Nach dem erfolgreichen Start der NASA-Raumsonde Lucy am 16. Oktober 2021 drängte sich eine Gruppe von Ingenieuren um einen langen Konferenztisch in Titusville, Florida. Lucy war nur wenige Stunden nach ihrem 12-jährigen Flug, aber eine unerwartete Herausforderung war für die allererste Trojaner-Asteroiden-Mission aufgetaucht.
Die Daten zeigten, dass eine von Lucys Solaranlagen, die die Systeme des Raumfahrzeugs mit Strom versorgte – die sich wie ein Handfächer entfalten sollte – sich nicht vollständig geöffnet und verriegelt hatte, und das Team überlegte, was als nächstes zu tun sei.
Teams von NASA- und Lucy-Missionspartnern kamen schnell zusammen, um Fehler zu beheben. Am Telefon waren Teammitglieder im Mission Support Area von Lockheed Martin außerhalb von Denver, die in direktem Kontakt mit dem Raumschiff standen.
Das Gespräch war ruhig, aber intensiv. An einem Ende des Raums saß ein Ingenieur mit gerunzelter Stirn und faltete und entfaltete einen Pappteller auf die gleiche Weise, wie Lucys riesige kreisförmige Solaranlagen funktionieren.
Bildnachweis: Goddard Space Flight Center der NASA
Es gab so viele Fragen. Was ist passiert? War das Array überhaupt geöffnet? Gab es eine Möglichkeit, es zu beheben? Wäre Lucy in der Lage, die für ihre wissenschaftliche Mission erforderlichen Manöver ohne ein vollständig eingesetztes Array sicher durchzuführen?
Da Lucy bereits auf dem Weg durch den Weltraum war, stand viel auf dem Spiel.
Innerhalb weniger Stunden stellte die NASA Lucys Team zur Reaktion auf Anomalien zusammen, das sich aus Mitgliedern des von der Wissenschaftsmission geleiteten Southwest Research Institute (SwRI) in Austin, Texas, zusammensetzte; Missionsbetrieb leitet das Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland; Raumfahrzeugbauer Lockheed Martin; und Northrop Grumman in San Diego, Designer und Erbauer von Solaranlagen.
„Dies ist ein talentiertes Team, das sich fest dem Erfolg von Lucy verschrieben hat“, sagte Donya Douglas-Bradshaw, ehemalige Lucy-Projektmanagerin von NASA Goddard. „Sie haben die gleiche Entschlossenheit und Hingabe, die uns während einer einmaligen Pandemie zu einem erfolgreichen Start verholfen haben.“
Vereint in ihrem Streben sicherzustellen, dass Lucy ihr volles Potenzial ausschöpfen würde, begann das Team mit einem umfassenden Tiefgang, um die Ursache des Problems zu ermitteln und den besten Weg nach vorne zu finden.
Da das Raumschiff ansonsten vollkommen gesund war, überstürzte das Team nichts.
„Wir haben ein unglaublich talentiertes Team, aber es war wichtig, ihnen Zeit zu geben, um herauszufinden, was passiert ist und wie sie weitermachen können“, sagte Hal Levison, Lucys leitender Ermittler vom SwRI. „Glücklicherweise war das Raumschiff dort, wo es sein sollte, nominell funktionsfähig und – am wichtigsten – sicher. Wir hatten Zeit.“
Während vieler langer Tage und Nächte konzentriert blieb das Team und arbeitete Optionen durch. Um die Konfiguration der Solaranlage von Lucy in Echtzeit zu bewerten, feuerte das Team Triebwerke auf das Raumschiff ab und sammelte Daten darüber, wie diese Kräfte die Solaranlage zum Schwingen brachten. Als Nächstes speisten sie die Daten in ein detailliertes Modell der Motorbaugruppe des Arrays ein, um abzuleiten, wie starr Lucys Array war – was dazu beitrug, die Ursache des Problems aufzudecken.
Endlich kamen sie der eigentlichen Ursache auf den Grund: Ein Seil, das dazu bestimmt war, Lucys massive Solaranlage zu öffnen, war wahrscheinlich an seiner spulenartigen Spule verknotet.
Nach Monaten des weiteren Brainstormings und Testens entschied sich Lucys Team für zwei mögliche Wege in die Zukunft.
In einem Fall würden sie stärker an der Leine ziehen, indem sie den Reservemotor des Arrays gleichzeitig mit dem Primärmotor laufen lassen. Die Leistung von zwei Motoren sollte ermöglichen, dass sich das verklemmte Verbindungsmittel weiter einwickelt und den Verriegelungsmechanismus des Arrays einrastet. Obwohl beide Motoren ursprünglich nie für den gleichzeitigen Betrieb vorgesehen waren, verwendete das Team Modelle, um sicherzustellen, dass das Konzept funktioniert.
Die zweite Option: Verwenden Sie das Array so, wie es war – fast vollständig bereitgestellt und mit mehr als 90 % der erwarteten Leistung.
„Jeder Pfad war mit einem gewissen Risiko verbunden, um die grundlegenden wissenschaftlichen Ziele zu erreichen“, sagte Barry Noakes, Chefingenieur für die Erforschung des Weltraums bei Lockheed Martin. „Ein großer Teil unserer Bemühungen bestand darin, proaktive Maßnahmen zu identifizieren, die das Risiko in beiden Szenarien mindern.“
Das Team entwarf und testete mögliche Ergebnisse für beide Optionen. Sie analysierten Stunden des Testmaterials des Arrays, konstruierten eine bodengestützte Nachbildung der Motorbaugruppe des Arrays und testeten die Nachbildung über ihre Grenzen hinaus, um die Risiken weiterer Einsatzversuche besser zu verstehen. Sie entwickelten auch eine spezielle High-Fidelity-Software, um Lucy im Weltraum zu simulieren und mögliche Auswirkungen abzuschätzen, die ein Umsetzversuch auf das Raumschiff haben könnte.
„Die Kooperation und Teamarbeit mit den Missionspartnern war phänomenal“, sagte Frank Bernas, Vice President, Space Components and Strategic Businesses bei Northrop Grumman.
Nach monatelangen Simulationen und Tests entschied sich die NASA, mit der ersten Option fortzufahren – einem mehrstufigen Versuch, die Solaranlage vollständig neu einzusetzen. Bei sieben Gelegenheiten im Mai und Juni befahl das Team der Raumsonde, gleichzeitig die Primär- und Backup-Solarfeld-Einsatzmotoren laufen zu lassen. Die Anstrengung war erfolgreich, das Seil wurde eingezogen und das Array weiter geöffnet und gespannt.
Die Mission schätzt nun, dass Lucys Solaranlage zwischen 353 Grad und 357 Grad geöffnet ist (von insgesamt 360 Grad für eine vollständig entfaltete Anlage). Obwohl das Array nicht vollständig verriegelt ist, steht es unter wesentlich mehr Spannung, wodurch es stabil genug ist, damit das Raumfahrzeug wie für Missionsoperationen benötigt betrieben werden kann.
Das Raumschiff ist nun bereit und in der Lage, den nächsten großen Missionsmeilenstein zu vollenden – eine Erdgravitationsunterstützung im Oktober 2022. Lucy soll 2025 ihr erstes Asteroidenziel erreichen.