Záchrana observatoře Swift se komplikuje: Družice LINK přišla o klíčový systém řízení a nekontrolovaně rotuje
Budoucnost observatoře Swift visí na vlásku – záchranná družice LINK se krátce po startu dostala do potíží, kvůli kterým musí operátoři mise improvizovat a bojovat s rychle ubíhajícím časem.
Historicky první komerční pokus o zvýšení oběžné dráhy vědecké družice narazil na vážné technické problémy. (ilustrace: Katalyst Space Technologies, CC BY 4.0)
Ambiciózní pokus o záchranu jedné z nejvýznamnějších vesmírných observatoří NASA se dostal do vážných potíží. Malá družice LINK společnosti Katalyst Space Technologies, která byla začátkem července vypuštěna s cílem zvýšit oběžnou dráhu observatoře Swift, se potýká s rozsáhlými problémy systému řízení orientace. Kvůli nim se sonda nekontrolovaně roztočila, dočasně ztratila spojení se Zemí a musela projít automatickým restartem.
Přestože společnost tvrdí, že mise stále může uspět, čas se rychle krátí. Swift totiž postupně ztrácí výšku a bez zásahu vstoupí do atmosféry Země pravděpodobně na přelomu letošního a příštího roku.
Odvážný plán na záchranu stárnoucí observatoře
Družice LINK odstartovala 3. července na raketě Pegasus XL. Jejím úkolem je vůbec poprvé v rámci komerční mise spojení se stárnoucí observatoří a pomocí vlastních motorů zvýšení její oběžné dráhy.
Cílem této ambiciózní mise je observatoř Swift. NASA ji vypustila v roce 2004 k pozorování záblesků gama záření a dalších mimořádně energetických jevů ve vesmíru. Po více než dvaceti letech provozu se však její oběžná dráha vlivem odporu zbytků zemské atmosféry postupně snižuje.
NASA proto loni uzavřela se společností Katalyst Space Technologies kontrakt v hodnotě 30 milionů dolarů na pokus o prodloužení životnosti observatoře. Pokud by mise uspěla, mohla by otevřít cestu k podobným servisním zásahům i u dalších družic.
Nadějný začátek rychle vystřídaly komplikace
Krátce po startu se zdálo, že vše probíhá podle plánu. Společnost v polovině července oznámila dokončení základních kontrol po vypuštění a uvedla, že se podařilo stabilizovat orientaci družice.
Současně ale přiznala první technické komplikace. Během uvádění do provozu se objevily poruchy systému řízení orientace i komunikačního systému. Inženýři proto připravili úpravy palubního softwaru a změnili provozní postupy, díky nimž se podařilo obnovit spolehlivou komunikaci a stabilizovat družici ve všech třech osách.
O několik dní později společnost oznámila další pokrok. LINK úspěšně otestovala elektrické motory, které při dvou krátkých zážezích zvýšily jeho oběžnou dráhu přibližně o dva kilometry. Šlo o přípravu na mnohahodinové manévry, které budou nutné při přibližování ke Swiftu.
Nejnovější informace ale ukazují, že technické problémy byly mnohem závažnější, než se původně zdálo. Podle společnosti Katalyst přestala fungovat dvě ze tří reakčních kol, která představují hlavní systém pro přesné natáčení družice ve vesmíru. Reakční kola mění orientaci pomocí změny své rychlosti, aniž by bylo nutné spotřebovávat palivo.
Situaci dále komplikuje skutečnost, že ani systém orientačních trysek (RCS) nepracuje naplno. Výsledkem je, že se družice během posledních dnů roztočila kolem více os současně. Takový stav výrazně ztěžuje správné zaměření antén i solárních panelů, což vedlo k dočasné ztrátě spojení se Zemí a následnému restartu palubních systémů.
Závod s časem
Katalyst Space Technologies přesto tvrdí, že mise ještě není ztracena. Technici nyní využívají natáčecí elektrické trysky, aby postupně zpomalili rotaci družice a znovu ji stabilizovali. Podle společnosti už první manévry přinesly očekávaný efekt.
Ostatní hlavní systémy družice – včetně komunikačního vybavení, elektrického pohonu a robotického mechanismu určeného k zachycení observatoře Swift – pracují podle zástupců společnosti Katalyst podle očekávání.
Pokud se podaří sondu bezpečně ovládnout, bude následovat několik týdnů úprav navigačního a řídicího softwaru. Ten musí být přizpůsoben nové konfiguraci družice, která se nyní musí obejít bez plně funkčního systému reakčních kol. Po dokončení testů by mohla LINK obnovit plánovaný let ke Swiftu a pokusit se o připojení k observatoři.
Největším nepřítelem celé záchranné operace je ale čas. NASA už před startem upozorňovala, že zvýšení oběžné dráhy musí začít dříve, než Swift klesne pod výšku 300 kilometrů. Pod touto hranicí začne odpor atmosféry narůstat natolik rychle, že další záchrana bude prakticky nemožná.
Observatoř se nyní nachází přibližně ve výšce 350 kilometrů. Podle odhadů NASA by měla kritické hranice 300 kilometrů dosáhnout už během letošního října. Pokud se společnosti Katalyst nepodaří do té doby vyřešit současné technické potíže a zahájit přibližovací manévry, první pokus o komerční zvýšení oběžné dráhy vědecké družice může skončit neúspěchem.
Šance stále žije
Největším problémem je kombinace dvou závad – mimo provoz jsou dvě ze tří reakčních kol, která zajišťují přesné natáčení družice, současně vykazuje částečnou ztrátu funkčnosti systém studenoplynových orientačních trysek.
Reakční kola (anglicky reaction wheels) jsou jedním z nejdůležitějších systémů téměř každé moderní družice. Slouží k velmi přesnému natáčení kosmické lodi, aniž by bylo nutné spotřebovávat palivo. Právě proto je porucha dvou ze tří reakčních kol u družice LINK tak závažná.
Každé reakční kolo je v podstatě těžký setrvačník poháněný elektromotorem. Když se kolo roztočí jedním směrem, podle zákona zachování momentu hybnosti se samotná družice začne pomalu otáčet opačným směrem.
LINK je vybavena trojicí reakčních kol (Hubbleův kosmický dalekohled a Vesmírný dalekohled Jamese Webba využívají čtyřkolovou konfiguraci), které zajištují správnou orientaci družice ve třech osách.
Inženýři společnosti Katalyst se momentálně pokouší vytvořit nový způsob řízení, který nebude spoléhat na původní konfiguraci tří reakčních kol. Místo nich chtějí více využít elektrické motory s natáčecími tryskami (gimbaled electric thrusters), které by mohly částečně převzít jejich funkci. Takové řešení by bylo pomalejší a méně přesné, ale pokud se podaří, mohlo by družici umožnit dokončit alespoň základní přibližovací manévry ke Swiftu.
