Solar Orbiter klar til videnskab trods COVID-19 tilbageslag

ESA's Solar Orbiter har med succes gennemført fire måneders omhyggelig teknisk verifikation, kendt som idriftsættelse. På trods af de udfordringer, som COVID-19-pandemien pålægger, rumfartøjet er nu klar til at begynde at udføre videnskab, mens det fortsætter sit krydstogt mod solen.

Da Solar Obiter sprængte ud i rummet på en Atlas V-raket fra Cape Canaveral, Florida, den 10. februar, holdene bag missionen på 1,5 milliarder euro havde ikke forudset det inden for få uger, spredningen af ​​COVID-19 ville smide dem ud af deres højteknologiske kontrolrum, gør den udfordrende proces med at idriftsætte rumfartøjets instrumenter endnu sværere.

Under normale omstændigheder, mange af projektets videnskabsmænd og ingeniører ville være samlet på European Space Operations Center (ESOC) i Darmstadt, Tyskland. Sammen, de ville have arbejdet i tæt samarbejde med rumfartøjsoperatørerne, at bringe rumfartøjet og dets instrumenter til live.

Dette skete mere eller mindre som normalt under de mest udfordrende tidlige uger af Solar Orbiters eksistens i kredsløb, men da instrumentholdene blev inviteret til ESOC i marts, situationen i Europa ændrede sig hurtigt.

Hvert af de ti instrumenthold havde brug for mange repræsentanter på stedet. To eller tre fra hvert hold fik lov i et dedikeret Solar Orbiter kontrolrum. "De andre repræsentanter arbejdede fra et dedikeret støtteområde, " siger Sylvain Lodiot, ESA's Solar Orbiter Spacecraft Operations Manager. Det var ikke usædvanligt at have 15 eller flere personer i hovedkontrolrummet, der også arbejdede. Men inden for en uge, det blev klart, at europæiske lande var på vej ind i lockdown, og derfor blev de eksterne hold bedt om at vende hjem.

Det italiensk-tyske-tjekkiske hold bag METIS-koronografien, et instrument, der måler det synlige, ultraviolette og ekstreme ultraviolette emissioner af solkoronaen i hidtil uset tidsmæssig og rumlig opløsning, var lige ved at gøre klar til at tænde for instrumentet for første gang, da beslutningen blev truffet om, at folk fra dengang coronavirus-hotspots i de italienske regioner Piemonte og Lombardiet ikke længere måtte komme ind på ESOC af sikkerhedsmæssige årsager.

"Vi havde svært ved at forsøge at omarrangere teamets færdigheder i farten med dem, der kunne deltage, " siger Marco Romoli, METIS-principundersøger. "Og takket være ESOC-folk og til de tilstedeværendes faste nerver, vi var i stand til at fuldføre aktiviteten med succes."

Situationen blev endnu mere alvorlig, da flere medarbejdere hos ESOC blev testet positive for virussen, og siden reelt lukket.

"Vi var nødt til at beskytte folket, " siger Sylvain, hvis sidste opgave inden hjemrejse var at slukke for alle instrumenterne på Solar Orbiter. "Det føltes forfærdeligt, fordi jeg ikke vidste, hvornår de instrumenter kom online igen, " han siger.

I tilfældet det var kun omkring en uge senere, at et skeletpersonale vendte tilbage og med fuld social afstandsforanstaltninger på plads begyndte at arbejde eksternt med instrumentholdene for at få idriftsættelsen gjort.

Et af de instrumenthold, der var mest berørt, var Solar Wind Analyzer (SWA)-holdet. Solvinden, som konstant frigives fra solen, er sammensat af en blanding af elektrisk ladede partikler kaldet ioner, og elektroner. SWA-instrumentet omfatter tre forskellige sensorer til at måle fluxene og sammensætningen af ​​disse forskellige partikelpopulationer. Hver sensor fungerer som en slags 'elektrisk periskop', der bruger højspænding, op til 30 kilovolt i ét tilfælde, at aflede solvindpartiklerne ind i detektoren.

For at betjene disse højspændinger sikkert, holdet havde planlagt ikke at tænde instrumentet før mindst en måned efter lanceringen. Dette var tilsigtet, så ingen spor af Jordens atmosfære ville være tilbage i SWA-sensorerne. Hvis der var, disse høje spændinger kan forårsage lysbuer og beskadige sensorerne.

Tænd-processen for hver af SWA-detektorerne er lang, fordi hvert højspændingsundersystem skal tændes i trin på kun 20 eller 50 volt ad gangen. Efter hver stigning, instrumentet kontrolleres for at sikre, at der ikke er sket noget uheldigt.

Da SWA's hovedefterforsker Christopher Owen, fra Mullard Space Science Laboratory, University College London (MSSL/UCL), havde forladt Tyskland, han og hans team var begyndt at lægge planer om at idriftsætte instrumentet fra deres laboratorium i Storbritannien. Men så blev den britiske lockdown annonceret, betyder et skift til at arbejde fra hjemmekontoret for næsten alle.

"Da jeg forlod laboratoriet, Jeg greb et par bærbare computere og fire skærme, og bragte dem hjem. Jeg smed så min to-årige ud af hans vuggestue og satte alt op derinde, " siger Christopher. Og fra dette midlertidige kontrolcenter, når ESOC var vendt tilbage til arbejdet, han arbejdede eksternt sammen med resten af ​​SWA-teamet og skeletpersonalet i Darmstadt for at få instrumentet idriftsat.

"Vi var alvorligt i tvivl om, hvorvidt vi kunne arbejde sådan her, " siger Sylvain om processen generelt, "men vi tilpassede os og i sidste ende, det fungerede meget godt, fordi holdet alle kendte hinanden."

Klar til videnskab

De andre instrumenthold afsluttede også med succes deres idriftsættelse. "Dette er uden tvivl den første mission, hvis instrumenter blev fuldstændig bestilt fra folks hjem, siger David Berghmans, fra Royal Observatory of Belgium, Bruxelles, Belgien, og hovedefterforsker af Extreme Ultraviolet Imager (EUI).

Ikke nok med at arbejdet blev gjort, men de indhentede den tabte tid og formåede at fuldføre deres idriftsættelse på den oprindelige tidslinje. "Selv i en normal verden ville jeg være meget tilfreds med, hvor vi er nu, siger Daniel Müller, Solar Orbiter Project Scientist hos ESA, "Jeg havde aldrig forventet, at næsten alt ville fungere fejlfrit ud af boksen."

Det er vidnesbyrd om den ekspertise, som rumfartøjet blev lavet med af hovedentreprenøren Airbus DS (UK), og dets instrumenter blev lavet af de forskellige instrumenthold. Den 25. juni, Solar Orbiter Review Board godkendte denne præstation ved at erklære Mission Commissioning Results Review for vellykket.

For César García Marirrodriga, ESA's Solar Orbiters projektleder, det var et stort øjeblik, for med idriftsættelsen overstået, hans job er udført, og han overdrager rumfartøjet til missionens operationsleder. "Jeg er meget glad for at overdrage det, fordi jeg ved, at det går i den rigtige retning, siger César.

Og for Daniel, det er også et stort øjeblik, for nu er missionen klar til at udføre videnskab. "I disse fire måneder siden lanceringen, de 10 instrumenter ombord er blevet omhyggeligt kontrolleret og kalibreret et efter et, som at stemme individuelle musikinstrumenter. Og nu er det tid for dem at optræde sammen, " han siger.

Denne måneds 'remote-sensing checkout-vindue' fra 17. til 22. juni gav den første mulighed for at få alle instrumenterne til at spille sammen. Modtagelse af optagelserne fra rumfartøjet, som i øjeblikket er mere end 160 millioner kilometer væk, vil blive afsluttet i løbet af de næste par dage.

"Vi er meget begejstrede for denne første 'koncert'. For første gang, vi vil være i stand til at sammensætte billederne fra alle vores teleskoper og se, hvordan de tager komplementære data fra de forskellige dele af solen inklusive overfladen; den ydre atmosfære, eller corona; og den bredere heliosfære omkring den. Det er hvad missionen blev bygget til, " siger Daniel. Disse første lysbilleder vil blive frigivet til offentligheden i midten af ​​juli.

100 dages data

Andre instrumenter indsamler allerede data også. I tilfælde af magnetometer (MAG), denne blev først tændt blot en dag efter lanceringen. "Vi fik lige under 100 dages data gennem idriftsættelsesperioden, og det er vidunderlige data, " siger Helen O'Brien, fra Imperial College og MAGs chefingeniør.

MAG blev tændt tidligt, så det kunne tage aflæsninger, da det blev båret væk fra rumfartøjet, da dets bomarm blev indsat. "Instrumentet opførte sig smukt. Det var vidunderligt at se feltet forfalde, da vi bevægede os væk fra rumfartøjet, " siger Helen.

Disse data vil give holdet mulighed for at forstå det magnetiske felt, der genereres af rumfartøjet selv, så de nu kan fjerne det fra deres videnskabelige data for kun at lade det magnetiske felt blive båret ud i rummet væk fra solen. Og der er allerede masser af data. Holdet har allerede mere end to milliarder videnskabelige målinger at analysere. "Dataene er fremragende, virkelig, virkelig godt, så vi er meget glade, " siger Tim Horbury, Imperial College, Storbritannien, og hovedefterforsker for instrumentet.

Missionen fortsætter nu med kurs mod solen. Under denne krydstogtfase, rumfartøjets in-situ instrumenter vil indsamle videnskabelige data om miljøet omkring rumfartøjet, mens fjernmålingsinstrumenterne vil blive finjusteret af holdene som forberedelse til videnskabelige operationer tættere på solen. Krydstogtfasen varer indtil november 2021, hvorefter Solar Orbiter vil begynde den videnskabelige fase af sin mission.