Como a missão da NASA em Plutão quase desapareceu

A história não pública da sonda New Horizons

Na manhã de sábado, 4 de julho de 2015, Alan Stern, chefe da Missão de Exploração de Plutão da NASA, New Horizons, estava trabalhando em seu escritório, próximo ao centro de controle de missões, quando seu telefone tocou. Ele estava ciente da celebração do Dia da Independência , mas estava muito mais interessado no fato de que naquele dia a marca "10 dias antes da aproximação com Plutão" foi atingida. A sonda New Horizons, que tem sido o tema principal de sua carreira nos últimos 14 anos, estava a apenas 10 dias de seu objetivo - encontrar o mais distante dos planetas [anões] estudados.

Alan naquele dia estava imerso no trabalho, preparando-se para a reaproximação. Ele já estava acostumado com o fato de que durante a última fase da missão ele não conseguia dormir o suficiente, mas naquele dia ele acordou no meio da noite e partiu para o centro de operações da missão (JTC) para baixar um conjunto grande e muito importante de instruções de computador que controlarão a espaçonave durante a reaproximação. Esse conjunto de comandos foi o resultado de dez anos de trabalho duro e, naquela manhã, ele foi enviado pelas ondas de rádio à velocidade da luz, capturando New Horizons quando o navio se aproximou de Plutão.


Alice Bowman, Gerente de Operações da Missão, ou OIM, no trabalho. No trabalho, todos a chamam de IOM. mãe - mãe / aprox. transl.] ou OTSM. A foto foi tirada no momento do último despertar do navio do estado de hibernação em 6 de dezembro de 2014. Bowman disse: "Aparentemente, perguntei sobre alterações na configuração ou sobre telemetria, o que observei nos monitores".

Alan olhou para o telefone tocando e ficou surpreso por ter sido chamado por Glen Fountain, que trabalhava para o gerente de projeto da New Horizons há algum tempo. Um calafrio percorreu suas costas quando ele sabia que Glen estava de férias agora, descansando em sua casa nas proximidades, antes da última e mais intensa fase da missão, a reaproximação. Por que Glen precisava ligar para ele?

Alan atendeu o telefone. "Glen, o que aconteceu?" "Perdemos contato com o navio." Alan respondeu: "Vejo você em cinco minutos no JTC". Ele desligou e sentou à mesa por vários segundos em choque, balançando a cabeça em descrença. Nenhuma nave espacial deve repentinamente perder o contato com a Terra. Isso nunca aconteceu com os Novos Horizontes antes, nos nove anos de vôo da Terra para Plutão. Como isso pode acontecer agora, apenas 10 dias antes de Plutão?

* * *

Nos nove longos anos de viagem ao nono planeta, a comunicação por rádio com o New Horizons foi um cabo que salvou vidas, permitindo que a equipe se comunicasse com a nave, controlasse-a, recebesse seu status e dados de suas observações. Quanto mais o navio chegava à periferia do Sistema Solar, mais demoravam os atrasos e o tempo de conexão aumentava até o intervalo de nove horas necessário para o sinal de rádio ir e voltar, movendo-se à velocidade da luz.

Para manter contato, a New Horizons, como todas as naves espaciais nas fronteiras mais distantes, conta com o milagre pouco conhecido e desconhecido de explorar planetas: a Deep Space Network (DSN) da NASA. Este é um trio de antenas parabólicas gigantes localizadas em Goldstone (Califórnia), Madri (Espanha) e Canberra (Austrália). Sem pausas, eles transmitem um ao outro as responsabilidades de transmitir mensagens durante a rotação da Terra em torno de seu eixo. Essas três estações estão tão distribuídas no planeta que, independentemente da localização da nave no espaço profundo, pelo menos uma dessas antenas pode ser enviada a qualquer momento.

Mas, naquele momento, a DSN perdeu o contato com um de seus ativos mais valiosos, a New Horizons.

Se fosse um aparelho em órbita ou um veículo todo-o-terreno, localizado com segurança na superfície de um planeta alienígena, a equipe poderia analisar lentamente o problema, elaborar recomendações e tentar várias opções de ação. Mas a missão "New Horizons" era abordar o corpo celeste. O navio correu para Plutão a uma velocidade de 1,2 milhão de quilômetros por dia, ou mais de 50.000 km por hora. Ele voltará à condição de trabalho ou não - em qualquer caso, ele passará pelo planeta em 14 de julho e nunca mais voltará para lá. Era impossível parar o navio e lidar com o problema. Havia apenas uma chance de obter informações sobre Plutão - o navio não tinha seguro, uma segunda chance, uma maneira de adiar uma data com um planeta anão.

* * *

Pouco antes disso, no dia 4 de julho, Alice Bowman, uma líder de missão extremamente competente e de sangue frio, veterana com 14 anos de experiência como gerente de operações de missão (daí o apelido IOM), estava no JMC com um pequeno número de trabalhadores operacionais, aguardando um relatório com " New Horizons ”, que deveria ter sido uma referência ao recebimento e instalação bem-sucedidos de novas instruções. Após essa longa lista de tripulações, o navio deveria fazer centenas de observações científicas ao longo de nove dias, quando estava mais próximo de Plutão. Essa lista de comandos cuidadosamente testada era central para toda a missão, e sua transmissão e execução bem-sucedida tinham que controlar todas as rotações e movimentos da nave, cada registro de informações na memória, cada transmissão de dados para a Terra, cada imagem de câmera e assim por diante.

Por volta de uma hora da tarde, bem na hora, os primeiros sinais começaram a chegar, confirmando o recebimento da lista de comandos. Alice:

Tudo correu bem, até 13:55. De repente, perdemos completamente o contato com o navio. O silêncio. Nada. A comunicação é perdida e não é retornada.

Em nove em cada dez casos, quando o sinal é perdido, o problema está na estação terrestre - algo não está configurado ou algo assim. Como esse download foi muito importante, mantivemos todos os engenheiros e operadores on-line em contato, e os chamamos de acrônimo NOPE [Network OPerations Engineers]. E também temos Asu de Plutão - esses são os controladores do nosso centro de operações. Por isso, pedimos às Plutão Ases que pedissem aos NOPEs que trabalhavam na Austrália para verificar a configuração do sistema. E, de acordo com os resultados de todas as verificações com o sistema em terra, tudo ficou dentro da faixa normal.

E isso significava que o problema não estava na Terra - nem em Maryland, onde Alice e sua equipe Asov Plutão se reuniram, não na Austrália, onde todo o NOPE se reuniu na estação de comunicações espaciais de Canberra, que recebeu o sinal da New Horizons. A perda de sinal significava um problema com o próprio navio.

A perda de sinal é um dos problemas mais frustrantes que uma equipe de controle de missão pode encontrar. Significa a perda de conexão com a Terra. Mas isso não é o pior. Afinal, a ocorrência de um problema desse tipo pode significar que ocorreu uma falha catastrófica na espaçonave. Alice sentiu uma pontada de um medo anteriormente desconhecido:

Você conhece a sensação no estômago quando algo acontece e não consegue acreditar? Nove anos e meio se passaram desde o início de nossa jornada, e eu não podia acreditar no que havia acontecido - nunca perdemos o contato. Por 5 a 10 segundos, você pode sentir medo e desconfiança, mas tudo o que aprendemos durante o treinamento é ativado.

O New Horizons ainda estava a milhões de quilômetros de Plutão, e quaisquer perigos que isso pudesse representar. As chances de colidir com um corpo no espaço interplanetário eram absurdamente pequenas. No entanto, toda a equipe teve um pensamento terrível: poderia ser uma colisão com alguma coisa?

* * *

A equipe recebeu a telemetria do navio antes que ele se calasse, e Chris Hersman (chefe da equipe de engenharia do navio), junto com seus engenheiros, que continuavam chegando ao centro, já havia desenvolvido algumas idéias de trabalho. Eles descobriram rapidamente que, pouco antes do momento em que a conexão foi interrompida, o computador principal do navio estava executando dois programas ao mesmo tempo e ambos eram bastante exigentes com o equipamento. Uma das tarefas era compactar 63 imagens de Plutão obtidas anteriormente, para liberar espaço de memória para novas imagens que precisavam ser obtidas durante a convergência. Ao mesmo tempo, o computador recebeu uma atualização da Terra e a armazenou na memória. O computador pode estar sobrecarregado com essas tarefas computacionais e reiniciar?

Essa era a teoria de Brian Bauer. Ele era um engenheiro de sistemas para trabalho autônomo, programando o procedimento de recuperação que o navio precisava executar em tal situação. Brian disse a Alice: "Se isso foi o que aconteceu, o navio será reiniciado usando o computador auxiliar e, após 60 a 90 minutos, receberemos um sinal de que está funcionando no computador auxiliar".

Alguém descreveu a Primeira Guerra Mundial como "meses de tédio, entremeados por momentos de horror". O mesmo poderia ser dito das missões espaciais de longo prazo. Foi uma longa e assustadora hora passada esperando e esperando receber um sinal de um navio. Engenheiros, Asa, assim como Alice, Glen e Alan estão esperando todos esses longos minutos, preparando planos para o caso de a hipótese de Brian estar errada. Mas, é claro, depois de 90 minutos, um sinal veio do navio de que ele havia mudado para o computador auxiliar.

A comunicação foi restabelecida e o medo da catástrofe da perda do navio evaporou-se. Mas a crise não terminou aí - ele acabou de entrar em uma nova fase.

A JMC e as salas adjacentes foram rapidamente preenchidas com engenheiros, membros da equipe de gerenciamento de vôo e outras pessoas envolvidas no projeto, interrompendo seus fins de semana para vir e ajudar o projeto. As pessoas chegaram, vestidas com shorts e chinelos, com roupas de piquenique - deixaram tudo e correram para chegar ao centro.

Recebendo cada vez mais dados telemétricos de seus pássaros, eles descobriram que todos os arquivos com uma lista de comandos a serem executados durante o encontro, que foram baixados para o computador principal, foram apagados no momento em que a nave reiniciou do auxiliar. Isso significava que toda a sequência de comandos enviados naquela manhã tinha que ser enviada novamente. Para piorar a situação, foi necessário reenviar muitos arquivos auxiliares necessários para executar a lista principal de comandos, alguns dos quais foram enviados para o navio em dezembro. Alice lembra: “Nunca tivemos que nos recuperar de tal anomalia. A questão era: teremos tempo suficiente para iniciar o processo de aproximação, que deveria começar em 7 de julho? ”


Na sala de dados, esse tipo podia ser observado toda vez que novas imagens de Plutão eram recebidas

Isso significava que a equipe tinha apenas três dias para coletar Humpty Dumpty, e isso tinha que ser feito a uma distância de 5 bilhões de quilômetros. Se não tivessem sucesso, todos os dias perderiam dezenas de oportunidades para observar Plutão de perto, o que fazia parte de planos cuidadosamente planejados. A equipe inesperadamente se viu em uma situação em que em três dias era necessário restaurar tudo o que eles passaram anos planejando e meses de downloads.

O processo de retorno do navio à condição de trabalho após qualquer anomalia é baseado em reuniões formais dos Comitês de Revisão de Anomalias (ARB). Logo após 16 horas, apenas 45 minutos após a restauração da conexão com o navio, a primeira reunião da comissão ocorreu na sala de reuniões, adjacente ao JMC.

Nesta reunião introdutória, os membros da equipe precisaram avaliar o que aconteceu, entender como restaurar o plano de aproximação e como garantir que durante o processo de recuperação eles não fizessem nada que pudesse levar a outro problema. A maneira como eles foram descartados devido à inicialização do computador secundário foi impressionante. Eles rapidamente perceberam que precisariam reproduzir várias semanas de trabalho em apenas três dias para iniciar o processo de reaproximação em 7 de julho. E tudo isso tinha que ser feito sem um único erro.

Para piorar a situação, cada comando tinha que ser executado remotamente, sob condições em que o sinal para ir e voltar levaria nove horas. A escola fala sobre a alta velocidade da luz, sobre como um sinal nessa velocidade pode girar em torno da Terra em um oitavo de segundo e voar para a Lua e voltar em apenas dois segundos e meio. Mas para a equipe da New Horizons, que estava tentando restaurar a nave para trabalhar quando se aproximava de Plutão, a enorme distância da Terra à nave fazia a velocidade da luz dolorosamente lenta.

* * *

As pessoas que se reuniram na reunião da comissão sabiam que, diante de toda essa atenção da mídia, o mundo inteiro logo descobriria que os New Horizons haviam tropeçado quase no final de sua jornada. Em apenas 10 dias, a espaçonave voará através do sistema de Plutão - nada pode parar a mecânica celeste - mas se coletar todas as informações pelas quais percorreu um caminho de quase dez anos, essa é uma questão completamente diferente.

Alan e Glen abriram a reunião, disseram aos participantes que nunca haviam visto uma equipe melhor do que a que trabalhava no New Horizons e que, se alguma equipe pudesse restaurar seu trabalho, essas eram as pessoas que se reuniram na sala. Então Alice tomou a palavra e começou a desenvolver um plano de recuperação.

Ela imediatamente esclareceu com Alan exatamente quais observações científicas seriam perdidas naquele dia e nos próximos três dias antes que a sequência de comandos para a aproximação fosse lançada em 7 de julho. Ela precisava entender se o líder da equipe considerava necessário tentar restaurar essas observações, além de reconfigurar a nave e baixar todos os arquivos e comandos necessários para o procedimento de reaproximação. Alan:

Não discuti esse assunto com os cientistas de nossa equipe que estavam na sala. Eu nem disse uma palavra à minha principal especialista em planejamento de reaproximações, Leslie. Eu sabia que Alice precisava de uma direção clara do trabalho, sem ambiguidades, e que eles precisassem se concentrar no evento principal, e não nas observações preliminares que perdemos devido ao tempo de inatividade do dispositivo após uma reinicialização. Eu disse a Alice que eles não deveriam se distrair com nada além de retornar o dispositivo à condição de trabalho e iniciar o procedimento de reaproximação.

Alice recebeu suas instruções. Seu único trabalho era salvar a sequência principal de comandos para a aproximação, todo o resto poderia ser sacrificado. Mas isso poderia ser feito a tempo?

Alice e a equipe rapidamente, mas com cuidado, elaboraram um plano de recuperação. Nos três dias seguintes, eles precisaram desenvolver procedimentos que retornassem a espaçonave para o trabalho a partir do computador principal, reenviem todos os comandos perdidos e arquivos auxiliares da lista principal de comandos e verifique tudo isso no simulador de navio NHOPS (New Horizons Operations Simulator) antes de imediatamente implementação para garantir que cada ação funcione pela primeira vez - não há espaço para ações repetidas. Eles sabiam que o lançamento da lista principal de equipes estava agendado para o meio dia de 7 de julho. Portanto, a equipe de Alice calculou o tempo restante até esse ponto e o dividiu em segmentos de nove horas, o tempo que o sinal viaja para frente e para trás. Em nove horas, foi possível enviar cada conjunto de procedimentos para o navio e receber a confirmação de que eles foram concluídos com sucesso. Considerando tudo o que precisava ser feito aqui na Terra, eles descobriram que teriam tempo para realizar apenas três desses ciclos de comunicação antes que a lista principal de equipes começasse na tarde de 7 de julho.

Nesse sentido, a recuperação teve que ser dividida em três etapas. Primeiro, a equipe deve comandar o navio para restaurar o modo de comunicação normal em vez de emergência. Isso aumentará a velocidade da comunicação em 100 vezes e permitirá concluir todas as outras ações dentro do prazo. Eles estimaram que somente com isso, o primeiro passo levará meio dia para programar esse procedimento, testá-lo, enviá-lo ao navio e receber a confirmação de um lançamento bem-sucedido. Assinale-lo.

Em seguida, o comando comandará o navio para reiniciar a partir do computador principal. Isso foi necessário para executar a lista principal de procedimentos durante a aproximação. Durante o voo, eles nunca tiveram que fazer essa reinicialização. Portanto, para isso, foi necessário desenvolver um procedimento, programá-lo, verificar o NHOPS e, em seguida, estudar cuidadosamente os resultados do teste antes de enviá-lo ao navio. Por fim, a equipe precisará restaurar metodicamente todos os arquivos auxiliares e executar o programa de reaproximação. O desenvolvimento desse plano foi concluído apenas à meia-noite e não havia tempo a perder - quase 10 horas se passaram desde a perda do sinal. Assinale-lo.

A equipe de Alice, trabalhando em estreita colaboração com a equipe de gerenciamento de sistemas de navios liderada por Chris Hersman, escreveu, verificou e enviou o primeiro conjunto de equipes cerca de 12 horas depois de recuperar o contato com o navio por volta das 15h15. July.

Nove horas depois, na tarde do quinto dia, o JMC recebeu a confirmação da restauração do modo de comunicação normal! No entanto, naquela época, já havia passado um dia, e o navio percorreu uma distância de um milhão e meio de quilômetros, aproximando-se de seu objetivo, Plutão. A primeira etapa de recuperação foi concluída, mas apenas dois dias restaram antes do lançamento da lista de comandos principal. Assinale-lo.

* * *

A equipe da New Horizons organizou seu trabalho e sua vida útil pelos próximos dias, de modo a caber em ciclos de comunicação de nove horas com a sonda.Eles trabalharam com um número muito pequeno de horas de sono e com uma quantidade muito grande de adrenalina. Eles trabalharam juntos por mais de dez anos e enfrentaram problemas com a espaçonave mesmo antes disso, mas nunca antes tiveram problemas de magnitude e preço de erro. Ela exigiu uma presença 24 horas no centro de controle, e a equipe forneceu tudo o necessário para isso.

Glen lembra: “A equipe simplesmente fez o que era necessário. "Comecei a procurar onde as pessoas podiam dormir, algo mais confortável do que o chão do escritório." Alice lembra: “Encontramos beliches, cobertores e travesseiros e alguém arrastou colchões de ar. Eles não eram suficientes, então os usamos por sua vez. " Alan:

Foi imperdível. Sem uma única reclamação, as pessoas trabalhavam dia e noite - sem trocar de roupa, sem a disponibilidade de lugares para dormir ou tomar um banho confortável, em alguns casos por quatro dias seguidos. Algumas pessoas dormiam nas mesas. Alguns dormiam duas a três horas por dia. Não havia tempo para jantar na cafeteria. Algumas pessoas estavam envolvidas apenas na entrega de alimentos e na alimentação do resto.

Para garantir a operação correta de todas as etapas adotadas, era simplesmente necessário verificar cada procedimento quanto ao NHOPS. Como esse sistema emulava perfeitamente uma espaçonave, era possível verificar todas as equipes, encontrar erros, para finalmente garantir que todos os comandos enviados ao navio não contivessem erros.

Descobriu-se que durante o trabalho de restauração a situação foi salva por uma decisão tomada há muitos anos. Alan, de alguma forma, preocupou-se com o fato de a equipe não possuir uma cópia de segurança do NHOPS, que deu a tarefa de elaborar seu estudo. E no fim de semana de 4 de julho, descobriu-se que simplesmente não haveria tempo suficiente para verificar todos os novos procedimentos em um único simulador. Portanto, o segundo NHOPS foi usado como subestudo, graças ao qual o número de execuções de teste foi duplicado. Se não houvesse um segundo simulador, toda a restauração levaria vários dias mais e uma enorme quantidade de dados científicos únicos seria perdida para sempre.

A etapa intermediária de remover o New Horizons do modo de segurança e mudar para o computador de vôo principal usando os procedimentos testados nos NHOPS-1 e NHOPS-2 foi bem-sucedida, o que foi confirmado por telemetria enviada pelo navio em 6 de julho.

Depois disso, o navio precisou ser configurado da mesma maneira que antes da tentativa de baixar um conjunto de comandos para funcionar durante a convergência em 4 de julho e, como última etapa, envie todos esses comandos novamente, juntamente com dezenas de arquivos auxiliares perdidos quando o computador foi reiniciado. Para todas essas etapas, para testá-las em simuladores, para várias reuniões da comissão de anomalias, onde cada etapa foi planejada e aprovada, foi realizada em 6 de julho.

E, de alguma forma, na manhã de 7 de julho, todo o trabalho de restauração foi concluído. Exausta até o limite, a equipe conseguiu retornar a espaçonave ao modo de trabalho e prepará-la para a reaproximação. Eles terminaram com apenas quatro horas restantes antes que a equipe tivesse que começar a lista.

* * *

Que dados científicos foram perdidos devido à anomalia e recuperação de 4 de julho? Ao salvar a situação, Alice e a equipe seguiram rigorosamente as instruções de Alan para "fazer todo o possível" para salvar a lista principal de equipes. Como resultado, eles arruinaram todas as observações que poderiam ocorrer dentro de três dias, que foram levadas a obras de restauração, uma vez que era completamente impossível planejá-las novamente e, ao mesmo tempo, tirando o navio do modo de segurança e preparando-o para iniciar o procedimento de reaproximação.

No entanto, a equipe de Alice conseguiu salvar 63 imagens que o computador estava compactando no momento da anomalia. Essas imagens precisavam ser compactadas para serem armazenadas na memória e maiores, não processadas, excluídas, para que mais memória fosse deixada na memória para dados sobre convergência. Durante as operações de recuperação, a equipe de Alice descobriu uma janela desocupada na operação do navio e conseguiu alterar a programação de compactação de imagem, salvando cada uma das 63 fotos de valor inestimável.

Mas e todas as observações que deveriam ser feitas ao se aproximar do planeta, mas não aconteceram devido ao trabalho de restauração? Alan entregou a tarefa ao planejador-chefe do processo de convergência, Leslie Young, para formar uma equipe de especialistas em casos especialmente difíceis e considerar essa situação. Leslie e sua equipe exploraram cada uma das oportunidades perdidas de observação e seu impacto na resposta científica da missão ao longo de três dias de reconstrução. Eles descobriram que, em cada caso, a observação poderia ser feita posteriormente, com uma resolução mais alta ou a uma distância mais próxima, como resultado dos quais nenhum problema foi afetado, com exceção de um. Esta é a última pesquisa de satélites de Plutão, planejada para os dias 5 e 6 de julho, quando a nave estava a uma distância suficientemente grande do planeta para fazer imagens do espaço ao seu redor.Essa pesquisa teve uma sensibilidade várias vezes maior que a pesquisa realizada alguns dias antes. Quando todas as imagens destinadas a buscas por satélite foram cuidadosamente examinadas pela equipe da New Horizons, nenhum satélite foi encontrado. Isso surpreendeu muitos membros da equipe, porque sempre que o Telescópio Espacial Hubble examinava algo com mais cuidado, ele sempre encontrava novos satélites. Os “Novos Horizontes” descobririam satélites nessa última e melhor tentativa de pesquisa que falhasse? Ninguém sabe, e só saberemos disso quando alguma próxima missão chegar a Plutão para revistá-los.Concebidos para procurar satélites, foram cuidadosamente estudados pela equipa "New Horizons" e, em seguida, não foi encontrado um único satélite. Isso surpreendeu muitos membros da equipe, porque sempre que o Telescópio Espacial Hubble examinava algo com mais cuidado, ele sempre encontrava novos satélites. Os “Novos Horizontes” descobririam satélites nessa última e melhor tentativa de pesquisa que falhasse? Ninguém sabe, e só saberemos disso quando alguma próxima missão chegar a Plutão para revistá-los.Concebidos para procurar satélites, foram cuidadosamente estudados pela equipa "New Horizons" e, em seguida, não foi encontrado um único satélite. Isso surpreendeu muitos membros da equipe, porque sempre que o Telescópio Espacial Hubble examinava algo com mais cuidado, ele sempre encontrava novos satélites. Os “Novos Horizontes” descobririam satélites nessa última e melhor tentativa de pesquisa que falhasse? Ninguém sabe, e só saberemos disso quando alguma próxima missão chegar a Plutão para revistá-los.a melhor tentativa de pesquisa que falhou? Ninguém sabe, e só saberemos disso quando alguma próxima missão chegar a Plutão para revistá-los.a melhor tentativa de pesquisa que falhou? Ninguém sabe, e só saberemos disso quando alguma próxima missão chegar a Plutão para revistá-los.

Alan Stern é o diretor científico da missão New Horizons, gerenciando os projetos de cinturões de Plutão e Kuiper da NASA. Planetologista, diretor executivo do programa espacial, consultor aeroespacial, autor de livros, participante de duas dúzias de missões espaciais científicas.

David Greenspoon - astrobiólogo, popularizador da ciência, autor.

Trecho do livro “Perseguindo novos horizontes: dentro da primeira missão épica a Plutão” (Chasing New Horizons: dentro da primeira missão épica a Plutão por Alan Stern e David Grinspoon, 2018).