10. К Юпитеру и дальше — в космический океан
Учимся летать
После того как возбуждение от успешного запуска схлынуло, исчезли и толпы зрителей. Пресса тоже разбежалась, когда взрыв общественного интереса к старту «Новых горизонтов», который прокатился по газетам и выпускам новостей, а также украсил обложки журналов, сошел на нет. Но для небольшой команды инженеров, ученых и персонала управления полетом космическое путешествие «Новых горизонтов» только начиналось. Им предстояло провести аппарат через всю Солнечную систему и добраться до Плутона.
«Новые горизонты», которые когда-то представляли собой просто идею, затем были более слабым соперником при подаче проекта, затем — отмененной экспедицией, а потом — четырехлетней сумасшедшей гонкой к старту, теперь стали тем, чем должны быть: космическим полетом.
Элис Боуман и ее команда немедленно принялись за сложную работу по полной проверке аппарата и его управлению в космосе. Во-первых, они должны были остановить вращение зонда. Отделившись 19 января от STAR 48, он вертелся, как сумасшедший. Это было сделано преднамеренно для гироскопической стабилизации во время работы твердотопливного ракетного двигателя. После запуска Алан на один день задержался во Флориде, потому что не хотел быть на борту самолета без всякой связи, когда его детище будет проходить через жизненно важное замедление вращения. Затем он полетел на восточное побережье, в Лабораторию прикладной физики, чтобы провести три недели с командой управления и «прожить» вместе с аппаратом первые этапы проверок и первые коррекции курса, чтобы вывести «Новые горизонты» на тщательно выверенную траекторию к Юпитеру. Теоретически в это время Алан мог отправиться домой и консультировать по поводу повседневных операций с помощью телеконференций, но он предпочел «высокоскоростной связи» присутствие в Лаборатории прикладной физики на случай, если возникнут какие-то проблемы, требующие сложных решений.
В первые недели полета тщательно проверялась каждая бортовая система — связь, управление, регулирование температуры, двигательная установка и прочее. Проверку проходили и резервные системы. Это был очень трудоемкий процесс, требующий проведения десятков тестовых процедур, запросы на которые посылались на космический аппарат по радио. Каждый тест сопровождался передачей с борта космического корабля информации, которую инженерная команда Лаборатории прикладной физики изучала в поисках малейшего признака проблемы или неожиданной реакции.
Во время этих проверок «Новые горизонты» уже находились в миллионах километрах от Земли. Элис и ее команда управления учились летать на своем аппарате. Конечно, они тренировались и до запуска, но теперь игра шла всерьез. Поэтому все, что они делали в эти первые недели каждый раз, когда аппарату предстояло совершить что-то новое — включить эту систему, включить ту резервную систему, совершить маневр новым способом, — заставляло членов команды чувствовать себя так, как будто они играют с огнем.
Больше всего беспокоились, конечно, о том, что «Новые горизонты» не смогут нацелиться на Землю или каким-то еще образом утратят связь, что означало полную потерю космического аппарата. В истории космических полетов было множество таких трагических примеров. Посадочный модуль NASA «Викинг-1», первым совершивший успешную посадку на Марс, был потерян через шесть лет после того, как оказался на поверхности Красной планеты, когда в обновление программного обеспечения, проводившегося для того, чтобы исправить ошибку при зарядке батарей, случайно попала команда перенаправить тарелку антенны. Неправильная команда направила эту антенну в почву, после чего аппарат больше не мог связываться с Землей. На этом экспедиция была закончена. Подобным же образом в 1988 г. российский марсианский зонд «Фобос-1» потерялся из-за того, что во время загрузки программного обеспечения пропала всего одна-единственная цифра. Эта крошечная ошибка привела к тому, что космический аппарат отключил двигатели ориентации и в результате не мог направлять солнечные батареи на Солнце, вследствие чего аккумуляторы полностью истощились. Восстановить его не удалось. И самым болезненным и досадным поражением в истории межпланетных полетов был американский Mars Climate Orbiter в 1999 г., который прошел слишком низко при подходе к Марсу и сгорел в атмосфере. Проблема была связана с тем, что две группы инженеров при расчете выведения аппарата на орбиту Марса использовали разные системы исчисления: одна — единицы британской системы мер и весов (футы и фунты), а другая — метрическую систему мер (метры и ньютоны).
Только представьте, каково это — участвовать в конкурсе предложений, построить космический аппарат, успешно отправить его на другую планету и потерять так близко от цели. Это стало кошмаром, преследующим операторов управления АМС, после которого они просыпались посреди ночи в холодном поту и маниакально проверяли и перепроверяли каждую мелочь в каждом плане своих «птичек». Очень горько понимать, что, даже несмотря на то, что команда состоит из умных, преданных своему делу людей, все может пойти кувырком. К счастью для «Новых горизонтов» и будущего землян 2015 г., которым предстояло влюбиться в Плутон, когда «Новые горизонты» до него доберутся, Элис Боуман и ее команда превосходно управляли своим аппаратом во время его проверки.
Сразу после старта время тянулось медленно — члены полетной команды только привыкали управлять своим аппаратом. Но, проверяя все больше систем, они приобрели уверенность в своих силах, а «Новые горизонты» продолжали прекрасно работать, и время понеслось вскачь.
Но не все шло идеально. Всего через несколько недель после старта инженер системы наведения Гейб Роджерс заметил, что два двигателя ориентации включаются во много раз чаще, чем должны. Оказалось, проблема связана с ошибкой в проектировании, сделанной годы назад, в одной сводной таблице, из-за чего были приобретены двигатели ориентации по неверным техническим требованиям. В этой содержащей ошибку сводной таблице какой-то инженер неправильно рассчитал массу космического аппарата и его балансировку, и, в отличие от тысяч других расчетов, эта ошибка каким-то образом не попалась на глаза ни одной из независимых инженерных проверок. Поэтому теперь, в полете, двигателям ориентации приходилось работать больше, чтобы компенсировать неправильные технические характеристики, и они включались слишком часто. Их срок работы был рассчитан примерно на 500 000 использований, и компьютерные модели показывали, что к тому времени, когда закончится исследование Плутона, произойдет не более 250 000 включений. Но теперь двигатели работали слишком часто, и предполагалось, что до пролета Плутона они включатся более миллиона раз. Ого-го!
Чтобы исправить эту ситуацию, команда реализовала тщательно продуманные новые способы управления тем, как часто аппарат будет поворачивать в будущем, сберегая использование двух двигателей ориентации с неверными техническими характеристиками. Также инженеры начали «разгружать» эти двигатели, используя резервные. С резервными была такая же проблема, но, чередуя разные наборы и ограничивая их использование при некоторых видах маневров, команда управления полетом могла сочетать их так, чтобы ни главный, ни основной комплекты не превысили лимит в 500 000 пусков по пути до Плутона. Опасной ситуации удалось избежать, урок был усвоен. Но это выявило проблему, с которой команде придется жить в течение всего путешествия.
Еще одной ключевой задачей в эти первые недели полета была корректировка траектории для того, чтобы достичь точки гравитационного маневра в поле притяжения Юпитера, где космический аппарат получал толчок для движения к Плутону. Через две недели тщательного отслеживания «Новых горизонтов» с помощью радио и орбитальных расчетов стало понятно, что «Атлас» вывел их на практически идеальную траекторию и, чтобы довести ее до совершенства, потребуется только кратковременное включение корабельного двигателя. В результате для коррекции траектории после пуска потребовалось меньше топлива, чем планировалось при создании двигательной установки. Эта экономия давала команде бонус, который можно было потратить либо при пролете мимо астероида в июне, либо при более основательном исследовании пояса Койпера после Плутона. Алан решил выбрать «журавля в небе» — оставить топливо на изучение пояса Койпера, который входил в список основных целей экспедиции, а не на пролет астероида, который целью экспедиции не являлся, хотя и мог состояться в скором времени и был достаточно соблазнительной целью.
Чтобы доработать траекторию к Юпитеру, по оценкам навигационной команды, требовалось включить бортовой двигатель, чтобы изменить скорость космического аппарата всего на 18 м / с, или примерно на 64 км/ч. Не так уж много, если учесть, что «Новые горизонты» мчались со скоростью почти 60 000 км/ч! Но если не провести коррекцию, то эти 64 км/ч за все те часы, которые остались до прибытия к Юпитеру 1 марта 2007 г., вырастут в ужасающую цифру в 640 000 км, которая, в свою очередь, приведет к тому, что аппарат промахнется мимо Плутона на несколько сотен миллионов километров!
Чтобы быть полностью уверенными в своей первой коррекции траектории, члены команды разделили ее на две части. Вначале космический аппарат должен был включить двигатель, чтобы изменить скорость на очень маленькую величину — 5 м / с, просто чтобы попробовать двигатель и посмотреть, как все это сработает. Затем, после того как будет загружена телеметрия с этого включения двигателя и инженеры подтвердят, что все прошло хорошо, через несколько дней проведут остальную часть маневра, идеально выводящего «Новые горизонты» к Юпитеру — промежуточной точке их путешествия к Плутону.
После того как космический аппарат был полностью проверен, а маневры с двигателем вывели его точно на курс, наконец, пришло время проверить семь научных приборов, которым предстояло стать «ушами, глазами и носом» человечества у Плутона. Команда каждого из них следовала тщательно разработанному алгоритму, чтобы осторожно включить каждый датчик, убедиться, что его компьютер работает, что его температура соответствует расчетной, может получать электричество и взаимодействует с основной и резервной системами космического аппарата. Затем были открыты защ