ジュース・エース、カリストのフライバイ・テスト

ジュースは木星の引力で捕まえてもらうものの衛星の引力を使って周回軌道を傾けたり伸ばしたり縮めたりして最終的にはガニメデを周回する。以下、機械翻訳。

ジュース・エース、カリストのフライバイ・テスト
2024年 4月11日
ESA/有効化とサポート/オペレーション
どうしたの？
今から 7年後の 2031年 4月、ESA のジュース計画は木星の衛星カリストを通過し、科学者たちにクレーターのある神秘的な異星人の魅惑的な世界を垣間見ることになるでしょう。

それは遠い話のように思えるかもしれませんが、宇宙船運用の世界では、準備を始めるのに早すぎるということはありません。

ドイツにあるESAのESOCミッションオペレーションセンターのチームは最近、ミッションの自律航行ソフトウェアをテストするために、ジュースのエンジニアリングモデルを「だまして」、すでにカリストにあると思わせた。

なぜこれが必要だったのでしょうか?

カリストのジュース飛行（作者の感想）
ジュースがカリストに到着すると、地球と木星系の間で大きな通信遅延が発生するため、何か問題が発生した場合に管制官からの応答を待つ余裕はありません。

私たちはカリストが 2031年 4月にどこにあるかについてはよく知っていますが、ジュースの軌道がカリストの重力場を正確に正しい方法で通過し、高精度で完全に整列することを保証できるほど正確にはその位置を知りません。科学的な測定。

木星と地球の間でメッセージを送受信するのにかかる時間の間に、ジュースがリモートセンシング機器を向けている方向がコースから大きく外れ、科学が見逃され、主要なミッション目標が影響を受ける可能性があります。

ジュースの一部の機器は、測定を行うためにわずか 1 度以内でカリストの特定の領域に向ける必要があるため、ほんのわずかな不一致でも科学にとっては重大な問題となる可能性があります。

「ジュースが自らの『目』と『脳』で反応できるようにする必要がある」とジュース・フライト・オペレーション・ディレクターのイグナシオ・タンコ氏は言う。 「カリストがナビゲーションカメラの視野に現れるとき、月の表面の重要な特徴を識別し、自らを回転させて機器をそれらに向け、その後、通過する間も回転を続けてそれらを視界に留めることができる必要があります」 」

あなたは何をしましたか？
ESA のチームは、太陽系の新たなエキサイティングな目的地へ宇宙船を飛行させます。重要な活動の訓練を行い、何百万キロも離れた宇宙船で経験した問題の診断と解決を支援するために、彼らは地球上に残る唯一無二のレプリカを使用します。この「エンジニアリング モデル」は、深宇宙に送られるハードウェア、ソフトウェア、電気システム、機器の正確なコピーです。


ジュースエンジニアリングモデルがESAミッションコントロールに到着
Juice チームはエンジニアリング モデルを使用して、Jupiter システムで Juice を軌道に乗せ続ける自律航行ソフトウェアをテストしました。

彼らは、月の一連の画像を探査機のナビゲーションカメラの忠実なレプリカに投影し、それがどのように反応するかを確認することによって、月がカリストにあると信じ込ませました。

コンピューターモデルによって生成されたこれらの高解像度画像には、ジュースが 7 年後に到着したときにカリストが見るであろう正確な方向と位相でカリストが描かれていました。

「事前に画像を準備し、ナビゲーション カメラの前でビデオを再生するほど簡単ではありませんでした」と、この活動を監督した ESA 宇宙船運用エンジニアのジュリオ ピンザン氏は言います。

「ナビゲーション ソフトウェアはこれらの画像に反応する必要がありました。間違った角度でカリストに近づいたり、わずかに間違った方向を向いたりしていることに気付いた場合は、私たちの助けなしにこれらのエラーを修正しようと試みなければなりませんでした。」

「つまり、カリストの視点は宇宙船の動作にリアルタイムで反応する必要がありました。私たちは事実上、没入型仮想現実ヘッドセットをジュースのカメラに固定し、この仮想空間内で独立して動き回れるようにしました。」


ジュースの自律航法ソフトウェアのテストに使用された、木星の衛星カリストのコンピューター生成画像の 1 つ
どうだった？
ESAとジュースのメーカーであるエアバスのチームは、カリストのフライバイテストに3日間を割り当てた。宇宙船のオペレーター、科学者、機械、電気、ソフトウェアのエンジニアは皆、最終的にジュースが望みどおりに反応するクリーンなフライバイを達成するまで、問題に遭遇して解決するのに何日も費やすことを期待していました。

このテストをさらに困難なものにしているのは、宇宙船運用ツールキットの最も重要なツールの 1 つにアクセスできなかったことです。通常、このような複雑なテストを宇宙船の物理工学モデルで実行する前に、最初に物理部品を持たない完全にデジタル化された宇宙船のソフトウェア シミュレーターで実行されます。

ここでほとんどの問題が発生して解決されます。テストは、オペレータがすでに何が予想されるかを十分に理解している場合にのみ、物理エンジニアリング モデルで実行されます。


ジュリオ・ピンザンとジュース宇宙船工学模型
「しかし、このシナリオは非常に複雑なので、現時点では Juice ソフトウェア シミュレータでシミュレーションすることは不可能です」と Giulio Pinzan 氏は言います。 「私たちは完全に盲目状態でこのテストに臨みました。」

しかし、彼らの期待に反して、チームは初日の最初の試みで成功しました。ジュースのナビゲーション ソフトウェアは、カリストの正しい領域をロックオンし、計器をその領域に直接向け続け、厳しいフライバイを航行しながら正しい軌道を安全に維持しました。

「特にフライトダイナミクスチームを本当に賞賛しなければなりません」とジュリオ氏は言います。 「彼らの数学的計算は的中しており、通常はソフトウェア シミュレーターの実験で得られる経験が不足しているにも関わらず、私たちは最初の試行できれいなフライバイを通過することができました。本当にすごかったです。彼らは私たちさえも驚かせました。」

「エアバスチームはまた、テストに間に合うようにエンジニアリングモデルをセットアップするという素晴らしい仕事をし、同時に自律航行システムを正しく動作させるために必要なすべての詳細を私たちに提供してくれました。」

次は何が起こる？
カリストのフライバイは、ジュースが直面する最も要求の厳しいシナリオの 1 つであり、エンジニアリング モデルを設定して実行するのが最も難しいシナリオの 1 つです。

このモデルは2月にフランスのエアバスからドイツのESOCに輸送された。この最終テストが無事に完了したことにより、完全にセットアップされ、ESA チームはその使用方法について十分なトレーニングを受け、正式に引き渡されました。

ジュース チームは今後、宇宙で同様のテストを実施することで、飛行モデルが工学モデルとまったく同じように動作することを確認する必要があります。しかし、ジュースのナビゲーションカメラで大型天体を追跡できる唯一の機会は、その惑星の接近中に訪れることになる。

今年 8月に予定されている月と地球の重力補助は、このテストのオプションではありません。この二重飛行中、ジュースは月と地球を飛び越えて 24時間以内に、両方の天体からエネルギーを連続して盗み出します。これはこれまでに試みられたことのない非常に繊細な操作であり、あらゆる異常に即座に対応できるよう全員が準備を整えておく必要があります。

X の @esaoperations と @ESA_Juiceに注目して、 4月14日頃の Juice の打ち上げ記念日のお祝いや、2024年 8月にヨーロッパの木星ミッションが一時的に地球に帰還する際の最新情報をお知らせします。

Juice’s flyby of Earth-Moon system
2024年 8月の月と地球の初の二重フライバイによって、ジュースの軌道がどのように変化するかをご覧ください。