At lære en gammel satellit nye tricks

XMM-Newton er et af Europas længst flyvende og mest produktive observatorier i kredsløb, undersøger det varme røntgenunivers. Takket være teamwork og teknisk innovation, det er på vej til at blive ved med at flyve i lang tid endnu.

Lanceret for 17 år siden, ESA's kredsende røntgenteleskop har hjulpet videnskabsmænd over hele verden med at forstå nogle af vores univers mest mystiske begivenheder, fra hvad der sker i og omkring sorte huller til hvordan galakser blev dannet.

Ved 3800 kg, den 10 m lange XMM-Newton er den største videnskabelige satellit, der nogensinde er bygget i Europa, og dens teleskopspejle er de mest følsomme, der nogensinde er udviklet.

Forventes at fungere så længe som et årti, det hårdføre rumfartøj har glædeligt overrasket alle ved at holde i næsten to årtier – og det viser ingen tegn på at give op.

Succesen med XMM-Newton har været mulig ikke kun på grund af det robuste rumfartøj, men også det tætte samarbejde mellem ESA's astronomicenter nær Madrid, Spanien, og missionskontrollørerne ved ESA's operationscenter i Darmstadt, Tyskland.

"Det samlede antal af 4775 videnskabelige publikationer til dato, med 358 fra dette år alene, er en imponerende registrering af missionens videnskabelige succes, dækker mange, mange områder af astrofysikken, " bemærker projektforsker Norbert Schartel.

Men at holde det i form og sundt i dets tredje årti betyder, at holdet skal fortsætte med at udvikle og teste nye kontrolteknikker. En kompleks ændring af kredsløbskontrolsystemet har næsten halveret brændstofforbruget, for eksempel.

(Ikke) kører på tom

Til at begynde med, at holde XMM i kredsløb vil kræve lejlighedsvis affyring af thruster, cirka en gang om dagen, og det betyder at brænde brændstof.

"Vi har masser af brændstof, og gennem årene har vi fundet ud af, hvordan vi kan bruge mindre og mindre til at opretholde vores videnskabelige kredsløb, siger Marcus Kirsch, rumfartøjs operationsleder.

"Brændstoffet fordeles mellem fire separate tanke, men hovedtanken løber tør først. Designet betyder, at vi ikke kunne bruge det resterende brændstof i de andre tanke, så vi flytter det hele ind i tank 1. Dette vil gøre os i stand til at fortsætte driften i det kommende årti."

Tilbage i kontrolrummet

Som en del af denne proces, flyvekontrolholdet vendte tilbage til ESA's store, hovedkontrolrum til generelle formål ved missionskontrol i november – første gang siden lanceringen i 1999 – til fem dages intensive simuleringer. Teamet arbejder normalt ud fra en mindre, dedikeret værelse deles med Integral- og Gaia-missionsholdene.

Simuleringerne kontrollerede de procedurer, der vil blive brugt til at flytte brændstoffet og til at omkonfigurere XMM til at arbejde efter 2017.

"Ikke mange rumfartøjer bruger det specialdesignede tankbrændstofsystem som på XMM, siger Nikolai von Krusenstiern, rumfartøjsdriftsingeniør.

"Så vidt vi ved, ingen har nogensinde flyttet brændstof fra en tank til en anden med et tankdesign som vores i en satellit i kredsløb, og vi ønsker at tage så meget tid som nødvendigt for at minimere enhver risiko for missionen."

Tank-til-tank-genopfyldning var aldrig forudset i de originale designspecifikationer – da XMM ikke var beregnet til at vare så længe – så ingen proces blev udtænkt af bygherren Astrium (nu Airbus Defence &Space).

"Airbus har været meget hjælpsomme – de hjalp os endda med at komme i kontakt med den nu pensionerede designer af brændstofsystemet for at hjælpe os med at designe procedurerne sikkert, siger Nikolai.

XMM's tredje årti

Holdet vil nu analysere resultaterne af sidste måneds simuleringer med det formål at rekonfigurere rumfartøjet i 2017. Dette vil supplere den omhyggelige optimering af de flyvekontrolprocedurer, der allerede er på plads, og hold XMM-thrustere i gang – og rumfartøjet flyvende pålideligt – ind i 2023.

Efter det, holdet vil have en lavrisiko og bekræftet plan klar til at udføre brændstofpåfyldningen, som derefter ville holde håndværket i sin videnskabelige mission langt ind i dets tredje årti.

"Tiden brugt på træning og simuleringer i sidste måned var enormt værdifuld for hele holdet, siger Marcus.

"Vi arbejdede sammen om at udtænke en solid løsning til XMM's kommende årtier, og de enkelte ingeniører fik fremragende træningserfaring, som de kan bruge til XMM eller endda tage med dem, hvis de bliver tildelt andre missioner."