Hace un año mañana una falla en la nave espacial Integral significó que encendió sus propulsores probablemente por última vez. En los días posteriores, la nave espacial en órbita terrestre ha continuado arrojando luz sobre el violento universo de rayos gamma, y pronto debería estar funcionando de manera aún más eficiente que antes, a medida que los equipos de control de la misión implementan una nueva e ingeniosa forma de controlar la nave espacial de 18 años.

Control de misión, tenemos un problema

En verano de 2020, Mientras el Equipo de Control de Vuelo Integral en Alemania se estaba acostumbrando a un ambiente de trabajo muy diferente, aprendiendo a volar su misión desde casa mientras lidiaba con la incertidumbre creada por la pandemia COVID-19, la nave espacial decidió lanzar otra llave en el trabajo.

Un día, Integral entró en "Modo seguro":cuando los instrumentos se apagan y una nave espacial ejecuta solo sus funciones más básicas, mientras mira al Sol para asegurarse de que recibe toda la energía, alertando a su equipo de control sobre un problema. Bajo control de modo seguro, Integral pareció entrar en un eclipse, un período normal de oscuridad cuando la Tierra se interpone entre la nave espacial y el Sol. Sin embargo, no se programaron eclipses.

"El satélite se había alejado repentinamente del Sol, que fue un evento muy inesperado y extraño. Nunca habíamos visto algo como esto antes "explica Richard Southworth, Gerente de Operaciones de la misión.

"Pronto quedó claro que teníamos un problema importante. Había un problema general con el sistema de propulsión de Integral. Como ya no podíamos confiar en sus propulsores, tuvimos que salir del modo seguro rápidamente, tomar el control de la nave espacial usando sus ruedas de reacción y luego averiguar qué hacer ".

Por qué los propulsores son importantes para una misión delicada

Como Integral ya está en órbita, ¿Por qué todavía necesitamos sus propulsores? Para deshacerse del exceso de "momento angular".

Integral a menudo apunta a una sola fuente, por ejemplo, un agujero negro distante, durante muchas horas. Durante este tiempo está sujeto a fuerzas externas que hacen que gire, en particular, la presión de radiación del Sol que actúa sobre los enormes paneles solares de 18 metros de la nave.

Para contrarrestar esta fuerza solar y mantener la nave apuntando a su objetivo, el equipo utiliza "ruedas de reacción":ruedas que almacenan energía a medida que giran, y se puede utilizar para controlar sutilmente la dirección en la que apunta una nave espacial sin la necesidad de propulsores. Estas ruedas "absorben" la energía extra del sol, manteniendo al Integral en posición y asegurando que siga siendo el observatorio de rayos gamma más sensible jamás volado.

Durante un par de días el exceso de energía se acumula en las ruedas de reacción en forma de "momento angular", el equivalente rotacional de una fuerza que va en línea recta, por ejemplo, la energía almacenada mientras gira en una silla giratoria.

Cada dos o tres días las ruedas de reacción alcanzan una velocidad máxima en cuyo punto no pueden absorber más impulso. A continuación, el equipo de control realiza una "descarga de impulso, "deshacerse del exceso de momento angular desacelerando los volantes. Para evitar que el satélite gire en la dirección opuesta a medida que las ruedas disminuyen, Los propulsores de Integral se encienden (normalmente), impidiendo que gire.

Inventando el "Z-flip"

Después de días preocupados por el destino de la misión, dos miembros del equipo tuvieron una idea.

"No creí que fuera posible al principio. Verificamos con nuestros colegas de dinámica de vuelo y la teoría indicó que funcionaría. Después de hacer una simulación, lo probamos en la nave espacial. Funcionó, "dice Richard con alivio.

Mediante el uso de una secuencia de maniobras especialmente diseñada, el equipo de control se dio cuenta de que podían redistribuir el momento angular almacenado a bordo del satélite utilizando dos ruedas de reacción diferentes que giraban en direcciones opuestas, causando que la nave espacial se voltee.

"Entonces, en este punto, sabíamos que podíamos controlar la acumulación de energía absorbida por el Sol, y bautizó esta nueva maniobra como "z-flip". Que yo sepa, Esto nunca se ha hecho antes. Fue un gran logro pero ¿podríamos seguir haciendo ciencia? ".

Después de largas e intensas discusiones con colegas en el Centro de Operaciones Científicas en ESAC, Madrid, el equipo de planificadores de misiones científicas ideó una secuencia de objetos para que Integral los observara y que encajarían dentro de su nuevo rango de movimiento. Afortunadamente, la misión volvió a las operaciones científicas (algo más limitadas).

Gradualmente, los dos equipos experimentaron con secuencias de observaciones cada vez más complicadas, probando diferentes combinaciones de ruedas giratorias y volteando la nave espacial en varios ángulos nuevos. Con un trabajo en equipo dedicado entre el equipo de control y el equipo de operaciones científicas y muchos otros, La eficiencia científica de Integral se recuperó en septiembre de 2020.

Uno de los más antiguos de la ESA, las misiones más voluminosas se vuelven más ágiles

Para la mayoría de los observatorios espaciales, Los horarios de observación se planifican con mucha antelación. Sin embargo, de vez en cuando sucede algo inesperado en el cielo, como una explosión de supernovas u ondas gravitacionales, y necesitan responder rápidamente para ver qué sucedió. Esto es particularmente cierto para Integral, ya que los eventos de rayos gamma tienden a ser de corta duración.

"En el pasado, cuando teníamos un sistema de propulsión, volvíamos a planificar, calcular una nueva maniobra hacia el nuevo objeto de interés, descargue el impulso y luego prepare nuestra nueva secuencia de maniobras. Nuestra técnica de z-flip es, lamentablemente, mucho más lenta, "explica Richard.

Sin embargo, el equipo de control ha desarrollado una actualización del software a bordo de Integral que debería hacer que el momento angular sea un problema menor al apuntar, girar, la nave espacial.

"Estamos muy contentos de que gracias a esta genial estrategia de 'z-flip', Integral pueda seguir vigilando el cielo de alta energía sin problemas, "dice Erik Kuulkers, Científico de Proyectos Integrales.

"Y ahora esperamos los descubrimientos habilitados por el nuevo modo de rotación, lo que significa que esta nave espacial de 18 años debería ser aún más rápida en responder y observar eventos energéticos repentinos en todo el Universo que cuando fue lanzada hace casi dos décadas ".