri znaju kako orijentirati svemirske brodove kako bi znanstvenici mogli promatrati ", rekao je. „Ako radimo svoj posao, znanstvenici mogu vidjeti klizište na Marsu ili pogledati specifična područja na planeti. Ako su naša predviđanja pogrešna, kamere su usmjerene u pogrešnom smjeru. Navigacija je sastavni dio čitavog procesa osiguranja uspjeha misije. "
Mottinger je rekao da obično ne misli na navigatore kao na znanstvenike, već samo na način da naučnici postignu rezultate. Međutim, ponekad znanstveni sporedni proizvodi potječu iz navigacije. Najpoznatija instanca bila je misija Voyager kada je navigatorica Linda Morabito otkrila vulkan na Jupiterovom mjesecu Iou od gledanja optičkih navigacijskih slika. U misijama Lunar Orbiter, mornari su shvatili da se ispod mjesečeve površine nalaze velike koncentracije mase (koje se danas nazivaju maskone) koje ubrzavaju svemirske letjelice u orbiti.
Uz to, znanost koja se koristi u plovidbi dramatično se poboljšala tijekom godina. "Kada pogledate vrste stvari koje nismo razumjeli kada sam prvi put započeo prema onome što sada znamo, to je neodoljivo", rekao je Mottinger. Na primjer, navigatori sada mogu stvoriti vrlo precizne modele solarnog tlaka - kako se čestice sunčeve svjetlosti guraju protiv svemirskog broda i mijenjaju njegovu putanju - što uključuje ne samo kako se sunčeva svjetlost odbija od različitih površina svemirskog broda, već i ponovno zračenje apsorbirane energije solarnim pločama i zračio stražnjom stranom.
Uz to su efemeridi, tablice koje navigatori koriste za dobivanje položaja astronomskih objekata također poboljšane u točnosti tijekom godina. "Đavo je u detaljima", rekao je Mottinger. "Navigacija postaje nevjerojatno precizna igra."
Kao i mnogi koji rade u JPL-u, i Mottinger uživa razgovarati sa školama ili grupama zajednice kako bi podijelio uzbuđenje i nedavna otkrića istraživanja svemira. „Važno je biti vani i prenositi našu poruku kako bismo ljude uzbuđivali u onome što radimo“, rekao je. "A javnost ima pravo na uzbuđenje, jer plaća račun."
Prije nekoliko godina Mottinger se vratio u svoj rodni grad Oswego, Illinois, kako bi razgovarao sa studentima o svom poslu kao navigatora. Sjedio je u učionici mladi Chris Potts, koji je odlučio da je navigacija u svemirskim brodovima karijera koju želi nastaviti. Potts, koji je u JPL-u od 1984., bio je zamjenik šefa navigacijskog tima za MER, a sada surađuje s misijom "Dawn" koja putuje u orbitu dva asteroida, Ceres i Vesta.
Pottsova posebnost je kontrola putanje leta. To uključuje ispaljivanje pogonskog sustava za promjenu brzine ili putanje svemirske letjelice, poznato pod nazivom Manevri za korekciju puta (TCM). "To uključuje razumijevanje kontrolnih sposobnosti svemirske letjelice i određivanje bilo kakvih ograničenja", rekao je Potts. "Određujete kada ćete paliti pogonski sustav, koliko često i cilj svakog manevra. Morate procijeniti i uvjete isporuke kako biste se uvjerili da ćete, primjerice, sletjeti u krater na Marsu i smanjiti rizik na putu. "
Aspekt dizajna je Pottsov omiljeni dio posla. "Pokušate razviti strategiju koja spaja sve dijelove", rekao je. "Morate razgovarati sa znanstvenicima iz misije i razumjeti što su njihovi zahtjevi, a zatim znati što svemirski brod može učiniti. Kao da ljudi koji imaju stari automobil i tako su dugo oko njega, znaju kako najbolje iskoristiti to vozilo. Iskorištavanje prednosti svemirske letjelice i ograničavanje ograničenja temelji se na dizajnu strategije koja će sve to objediniti da bi mogla djelovati. "
Velik dio Pottsova rada uključuje simulacije i testiranje. „Vidimo kako se svemirski brod ponaša, i isprobavamo različite strategije kako ga poboljšati za našu situaciju“, rekao je. "Odjeljak za navigaciju sadrži čitav" alatni paket "softvera koji smo u mogućnosti koristiti."
Svemirska letjelica Dawn koristi ionski motor, a ovo je prvi put da Potts radi sa sustavom niskog potiska. "To je sasvim drugačija misija", rekao je. "Zabrinutosti se malo razlikuju od ostalih misija jer je potisak toliko učinkovit. Jedna od stvari koja vas brine je to što nema dovoljno vremena da unesete potrebne popravke. Iako je potisak nizak, s vremenom se razvija prilično velika brzina i uvijek oblikujete putanje i mijenjate naredbe kako biste osigurali da ionski motor puca u pravom smjeru. Ako na putu postoji bilo kakva greška u svemirskom brodu ili štucanje, morat ćete se ispraviti, a neki budući događaji možda će se morati premjestiti. " Dawn će stići u Vesta 2011. godine.
Potts uživa u uzbuđenju svih različitih misija na JPL-u. "Zaista volim raditi ovdje s izuzetno inteligentnim i talentiranim ljudima i definitivno možete osjetiti strast prema poslu koji obavljaju", rekao je. „Ponekad to može biti zastrašujuće, ali shvaćate da svatko ima svoj talent za ponuditi i svi pomažu da se ovdje potrudite. Moramo obavljati razne zanimljive radove, a to je vrlo izazovno. Ni dva dana nisu ista. "
Jedna od nagrada njegovog posla, rekao je Potts, vidi kako plod njegovog rada dolazi do izražaja u znanstvenim otkrićima. "Povratak uzorka Stardust, gledanje kapsule koja se nalazi tamo gdje je trebalo u Utahu bilo je vrlo korisno", rekao je. "I kako biste vidjeli kako znanstvenici prihvaćaju te podatke i počeli obavljati svoje istrage, smatrate koliko su oduševljeni i uzbuđeni da bi konačno započeli raditi na svojoj cjeloživotnoj ambiciji."
Nedavno su znanstvenici Stardusta objavili da su u uzorku svemirske letjelice vraćene na Zemlju pronašli aminokiselinu, jednu od građevnih blokova života.
Potts i Mottinger radili su na misiji Stardust pod vodstvom Kena Williamsa. Williams je radio u JPL-u nekoliko godina, ali trenutno je zaposlen u KinetX-u, privatnoj inženjerskoj firmi specijaliziranoj za zrakoplovnu tehnologiju i razvoj softvera. Trenutno, KinetX pruža navigacijsku podršku za misiju New Horizons u Plutonu, kao i za misiju MESSENGER (geokemija i raspon prostora Mercury Surface Space, Space Mercury Surface Space), a Williams je voditelj navigacijskog tima MESSENGER. Za razliku od Mottingera i Pottsa, Williams nije uvijek bio uključen u svemirske misije, a njegova karijera u navigaciji razvijala se iz pozadine fizike. Radio je u Laboratoriji za primijenjenu fiziku na Sveučilištu Johns Hopkins prije nego što je 1994. došao raditi na JPL.
Williamsov omiljeni dio navigatora je pronalaženje i rješavanje zanimljivih tehničkih problema. "To je ono što me zanima", rekao je. "MESSENGER sigurno ima niz takvih. Letjeli smo Zemljom jednom, Venerom dva puta i Merkurom dva puta. Morat ćemo letjeti Merkurom još jednom prije nego što konačno uđemo u orbitu četvrtog susreta. Pronalaženje puta koja uspješno obavlja sve te stvari vrlo je zanimljiv tehnički problem u koji se vrlo rado uključujem. Moramo uzeti u obzir i sve vrste ograničenja, poput držanja svemirskog broda podalje od sunca kako se komponente ne bi previše zagrijale. "
Kao šef navigacijskog tima, Williams koordinira sve poddiscipline određivanja orbite, upravljanja stazama leta i optičke navigacije, zajedno s potrebama znanstvenika misije u smislu promatranja kada naiđu na planet ili komet.
I Williams uživa u ushićenju što je u gomili radnje u važnim svemirskim misijama. "Pretpostavljam da je to kao u borbi, ili u košarci ili nogometu", rekao je. „Osjećate uzbuđenje kad se događaju događaji i reagiraju na pojave anomalije ili iznenađenja. A kad je sve završeno, imate ogroman osjećaj zadovoljstva. "
Njegova iskustva s Stardustovim povratkom na Zemlju ističu se kao vrhunac. "Usklađivanje svih tih napora i uspješno spuštanje svemirskog broda bilo je vjerojatno najpovoljnije iskustvo za sve vrijeme dok sam bio u JPL", rekao je. "Na skoro svakoj misiji na kojoj sam radio bio je trenutak kada imate osjećaj euforije oko toga da svemirski brod bude na pravom mjestu u pravo vrijeme. To je dobar osjećaj imati. "
Iako je odlazak iz JPL-a bila teška odluka, Williams uživa u svojim iskustvima u privatnoj tvrtki. "Bilo bi lako ostati u JPL-u i biti ono što oni nazivaju" siva brada "u smislu iskustva, ali nakon Stardusta, svidio mi se izazov predvoditi navigacijski tim i rasti na tehničkim područjima", rekao je. "Mislio sam da će biti bolja prilika za to s malim timom u maloj tvrtki i mislio sam da je KinetX dobro mjesto za to."
Sasvim suprotno "sivoj bradi" je navigatorica Emily Gist. U JPL je bila 4 godine i dio je navigacijskog tima za misiju Cassini u Saturnu. Poput Pottsa, ona radi u kontroli staze leta, pomažući planiranje putanje i procjenu budućeg položaja svemirskog broda te za kontrolu ispravki potrebnih za postizanje ciljeva misije.
S velikim zadovoljstvom zna što pomaže olakšati istraživanje. "Saturnski sustav ljepši je nego što je većina zamislila i raznovrsniji je od ranije poznatog", rekla je. "Podaci koje nam je pružio Cassini prosvijetlili su nas sve. Konkretnije, volim koliko učim svakog dana na JPL-u i radim na Cassinijevoj misiji. "
Kao dio "nove generacije" navigatora, Gist uživa u izazovnom okruženju koje pruža JPL. "Imali smo test operativne spremnosti na Cassiniju gdje je tim testiran da vidimo kako ćemo reagirati na kvar ili kvar na svemirskom brodu u operativnom okruženju", rekla je. "Stariji inženjeri nisu bili u igri, tako da je nova generacija morala to shvatiti samostalno i napravili smo izvrstan posao. Ponosio sam se svim ljudima s kojima radim. Oni su uistinu talentirani ljudi. "
Gist je rekla da spol nikad nije bio problem u njenom poslu kao navigatora. „JPL ima izvrsno raznoliko osoblje i dok nema jako puno žena mornara, prema nama se ne postupa drugačije“, rekla je. "Prilično sam pristran, ali mislim da ono što nam nedostaje u količini nadoknađujemo u kvaliteti. Radim s nevjerojatnim ženama. "
„Uz to, imam sreću živjeti u vremenu i društvu u kojem bez obzira na spol možemo pronaći ono što žele raditi i raditi po najboljim mogućnostima. Volim biti inženjer i ono što pokušavam prenijeti mladim ženama je da mogu voljeti sve što žele, pa makar to bila matematika i znanost, bez straha da je to manje ženski posao. "
Najteže pitanje na koje bi svi navigatori mogli odgovoriti bilo je imaju li najmanje omiljeni dio posla. Naveli su uobičajene probleme s bilo kojim poslom: nedovoljno vremena i previše papirologije. A stres dolazi s poslom. "Rokovi, posebno u JPL-u, vrlo su stvarni", rekao je Potts. "Ako niste pripremljeni za kritični događaj u misiji, obično nemate drugu priliku. Puno se vozi kako biste svoj posao pravilno obavili. "
Ali svi su navigatori naglasili važnost timskog aspekta u svom poslu. "Tražite inherentnu kvalitetu tima", rekao je Mottinger. „Imao sam voditelja projekta koji je rekao da tim hvata greške jedni druge i da je cjelina veća od zbroja dijelova. Sve je izvedeno u duhu drugarstva, a ne postoji glupo pitanje. "
Ali traženje pojedinih svjetiljki izgleda da nije u sastavu navigatora.
"Bilo mi je ugodnije raditi iza kulisa nego raditi intervju", rekao je Potts. "Kad znam da sam obavio svoj posao i pridonio uspjehu misije, to je dovoljno za mene."
"Ja sam u redu s tim da moj rad stoji iza kulisa", dodao je Gist. "Međutim, kad uzmem u obzir posao koji su inženjeri prije mene i oko mene obavili ponekad osjećam da bi trebali dobiti više priznanja."
Williams smatra da bi općenito trebalo i samo područje plovidbe dobiti više priznanja. "Mislim da znanstvenici i ljudi koji rade isključivo hardverske sustave podcjenjuju poteškoće onoga što navigatori moraju raditi", rekao je. „Bilo bi lijepo kada bismo dobili više priznanja od svojih vršnjaka samo sa stajališta da možemo utjecati na to kako se misije planiraju i počinju započeti tako da se problemi s navigacijom mogu rješavati prije lansiranja, a ne samo da nam preostaju da se bavimo nakon lansiranje. Osjećam to snažnije od bilo kojeg priznanja svojih postignuća. "
Williams je rekao da je ono što rade navigatori više oblik umjetnosti. "To se ne može svesti na skup algoritama koji se, primjerice, mogu pohraniti u letjelice kao što su snaga ili pogon. To je stalno oplemenjivanje. "
I smetaju li navigatori ponekad dugim i neobičnim satima koje njihov posao zahtijeva? "Ne", rekao je Mottinger, "ne bih ga prodao ni za što. Ne postoji ništa drugo poput toga. "
