Navigācija ar kosmosa kuģi pa debesīm tika salīdzināta ar kuģa burāšanu atklātā jūrā vai ar transportlīdzekļa vadīšanu tālā, krosa braucienā. Analīzes ir vajadzīgas, jo kosmosa kuģu navigāciju veic ar salīdzinoši nelielu paraugu ņemšanu no cilvēku rases, un darbs parasti ir saistīts ar tādu darbību veikšanu, kas nekad iepriekš nav darītas. Tie no mums, kuriem ir grūtības saprast ceļa karti šeit uz Zemes, baidās no tā, ko šie debess navigatori var paveikt.
Burtiski šī ir raķešu zinātne.
Vienkāršāk sakot, kosmosa kuģu navigācija nozīmē kosmosa kuģa atrašanās vietas noteikšanu un kursa uzturēšanu vēlamajā mērķī. Bet tas nav tik vienkārši, kā vienkārši nokļūt no punkta A (Zeme) uz punktu B (planētu vai citu ķermeni mūsu Saules sistēmā.) Šīs nav fiksētas pozīcijas kosmosā. Navigatoriem ir jātiek galā ar izaicinājumiem, aprēķinot precīzu rotējošās Zemes, rotējoša mērķa mērķa, kā arī kustīga kosmosa kuģa ātrumu un orientāciju, kamēr visi vienlaicīgi pārvietojas savās orbītās ap Sauli.
Kriss Potts, kurš palīdzēja vadīt Mars Exploration Rovers (MER) navigācijas komandas, salīdzināja mērķa prasības, kas paredzētas, lai Spirit Rover noietu noteiktā Marsa krāterī, lai spētu nošaut basketbolu caur stīpu 9000 jūdžu attālumā. "Jums ne tikai jāizdara šāviens perfekti, kamēr bumba nepieskaras apmalei, bet arī laika grafikam jābūt perfektam, tāpēc jūs izdarāt šāvienu tieši tā, kā izklausās signāls," viņš sacīja.
Kens Viljamss bija navigācijas grupas vadītājs Stardust misijas neatgriezto komētas paraugu atgriešanai uz Zemes. Lai sekmīga atgriešanās un nolaišanās precīzajā vietā Jūtā, navigācijas komandai bija jānovirza atgriešanās kapsulas ieeja noteiktā Zemes atmosfēras vietā astoņu simtdaļas no grāda - tas ir salīdzinājums ar triecienu pa aci šūšanas adatas ar diega gabalu no visas telpas.
Navigācija ir būtiska ikvienai robotizētai misijai, un, lai arī misijas panākumi ir atkarīgi no tā, cik labi darbojas navigācijas komanda, navigatori parasti neatrodas uzmanības centrā, sēžot uz skatuves preses konferencē. Parasti tas ir paredzēts misijas zinātniekiem un dizaineriem. Šķiet, ka navigatori strādā aizkulisēs, reliģiskā anonimitātē vadot tranšejas.
Bet man bija iespēja sarunāties ar dažiem kosmosa kuģu navigatoriem, uzzināt vairāk par viņu darbu un atklāt iedzimtas īpašības tiem, kas vada mūsu kosmosa kuģi uz vietām ārpus tām.
Neils Mottingers ir bijis iesaistīts daudzās misijās kopš brīža, kad viņš sāka strādāt Jet Propulsion Laboratory 1967. gadā. Viņš palīdzēja dažās agrīnajās Mēness un planētas misijās un izstrādāja dažas programmatūras, kuras navigatori joprojām izmanto mūsdienās.
Klausieties manu interviju ar Mottingeru 365 dienu astronomijas Podcast apraides 21. augusta izdevumā.
Kosmosa kuģu navigācijai ir vairākas atšķirīgas apakšdisciplīnas, un viena no Mottinger specialitātēm ir orbītas noteikšana. “Orbītas noteikšana ir zināt, kur atrodas kosmosa kuģis un kur tas dodas,” sacīja Mottingers, kurš šobrīd strādā ar Marsa Reconnaissance Orbiter (MRO) misiju un gaidāmo misiju uz Mēnesi LCROSS (Mēness krātera novērošanas un uztveršanas satelīts). "Tas sākas ar trajektorijas prognozēšanu, kur kosmosa kuģis atradīsies tūlīt pēc palaišanas, lai Dziļā kosmosa tīkls (DSN) zinātu, kur norādīt viņu antenu un ar kādu frekvenci sagaidīt signālu." DSN sastāv no ārkārtīgi jutīgu dziļo kosmosa sakaru antenu tīkla trīs vietās: Goldstone, Kalifornijā; Madride, Spānija; un Kanbera, Austrālija. Stratēģiskais izvietojums aptuveni 120 grādu attālumā viens no otra uz Zemes virsmas ļauj pastāvīgi novērot kosmosa kuģus, Zemei rotējot.
Tā kā kosmosā nav GPS, navigatori apstrādā no DSN saņemtos radiometriskos izsekošanas datus, lai noteiktu kosmosa kuģa atrašanās vietu un ātrumu. Viņi izmanto arī optiskos datus, kur kosmosa kuģis nofotografē zvaigznes fonu, lai palīdzētu precizēt kosmosa kuģa trajektoriju.
Mottingers daudzus gadus strādāja ar grupu, kas sniedza navigācijas atbalstu vairāk nekā 100 kosmosa kuģu palaišanai. "Es nekad nebiju pieķēries nevienai misijai, jo tūlīt pēc palaišanas mēs pārcēlāmies uz nākamo misiju," sacīja Mottingers. Bet tagad viņš paliek ar misijām ilgāk un trīs gadus labāk ir bijis ar MRO misiju. Mottingers ir sajūsmā par zinātniskajiem datiem, kurus šī misija ir atgriezusi. “Mums ir jāsniedz precīzas prognozes par to, kur atradīsies kosmosa kuģis. Tad inženieri zina, kā orientēt kosmosa kuģus, lai zinātnieki varētu veikt savus novērojumus, ”viņš sacīja. “Ja mēs darām savu darbu, zinātnieki var redzēt zemes nogruvumu uz Marsa vai aplūkot īpašus planētas apgabalus. Ja mūsu prognozes ir nepareizas, kameras ir norādītas nepareizā virzienā. Navigācija ir neatņemama sastāvdaļa visā veiksmes nodrošināšanas procesā. ”
Mottingers sacīja, ka parasti par navigatoriem nedomā kā par zinātniekiem, tikai kā līdzekli, lai zinātniekiem iegūtu rezultātus. Tomēr dažreiz zinātniskie blakusprodukti rodas no navigācijas. Visslavenākais piemērs bija Voyager misija, kad navigatore Linda Morabito, apskatot optiskās navigācijas attēlus, Jupitera mēness Io atklāja vulkānu. Lunar Orbiter misijās navigatori saprata, ka zem Mēness virsmas ir lielas masas koncentrācijas (ko tagad sauc par masoniem), kas orbītā paātrina kosmosa kuģi.
Turklāt navigācijā izmantotā zinātne gadu gaitā ir dramatiski uzlabojusies. "Kad jūs skatāties uz lietu veidiem, ko mēs nesapratām, kad es pirmo reizi sāku, salīdzinot ar to, ko mēs tagad zinām, tas ir satriecoši," sacīja Mottingers. Piemēram, navigatori tagad var izveidot ļoti precīzus saules spiediena modeļus - kā saules gaismas daļiņas spiež pret kosmosa kuģi un maina tā trajektoriju - kas ietver ne tikai to, kā saules gaisma tiek atstarota no dažādām kosmosa kuģa virsmām, bet arī absorbētās enerģijas atkārtotu izstarošanu. pa saules paneļiem un izstaroja aizmuguri.
Gadu gaitā precizitāte ir uzlabojusies arī ar efemerīdiem, tabulas, kuras navigatori izmanto, lai iegūtu astronomisko objektu pozīcijas. "Velns ir detaļās," sacīja Mottingers. “Navigācija kļūst par neticami precīzu spēli.”
Tāpat kā daudzi, kas strādā JPL, Mottinger patīk sarunāties ar skolām vai sabiedrības grupām, lai dalītos satraukumā un nesenajos atklājumos par kosmosa izpēti. "Ir svarīgi, lai mēs tur pateiktu mūsu vēstījumu, lai cilvēkus satrauktu par to, ko mēs darām," viņš teica. "Un sabiedrībai ir tiesības uz satraukumu, jo tā maksā rēķinu."
Pirms vairākiem gadiem Mottingers atgriezās dzimtajā pilsētā Oswego, Ilinoisā, lai runātu ar studentiem par viņa navigatora darbu. Sēžot klasē, bija jauns Kriss Potts, kurš nolēma, ka kosmosa kuģa navigācija ir tā karjera, kuru viņš vēlējās turpināt. Potts, kurš JPL strādā kopš 1984. gada, bija MER navigācijas grupas vadītāja vietnieks un tagad strādā ar Rītausmas misiju, kas atrodas ceļā uz divu asteroīdu - Ceres un Vesta - riņķošanu.
Potts specialitāte ir lidojuma trajektorijas vadība. Tas ietver dzinējsistēmas izšaušanu, lai mainītu kosmosa kuģa ātrumu vai trajektoriju, kas pazīstama kā trajektorijas korekcijas manevri (TCM). "Tas ietver izpratni par kosmosa kuģa vadības iespējām un jebkādu ierobežojumu noteikšanu," sacīja Potts. “Jūs nosakāt, kad un ar kuru jāveic katra manevra mērķis, kad jūs dzēsīsit piedziņas sistēmu. Jums arī jānovērtē piegādes prasības, lai pārliecinātos, ka varat nolaisties, piemēram, krāterī uz Marsa, un līdz minimumam samazināt risku. ”
Dizaina aspekts ir Potts iecienītākā darba sastāvdaļa. "Jūs mēģināt izstrādāt stratēģiju, kas saliek visus gabalus kopā," viņš teica. “Jums ir jārunā ar misijas zinātniekiem un jāsaprot, kādas ir viņu prasības, un tad jāzina, ko kosmosa kuģis var darīt. Tas ir tāpat kā cilvēki, kuriem ir veca automašīna un viņi ir bijuši tai apkārt jau ilgi, viņi zina, kā vislabāk izmantot šo transportlīdzekli. Kosmosa kuģa labās iespējas izmantošana un tā ierobežojumu ievērošana palīdz izstrādāt stratēģiju, kas to visu apvieno, lai tā darbotos. ”
Liela daļa Potts darba ir saistīta ar simulācijām un testēšanu. "Mēs redzam, kā kosmosa kuģis uzvedas, un izmēģinām dažādas stratēģijas, lai to uzlabotu mūsu situācijai," viņš teica. “Navigācijas sadaļā ir viss programmatūras rīku komplekts, ko mēs varam izmantot.”
Kosmosa kuģis Dawn izmanto jonu motoru, un šī ir pirmā reize, kad Potts strādā ar zemu vilces spēku. "Tā ir pavisam cita misija," viņš teica. “Bažas nedaudz atšķiras no citām misijām, jo vilces spēks ir tik efektīvs. Viena no lietām, par kuru jūs uztraucaties, nav pietiekami daudz laika, lai veiktu nepieciešamos labojumus. Lai arī vilces spēks ir mazs, laika gaitā tas rada diezgan lielas izmaiņas ātrumā, un jūs vienmēr plānojat trajektorijas un maināt komandas, lai pārliecinātos, ka jonu motors darbojas pareizā virzienā. Ja pa ceļam ir kāda veida kosmosa kuģa kļūme vai žaga, jums ir jāturpina skrambot, un daži nākotnes notikumi, iespējams, būs jāpārvieto. ” Rītausma Vesta ieradīsies 2011. gadā.
Potts bauda dalību satraukumā par visām dažādajām misijām JPL. "Man ļoti patīk strādāt kopā ar dažiem ārkārtīgi inteliģentiem un talantīgiem cilvēkiem, un jūs noteikti varat izjust aizraušanos ar viņu darbu," viņš teica. “Dažreiz tas var iebiedēt, bet tu saproti, ka katram ir savs talants, ko piedāvāt, un visi palīdz tevi darīt visu iespējamo. Mums jādara dažādi interesanti darbi, un tas ir ļoti grūti. Divas dienas nav vienādas. ”
Potts sacīja, ka viens no viņa darba atalgojumiem ir tas, ka viņa darbs tiek uzrādīts zinātniskos atklājumos. "Pēc Stardust parauga atgriešanās ļoti izdevīgi bija vērot kapsulas nolaišanos tieši tur, kur tai vajadzēja atrasties Jūtā," viņš teica. "Un, lai redzētu, kā zinātnieki izmanto šos datus un sāktu veikt izmeklēšanu, jūs saprotat, cik viņi ir saviļņoti un satraukti, lai beidzot sāktu strādāt pie sava mūža mērķa."
Nesen Stardust zinātnieki paziņoja, ka paraugā kosmosa kuģis atgriezās aminoskābē, kas ir viens no dzīves pamatiem.
Potts un Mottingers abi strādāja Stardust misijā Ken Viljamsa vadībā. Viljamss vairākus gadus strādāja JPL, bet šobrīd strādā KinetX - privātā inženierfirmā, kas specializējas kosmiskās aviācijas tehnoloģiju un programmatūras izstrādē. Pašlaik KinetX nodrošina navigācijas atbalstu New Horizons misijai Plutonā, kā arī MESSENGER (Mercury Virsmas kosmosa vides ģeoķīmija un diapazons) misijai Merkuram, un Williams ir MESSENGER navigācijas komandas vadītājs. Atšķirībā no Mottingera un Potsa, Viljamss ne vienmēr ir bijis iesaistīts kosmosa misijās, un viņa karjera navigācijas jomā ir izveidojusies uz fizikas pamata. Pirms ierašanās darbā JPL 1994. gadā viņš strādāja Lietišķās fizikas laboratorijā Džona Hopkinsa universitātē.
Viljamsa iecienītākā navigatora daļa ir interesantu tehnisku problēmu atrašana un risināšana. "Tas ir tas, kas mani interesē," viņš teica. “MESSENGER” noteikti ir vairāki no tiem. Mēs vienu reizi lidojām pa Zemi, divreiz no Venēras un divreiz ar Merkuru. Mums būs vēl vienu reizi jālidina pa Merkuru, pirms mēs beidzot dodamies orbītā ceturtajā sastapšanās vietā. Atrodot trajektoriju, kurā visas šīs lietas tiek veiktas veiksmīgi, ir ļoti interesanta tehniska problēma, ar kuru es ļoti priecājos, ka varu tajā iesaistīties. Mums jāapsver arī visa veida ierobežojumi, piemēram, lai kosmosa kuģis būtu vērsts pret sauli, lai komponenti nesasiltu. ”
Kā navigācijas grupas vadītājs Viljamss koordinē visas apakšdisciplīnas - orbītas noteikšanu, lidojuma trajektorijas kontroli un optisko navigāciju - kopā ar misijas zinātnieku vajadzībām attiecībā uz novērojumiem, kad viņi saskaras ar planētu vai komētu.
Arī Viljamss izbauda uzmundrinājumu, kad atrodas svarīgākajās kosmosa misijās. "Es domāju, ka tas ir tāpat kā atrasties kaujā vai basketbola vai futbola spēlē," viņš teica. “Jūs jūtat satraukumu, redzot notikumus, kā arī reaģējot uz iespējamām anomālijām vai pārsteigumiem. Kad tas viss ir izdarīts, jums ir milzīga gandarījuma sajūta. ”
Kā izceļ viņa pieredze ar Stardusta atgriešanos uz Zemes. "Visu šo centienu saskaņošana un veiksmīga kosmosa kuģa nolaišana, iespējams, bija vienīgā un visatvērtīgākā pieredze visu laiku, kad es biju JPL," viņš teica. “Gandrīz katrā misijā, kurā esmu strādājis, ir bijis laiks, kad jums ir eiforijas sajūta par to, ka kosmosa kuģis atrodas īstajā vietā īstajā laikā. Tā ir laba sajūta. ”
Lai arī aiziešana no JPL bija grūts lēmums, Viljamss bauda savu pieredzi privātā uzņēmumā. “Būtu bijis viegli palikt JPL un būt tam, ko viņi pieredzes ziņā dēvē par“ greybeard ”, taču pēc Stardust man patika izaicinājums vadīt navigācijas komandu un augt tehniskajās jomās,” viņš teica. "Es domāju, ka būs labāka izdevība to izdarīt ar nelielu komandu mazā uzņēmumā, un es domāju, ka KinetX ir laba vieta, kur to paveikt."
Gluži pretējs “greyard” ir navigators Emīlija Giste. Viņa ir bijusi JPL 4 gadus un ir daļa no navigācijas komandas Cassini misijai Saturnā. Tāpat kā Potts, viņa strādā lidojuma trajektorijas kontrolē, palīdzot plānot trajektoriju un novērtēt kosmosa kuģa nākotnes stāvokli, kā arī kontrolēt korekcijas, kas vajadzīgas misijas mērķu sasniegšanai.
Viņai ir liels gandarījums, zinot, ka viņa palīdz atvieglot izpēti. "Saturna sistēma ir skaistāka, nekā vairums būtu iedomājusies, un daudzveidīgāka nekā iepriekš zināma," viņa sacīja. “Informācija, ko sniedza Cassini, mūs visus ir apgaismojusi. Konkrētāk, man patīk, cik daudz es katru dienu mācos JPL un strādāju Cassini misijā. ”
Kā daļu no navigatoru “nākamās paaudzes”, Gists bauda izaicinošo vidi, ko nodrošina JPL. "Mums bija operāciju gatavības pārbaude Cassini, kur komanda tika pārbaudīta, lai redzētu, kā mēs reaģējam uz kosmosa kuģa kļūmi vai kļūmi operatīvā vidē," viņa sacīja. “Vecākie inženieri nebija spēlē, tāpēc jaunajai paaudzei tas bija jāizdomā pašiem, un mēs paveicām izcilu darbu. Tas lika man lepoties ar visiem ļaudīm, ar kuriem es strādāju. Viņi ir patiesi talantīgi cilvēki. ”
Giste sacīja, ka dzimums nekad nav bijis jautājums viņas darbā kā navigatore. "JPL ir brīnišķīgi daudzveidīgs personāls, un, lai arī nav ļoti daudz sieviešu navigatoru, pret mums neizturas atšķirīgi," viņa sacīja. “Esmu diezgan neobjektīvs, bet es domāju, ka tas, kas mums pietrūkst kvantitātē, ir kvalitatīvs. Es strādāju ar dažām pārsteidzošām sievietēm. ”
“Turklāt man ir paveicies dzīvot laikā un sabiedrībā, kur neatkarīgi no dzimuma var atrast lietu, ko viņi vēlas darīt, un darīt to pēc iespējas labāk. Man patīk būt par inženieri un tas, ko es cenšos nodot jaunajām sievietēm, ir tas, ka viņas var mīlēt jebko, ko vēlas, pat ja tā ir matemātika un zinātne, nebaidoties, ka tas ir mazāk sievišķīgs darbs. ”
Grūtākais jautājums, uz kuru atbildēja visi navigatori, bija, ja viņiem bija vismazāk iecienītākā darba daļa. Viņi minēja parastās jebkura darba problēmas: nepietiekams laiks un pārāk daudz dokumentu. Un stress nāk ar darbu. "Termiņi, īpaši darbs JPL, ir ļoti reāli," sacīja Potts. “Ja jūs neesat gatavs kritiskam notikumam misijā, parasti jūs nesaņemat otro iespēju. Ir daudz jādara, lai pareizi veiktu savu darbu. ”
Bet visi navigatori uzsvēra komandas aspekta nozīmi savā darbā. "Jūs meklējat komandai raksturīgo kvalitāti," sacīja Mottingers. “Man bija projekta vadītājs, kurš teica, ka komanda pieķer viens otra kļūdas un viss ir lielāks nekā daļu summa. Viss tiek darīts draudzības garā, un nav tādu lietu kā muļķīgs jautājums. ”
Bet, šķiet, ka individuālās uzmanības centrā meklēšana nav tikai navigatora kosmētika.
"Man ir ērtāk strādāt aizkulisēs nekā veikt interviju," sacīja Potts. "Kad es zinu, ka esmu paveicis savu darbu un esmu devis ieguldījumu misijas panākumos, ar to man pietiek."
"Man ir labi, ja mans darbs ir aizkulisēs," piebilda Gists. "Tomēr, pārdomājot darbu, ko pirms manis un ap mani ir izdarījuši inženieri, es dažreiz jūtu, ka viņiem vajadzētu iegūt lielāku atzinību."
Viljamss uzskata, ka kopumā navigācijas jomai vajadzētu iegūt lielāku atzinību. "Es domāju, ka zinātnieki un cilvēki, kas nodarbojas tikai ar aparatūras sistēmām, nenovērtē navigatoru grūtības," viņš teica. “Būtu jauki, ja mēs iegūtu lielāku atzinību no vienaudžiem tikai no tā viedokļa, ka spējam ietekmēt to, kā tiek plānotas un veidotas misijas, lai navigācijas jautājumus varētu risināt pirms atklāšanas un ne tikai atstātu mums risināt pēc palaišana. Es to izjūtu spēcīgāk nekā jebkādu savu veikumu atzīšanu. ”
Viljamss sacīja, ka tas, ko dara navigatori, ir vairāk mākslas forma. “Tas nav reducējams līdz algoritmu kopumam, ko, piemēram, var uzglabāt lidojuma sistēmā, piemēram, ar jaudu vai piedziņu. Tā ir nepārtraukta uzlabošana. ”
Un vai navigatorus uztrauc dažreiz ilgas un nepāra stundas, kas viņiem nepieciešamas? "Nē," sacīja Mottingers, "es par to neko netirgošu. Nav nekas cits kā tas. ”
