В спящем режиме
Если человек купил телевизор в январе 2006 г. и хотел бы, чтобы этот прибор работал в середине 2015 г., то как ему лучше поступить: включить его и не выключать все эти годы или выключить и только время от времени проверять, пока не наступит 2015 г.? С точки зрения инженера, вторая стратегия с большей вероятностью приведет к успеху, и она дает общее представление о спящем режиме космического аппарата — следующей большой задаче команды «Новых горизонтов» после Юпитера.
Спящий режим — одна из совершенно новых инновационных особенностей «Новых горизонтов». За ним стоит идея о том, чтобы снизить износ большинства систем космического аппарата, отключая их на бо́льшую часть каждого года на пути от Юпитера к Плутону. Благодаря спящему режиму к тому времени, когда АМС «Новые горизонты» добралась до Плутона, хронологически ей было 9,5 года, но большинство ее главных систем проработало всего 3,5 года. Таким образом, эти системы были намного «младше» своего реального возраста, менее изношены и с большей вероятностью могли работать с максимальной производительностью во время пролета Плутона.
Программное обеспечение для того, чтобы «Новые горизонты» функционировали в спящем режиме, было написано еще до запуска, но оно было проверено всего в течение нескольких дней, когда космический аппарат находился в центре имени Годдарда. Поскольку во время полета периоды пребывания в спящем режиме должны были продолжаться месяцами, по плану переходить на него следовало осторожно, удостоверившись, что аппарат не столкнется ни с какими проблемами, пребывая «в спячке» все дольше и дольше.
Первый тест продолжался всего неделю летом 2007 г. Когда аппарат вышел из спящего режима, он послал на Землю всю итоговую, сохраненную телеметрию, чтобы инженеры могли оценить, как все прошло. Все системы выглядели хорошо. Поэтому в следующий раз автоматическая станция ушла в спящий режим на несколько недель. Затем, после того как инженеры проверили данные и увидели, что более длительный тест также прошел благополучно, они попробовали спящий режим на десять недель, а потом — на четыре месяца. Обретая все больше уверенности, команда увеличила периоды пребывания в спящем режиме до семи месяцев за один раз.
В период с 2007 по 2014 г., каждый раз, когда космический аппарат переходил в спящий режим, команда могла переключиться от присмотра за своей «птичкой» на выполнение огромной задачи планирования пролета Плутона, о котором мы расскажем в следующей главе. Между периодами спящего режима космический аппарат «будили» для тщательной проверки, проводили калибровку приборов, научные наблюдения по пути и время от времени обновляли программное обеспечение, чтобы исправить ошибки и добавить новые возможности. Одно ключевое дополнение позволяло детектору пыли SDC, измерителю параметров частиц солнечного ветра SWAP и спектрометру энергетических частиц PEPSSI оставаться включенными в спящем режиме, фиксируя при этом информацию, чтобы они могли отслеживать частицы пыли и заряженные частицы по всему пути до пояса Койпера. Так осуществлялась научная программа по пути к Плутону.
11. План захвата Плутона
Планы вторжения
В начале 2008 г. менеджер проекта Глен Фонтейн подготовил расписание планирования пролета Плутона, которое охватывало более шести лет и предполагало участие буквально каждого члена группы управления полетом «Новых горизонтов». Бо́льшая часть этой работы должна была происходить во время пауз в управлении, когда космический аппарат находится в спящем режиме и не требует особого участия со стороны людей.
Объем был очень велик для такой маленькой команды. Во-первых, научной команде и группе управления полетом следовало провести изучение технических проектов по особенностям пролета, чтобы подготовиться к работе над научными экспериментами во время сближения. Все это нужно было сделать до того, как приступать к тщательной разработке сотен пролетных наблюдений Плутона и его спутников с помощью семи научных приборов на борту «Новых горизонтов». За этим, в свою очередь, следовали утомительные тестирования всех пролетных операций и громадные усилия для выработки процедур, охватывающих сотни возможных неполадок, к которым должны были быть готовы и космический аппарат, и его наземная команда. Затем команде предстояли имитации пролета, составление полноценного проекта, технические проверки NASA, которое должно было пристально изучить проект, внести критические замечания и рекомендации, чтобы улучшить каждую часть плана пролета.
Небезынтересно сравнить высокотехнологичное планирование пролета c помощью компьютеров в XXI в. с планированием пролетов «Вояджеров» в 1970-х и 1980-х гг., которые рядом с «Новыми горизонтами» выглядят как каменный век компьютерной эпохи. У команды «Вояджеров» было всего несколько лет, чтобы распланировать пролеты мимо каждой из планет-гигантов, но эта команда была огромной. В каждом пролете участвовало около 500 человек, которым понадобилось почти три года на планирование. У «Новых горизонтов» было шесть лет на составление планов пролета Плутона, но в команде было всего 50 человек — примерно 10 % от численности штата «Вояджеров».
Главным координатором планирования пролета Плутона была Лесли Янг, которая уже приняла на себя ответственность за «пилотную» версию планирования как части предложения «Новых горизонтов» на конкурс NASA в 2001 г. Оценив ее впечатляющую работу, энергию и внимание к деталям, Алан в 2008 г. попросил Лесли возглавить планирование реального пролета.
Когда «Новые горизонты» выдвигали свое предложение на конкурс, Алан организовал научную команду как тематические группы «пересекающихся» дисциплин, сосредоточенных на различных сторонах исследования системы Плутона. Благодаря этому удалось избежать обычного в таких случаях разделения на команды каждого из приборов, что часто использовалось в других межпланетных экспедициях и создавало несколько враждующих между собой лагерей. В проекте «Новые горизонты» была команда геологии и геофизики (применявшая методы и наработки, сформировавшиеся при изучении геологии Земли и других планет для того, чтобы понять структуры поверхности Плутона и их движение, узнать о его внутреннем каменистом ядре, а также о спутниках планеты), возглавляемая Джеффом Муром из исследовательского центра Эймса NASA; команда изучения химического состава (определяющая, из чего состоит поверхность Плутона и его спутников) под руководством Уилла Гранди из обсерватории Лоуэлла; команда изучения атмосферы (ставящая своей целью различные измерения параметров атмосферы Плутона), возглавляемая Рэнди Гладстоуном из Юго-Западного исследовательского института, и команда по изучению заряженных частиц (исследующая, как Плутон и его спутники взаимодействуют с солнечным ветром и из чего состоит ионизированный газ, который теряет атмосфера Плутона) во главе с Фрэн Бэгеналь из Университета Колорадо. Все четыре группы отчитывались по планированию пролета перед Лесли и вместе составляли то, что в целом получило название «команда планирования пролета Плутона» (Pluto Encounter Planning, PEP), которую в шутку иногда называли «отряд PEP».
Важную роль играли и несколько других команд проекта «Новые горизонты»: команда планирования полетных операций, за которую отвечала Элис Боуман, полетных заданий и навигации, которой занимался Марк Холдридж, и команда инженерного проектирования во главе с Крисом Херсманом. Бо́льшая часть работы последней команды заключалась в том, чтобы убедиться: ни один из бортовых ресурсов, таких как топливо, энергия или накопитель данных, никогда не выйдет за безопасные пределы. Будучи менеджером проекта, Глен Фонтейн собирал всех этих «кошек, гуляющих сами по себе» в «стадо» и следил, чтобы каждая из них придерживалась расписания и бюджета. Во время планирования пролета Алан примерял на себя разные роли. Он отвечал за работу приборов Alice и Ralph как их научный руководитель; также он состоял в исполнительном комитете PEP Лесли Янг, куда кроме него входили Кейти Олкин и Джон Спенсер, и как научный руководитель экспедиции обязан был проверять, критиковать и принимать окончательные решения по всем аспектам планирования пролета, разработки действий в чрезвычайных ситуациях и подготовки команд.
