Алан Стерн - За новыми горизонтами. Первый полет к Плутону

Расчеты показали, что для того, чтобы работать при пролете на таком расстоянии — чтобы все цели находились точно в центре фотографий, — космический аппарат должен был прибыть во временно́м промежутке не более девяти минут от назначенного времени и сделать это после путешествия в течение 9,5 года. Это то же самое, что для самолета, пролетевшего через всю страну от Лос-Анджелеса до Нью-Йорка, приземлиться с погрешностью не более четырех миллисекунд от запланированного времени! Также «Новые горизонты» должны были добраться до контрольной точки около Плутона, отклонившись от курса не более чем на 96 км, преодолев 4,8 млрд км от Земли. Протяженность линий метрополитена в Вашингтоне составляет примерно 96 км, а космический аппарат должен был попасть в эту цель, проделав весь путь от Земли до Плутона. Это равносильно тому, чтобы запустить мяч для гольфа из Лос-Анджелеса в Нью-Йорк и при этом попасть в цель размером с суповую миску. Задача была нелегкая.

Чтобы начать планирование многомесячного пролета, встреча с Плутоном была разбита на несколько этапов. Пролет должен был начаться в январе 2015 г., за шесть месяцев и почти 320 млн км от Плутона. Этот этап был обозначен как «Фаза сближения 1» (Approach Phase, AP1). Главной его целью был сбор навигационной информации, чтобы нацелиться на Плутон, но также этап включал в себя измерения обстановки на орбите Плутона с использованием детекторов плазмы SWAP и PEPSSI и детектора пыли SDC. На таком большом расстоянии Плутон все еще оставался точкой. С началом «Фазы сближения 2» (Approach Phase 2, AP2) в апреле 2015 г. расстояние до Плутона должно было сократиться наполовину по сравнению с началом первого этапа. Поэтому помимо выполнения предыдущих заданий с этого момента космический аппарат уже мог разглядеть Плутон так же, как его видел с Земли космический телескоп «Хаббл». Теперь фотографии становились значительно лучше с каждой последующей неделей, поэтому первые ценные для науки наблюдения Плутона планировались на AP2.

Этап AP3 должен был начаться гораздо ближе к Плутону, в середине июня. Он продолжался всего три недели, но предусматривал тщательное фотографирование Плутона и его спутников, обращающихся вокруг планеты, а также первые наблюдения для определения химического состава Плутона и Харона и интенсивный поиск новых спутников и даже колец. После AP3 начиналось так называемое ядро (или основная часть) программы, за семь дней до максимального сближения. Этот этап продолжался еще два дня после подхода на кратчайшее расстояние. За ним следовало три фазы расхождения (Departure Phases, DP), которые должны были продолжаться до октября 2015 г.

Три фазы сближения, три фазы расхождения и основная часть пролета должны были планироваться отдельно и с разным уровнем строгости. Ближайшие к Плутону этапы следовало подготовить намного раньше, чтобы провести больше тестов, что отражало их огромную важность для общего научного результата.

Каждый из этапов пролета, в свою очередь, разбивался на некоторое количество последовательностей, каждая из которых состоит из тысяч машинных команд, необходимых, чтобы управлять космическим аппаратом, направлять его на различные цели в системе Плутона, осуществлять работу приборов и сохранять каждый блок данных. Но прежде чем программировать эти последовательности команд, группа PEP разработала более сотни методов проведения измерений, чтобы выполнить все научные цели пролета. В каждом методе содержалась информация о том, куда нацеливается аппарат, какой прибор и с какими настройками используется, на каком расстоянии от цели, на каком накопителе данных будут сохраняться результаты, и так далее. На каждый метод назначался «куратор» — разбирающийся в данном вопросе эксперт из научной команды, ответственный за разработку. Алан настаивал на том, чтобы после разработки каждый метод тщательно проверялся командой PEP для выявления слабых мест и возможности улучшения.

Главный этап встречи с Плутоном должен был состояться, когда одновременно будут проходить и сам пролет, и максимальное сближение с планетой и всеми ее пятью спутниками. На время этой девятидневной бортовой деятельности на космический аппарат устанавливалось особое программное обеспечение под названием «Режим встречи», которое должно было предотвратить ситуацию, когда из-за проблем на борту аппарат может расстроить встречу с долгожданной целью, прекратив всю деятельность и передав на Землю сигнал о помощи. Если бы у разработчиков космических аппаратов было больше склонности к озорству, они могли бы назвать «Режим встречи» режимом «Не беспокоить!» или «Не трогай меня, я занят!».

В обычном полете, когда космический аппарат обнаруживает проблему на борту, подобную перезагрузке компьютера, описанной в главе 10, его программное обеспечение автономного полета разработано так, чтобы расставить приоритеты, устранить немедленную опасность (например, закрыть топливные клапаны, если обнаружена утечка топлива), сообщить о проблеме на Землю, а затем перейти в безопасный режим, остановив всю дальнейшую деятельность, пока из ЦУПа «Новым горизонтам» не поступят новые инструкции. Такие ответные действия разработаны для того, чтобы не позволить космическому аппарату усугубить возникшие проблемы до того, как инженеры на Земле проанализируют их и выработают полноценное решение. Но во время максимального сближения с Плутоном этот процесс был бы контрпродуктивным, потому что, если аппарат прекратит работу, пока не придет помощь — а на таком расстоянии до Земли это займет как минимум половину суток, — будет потеряно огромное количество научных наблюдений, которые невозможно восстановить или заменить. Поэтому «Режим встречи» был разработан для того, чтобы в течение самого значительного периода экспедиции — у Плутона — решать проблемы иным способом. В этом режиме космический аппарат по-прежнему оценивал проблему, но затем просто переходил к следующему пункту в расписании, продолжая выполнять план наблюдений. Логика «Режима встречи» основывалась на том, что, находясь у Плутона, следует отдать приоритет сбору данных, а не останавливаться и ждать помощи с Земли, даже если у автоматической станции возникают какие-то проблемы. Переход в «Режим встречи» планировался со времени подачи предложения на конкурс, но никогда не реализовывался на практике. После того как началось планирование пролета, пришло время Крису Херсману и его команде разработать и создать программное обеспечение «Режима встречи».

Примерно в то же время началась и подробная разработка научного сценария пролета. Планировалось почти 500 наблюдений, при которых задействовали все семь научных приборов, имеющихся на борту космического аппарата. При этом предстояло решить около 20 отдельных сложных научных задач, поставленных командой «Новых горизонтов» и NASA. Эти задачи включали картографирование Плутона, фотографирование всех его спутников, измерение свойств атмосферы планеты, поиск спутников и колец, измерение температуры Плутона и его спутников и многое другое. Каждое из этих 500 наблюдений должно было быть не только отдельно разработано, а затем преобразовано в последовательность машинных команд (включи этот прибор, выбери этот режим, нацель в этом направлении, сохрани данные и т. д.), но и тщательно проверено на симуляторе управления «Новыми горизонтами» (New Horizons Operations Simulator, NHOPS) — точной копии космического аппарата и его научных приборов, размещенной в Лаборатории прикладной физики.