Hoje, neste histórico dia em que a nave está passando raspando em Plutão, e à espera nos próximos dias de fotos cada vez mais nítidas e empolgantes, concluo nosso post sobre a Missão New Horizons, da NASA.
Uma pequena parte final está ainda em tradução...aguardem que traduzo tudo !
Of particular concern is what the engineers call "the autonomy." Once New Horizons whips past Jupiter, it will enter an eight-year dormancy, becoming what Hal Weaver calls "a spinning Thermos bottle." For most of that time, the spacecraft will monitor and regulate itself. The fault-protection systems that do that are what the engineers refer to as autonomy, and they're extremely important. Says Perry, "If something goes wrong, the spacecraft can't die. It has to survive long enough for the ground to figure out what's wrong. If a processor dies, for example, you have to have autonomy that will automatically take over and use the redundant processor." But autonomy had to be constructed so it wouldn't ruin the craft in trying to save it. Perry: "A common fix for a bulky processor is to reset it. You do that with a home computer all the time. It sounds simple, but it's extremely dangerous here. What if something goes wrong with autonomy and it just starts to reset processors in a continuous loop?" One processor has to be in control, but if they keep resetting, says Perry, "that's it. The spacecraft is dead. Gone." Chris Hersman, APL's spacecraft systems engineer, says autonomy has been one of his biggest concerns. "But what I've learned," he says, "is that it's usually not your biggest worry that ends up surprising you. You're focused on a potential problem and suddenly there's something that comes out of nowhere."
One by one, engineers fixed each glitch, and APL delivered the spacecraft to Cape Canaveral on time. To that point, mission accomplished, though not without a lot of missed sleep. Mike Colby of the mission's integration-and-testing team has a card in his office that reads HAPPY HOUR IS A NAP.Uma pequena parte final está ainda em tradução...aguardem que traduzo tudo !
  Componentes da espaçonave :
•Ralph: Espectrômetro de imagens em luz visível e infravermelha; fornece mapas de cor, composição e térmicos.
•Alice: Espectrômetro de imagem Ultravioleta; analisa a composição e estrutura da atmosfera de Plutão e pesquisará as atmosferas em torno de Charonte e objetos do Cinturão de Kuiper (KBOs).
•REX (Radio Science EXperiment): Mede a composição e temperatura atmosférica ; radiômetro passivo.
•LORRI (LOng Range Reconnaissance Imager): Câmera telescópica; obtém os dados do encontro a longas distâncias, mapeia o lado oposto de Plutão e oferece alta resolução de dados geológicos.
•SWAP (Solar Wind Around Pluto): Espectrômetro de vento solar e de plasma; mede a "taxa de fuga" atmosférica e observa a interação de Plutão com o vento solar.
•PEPSSI (Pluto Energetic Particle Spectrometer Science
Investigation): Espectrômetro de partículas energéticas; mede a composição e densidade do plasma (íons) escapando da atmosfera de Plutão.
•VBSDC (Venetia Burney Student Dust Counter): Construída e operada por estudantes da Universidade do Colorado; mede a poeira espacial salpicando a New Horizons durante a sua viagem através do sistema solar.
Stern encomendou três instrumentos a bordo do observatório. Um receptor de imagens para perto, chamado Ralph criaria imagens à luz visível e infravermelhas, bem como mapas térmicas do planeta, além de usar um espectrômetro para estudar a composição da superfície de Plutão. Um espectrômetro de imagem ultravioleta chamada Alice - Stern nomeou-os após Ralph e Alice Kramden, personagens da série de televisão dos anos 1950, a comédia The Honeymooners - iria analisar a composição da tênue atmosfera de Plutão. REX, um experimento de rádio, que iria estudar a atmosfera, observando a curvatura das ondas de rádio a partir da Terra à medida que passassem por ela.
O APL queria colocar alguns de seus próprios dispositivos na New Horizons. Colocar instrumentos numa missão significa prestígio para a instituição e emprego para seus cientistas e engenheiros. Cheng diz, "Se decidirmos usar o Instrumento X, que vem com certas pessoas, então outras pessoas fazendo coisas semelhantes não têm um emprego. A escolha dos instrumentos é um negócio muito grande." Do APL veio LORRI, um gerador de imagens telescópicas de longo alcance que começará o levantamento de Plutão quando a New Horizons estiver a 200 dias de seu sobrevôo. Cheng estava trabalhando para o JPL em um espectrômetro de partículas chamado PEPSSI; agora ele trouxe-o para a missão a Plutão para estudar os íons que escapam de sua atmosfera.
PEPSSI - Investigador Científico Espectrômetro de partículas energéticas de Plutão, um nome que faz muito para justificar sua sigla - ocasionou algum debate. A equipe científica queria estudar a atmosfera de Plutão interagindo com o vento solar. O APL pensou que poderia estender o alcance do PEPSSI para conseguir isso. Mas a SwRI queria um instrumento separado. A equipe concordou com a última orientação, acrescentando o SWAP, o instrumento para estudar o vento solar em torno de Plutão. Finalmente, um coletor de poeira espacial idealizada por alunos de graduação na Universidade de Colorado tornou-se o último instrumento adicionado ao pacote.
Agora, a verdadeira diversão poderia começar !
Embora não indo longe demais com a generalização, na New Horizons os cientistas colocaram os problemas e os engenheiros tentaram resolvê-los. Os cientistas sabiam que a New Horizons poderia ser a única missão a Plutão de suas vidas, então eles queriam fazer o máximo de observações possíveis. Os engenheiros queriam tornar possível tudo o que os cientistas esperavam, mas enfrentaram restrições. Para o foguete lança-lo no espaço com velocidade suficiente para chegar a Plutão, a sonda teria de ser leve, cerca de 1.000 libras. Tudo tinha que caber em uma plataforma, a qual os engenheiros chamam de bus (ônibus), de cerca de sete pés de diâmetro, de modo que os instrumentos teriam de ser compactos. Nada poderia exigir muito força, porque uma missão tão longe do sol não poderia usar painéis solares. A eletricidade viria de um gerador termoelétrico de radioisótopos capaz de produzir apenas cerca de 195 watts quando a sonda se aproximar do planeta. Todo mundo queria evitar peças mecânicas que poderiam quebrar, distorcer ou de outra forma, funcionarem mal de várias maneiras. Mas a New Horizons teria instrumentos que precisavam ser mirados. Se eles não fossem montados em gimbals (espécie de suporte mecânico articulado), para apontá-los na direção certa toda a nave teria de ser apontada, o que iria consumir precioso combustível. Para conservar o combustível durante a viagem de 10 anos, os engenheiros decidiram girar a sonda em torno do eixo de sua antena, para conferir estabilidade giroscópica. Mas isso significava que a nave tinha de ser perfeitamente equilibrada, ou então ela iria oscilar. Houve algumas poucas decisões para não afetar outras partes da missão. Cheng diz, "As coisas mais inocentes podem causar-lhe problemas. Onde colocar um cabo? Você colocá ele aqui, e ele esfrega contra outra coisa e, finalmente, provoca uma falha. Qualquer coisa pode causar um problema."
Um dos instrumentos da APL, o LORRI (Imagiador de Reconhecimento a longa distância), pode ser comparado a uma câmara digital com uma grande lente telefoto. Os cientistas queriam começar a colher imagens do planeta seis meses antes do encontro com Plutão. Isso requer um telescópio de tubo poderoso com uma abertura de oito polegadas e um corpo de cerca de dois pés de comprimento. A parte exterior do instrumento estará sujeita ao frio, de -150 Fahrenheit ou algo assim. A parte no interior do corpo da plataforma (o ônibus), será aquecida pela fonte de energia e os dispositivos eletrônicos. Isto poderia criar um gradiente térmico - uma área fria, outra área mais quente - que poderia distorcer a forma do telescópio e, como um astigmatismo, arruinar a nitidez de suas imagens. Para resolver o problema, os engenheiros da APL especificaram um material chamado carboneto de silício especial que nunca tinha sido utilizado para um instrumento tão grande. Um cuidado extraordinário teve de ser efetuado na fabricação e manuseio do material porque o carboneto de silício pode ser rígido, mas também é quebradiço.O fabricante, a SSG Optronicos de precisão, conseguiram trabalhar com o carboneto de silício, mas quando a APL testava o LORRI após sua entrega, eles encontraram um novo problema. O revestimento sobre as lentes admitia muita luz infravermelha, criando reflexões internas que causavam imagens fantasmas. Esse não foi o único problema. Quando testaram o focalizado, diz Weaver, "Nós vimos uma grande mancha. Nós a chamamos de 'o torrão." Investigações posteriores revelaram que o fabricante tinha riscado a lente durante a montagem. Um Software poderia compensar a deficiência visual do instrumento, mas a falha se aproximou do limiar do padrão da integridade estrutural do instrumento. Os engenheiros temiam que o stress do lançamento pudesse quebrá-lo. Eles não queriam desmontar o LORRI, que usaria um tempo valioso e convidava a haver novos problemas, mas finalmente eles concluíram que não poderiam correr o risco. Eles desmontaram o tubo à parte - "Nós cruzamos os dedos um pouco", diz Fountain - substituiram a falha ótica, e aproveitaram a oportunidade para aplicar um revestimento melhor que resolveu o problema do infravermelho.
Outra peça da New Horizons que não poderia deformar era o prato de sua antena de rádio. As transmissões de rádio de e para a nave espacial exigem uma precisão extraordinária. Por exemplo, os cientistas querem fazer uma experiência de ocultação. Assim que a New Horizons passar atrás de Plutão, eles planejam enviar um feixe de transmissão de rádio da Terra que vai passar através da atmosfera de Plutão; o instrumento REX a bordo da nave espacial irá medir o efeito do ambiente sobre as ondas de rádio, que irá revelar informações sobre sua composição. Quanto maior for o prato da antena, maior a tolerância para erros em apontar o feixe. Mas, para economizar peso, a New Horizons não podia levar um prato de massa grande. Assim, os engenheiros tiveram de projetar um prato pequeno que iria manter sua forma precisa não importa o gradiente de temperatura ou outros estresses.
Durante todo o processo de concepção e montagem, todos os lados precisavam se comunicar. "Os engenheiros precisam entender o que os cientistas precisam fazer", diz Cheng. "E os cientistas precisam entender os engenheiros. Eles dizem: 'Vamos voar a nave espacial de uma certa maneira. Eles nem sempre podiam entender as implicações, que uma coisa pode ser muito mais difícil de fazer do que qualquer outra, que seria aparentemente boa para a ciência e muito mais fácil de realizar. É onde estas missões, muitas vezes dão errado, quando as comunicações falham".
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Cada projeto, teste e decisão de reparação tinha de ser feita com um olho no relógio. Krimigis tinha apostado a casa, garantindo à NASA que a APL e seus parceiros poderiam produzir a New Horizons a partir do zero em três a no máximo quatro anos. As datas de lançamento de algumas missões, como certos võos do ônibus espacial, pode ser adiada por semanas sem incorrer em grandes problemas. Não houve tal flexibilidade com a New Horizons. Uma vez que ele havia abandonado a data inicial de dezembro 2004 por ser excessivamente otimista, a APL enfrentou uma janela de lançamento de 35 dias: de 11 janeiro a 14 fevereiro de 2006. Se perdesse os primeiros 23 dias dessa janela a New Horizons não poderia contar com o impulso passando por Júpiter, e exigiria adicionais três a cinco anos para chegar a Plutão. A próxima oportunidade de receber um impulso da gravidade de Júpiter não viria até 2016. "Os planetas se alinham certos em uma determinada data", diz Cheng. "Se você perder essa data, você perdeu a festa toda."
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| A órbita em "formato de ovo" de Plutão põe ele mais perto do sol que Netuno durante 20 anos em cada órbita. Foto cortesia da JHUAPL/SWRI  O trabalho na New Horizons desacelerou duas vezes quando a administração Bush cortou o financiamento para o programa, só para o Congresso colocar o dinheiro de volta, em grande parte por insistência da Senadora Barbara Mikulski (Democrata-MD). Um atraso de três meses no lançamento da MESSENGER, a missão da APL para Mercúrio, levantou a realocação de experientes engenheiros e técnicos deste projeto para New Horizons. APL foi esticada a não mais poder para garantir as missões como a MESSENGER, CONTOUR, STEREO e a New Horizons. Diz Mark Perry, engenheiro de sistemas da missão, "A APL tem uma reputação de ter engenheiros realmente fortes, mas não há muitos de nós. Por quatro anos, teríamos três missões sendo construidas a qualquer momento. Cada vez que terminávamos uma, havia outra na pilha. Essa é uma quantidade fenomenal de trabalho para um pequeno grupo de pessoas."A APL contratou novos funcionários, mas eles levaram tempo para se integrar com o projeto. A NASA tornou-se tão avessa ao risco, que a agência exige documentação exaustiva e inúmeras revisões de projeto; isso implica em trabalho adicional, que por vezes causava mais atrasos. At various points, the project fell three months behind, then six. Did the engineers ever look at each other and ask if they were going to make it? "Oh yeah, that happens all the time," says Cheng. "The only way to be competitive in this business is to dance close to the edge. I literally cannot remember any mission where that question didn't come up." Meanwhile, back at APL's mission control room, Alice Bowman was overseeing mission simulations. Bowman is the New Horizons operations manager. Ops, as it's called, takes over as soon as the rocket leaves the launch pad. "Our job," says Bowman, "is to get it to Pluto." During the mission, flight controllers monitor telemetry from the spacecraft, watching for problems. Each minute of the flight has been scripted. Improvisation is risky, because any command expends the spacecraft's resources and can affect other parts of the mission. The sequence of orders to the instruments has been thought out so that every observation takes place at precisely the right time in precisely the right manner, and carefully meters the craft's limited power supply. An inadvertent excessive power demand could shut down the spacecraft. Any deviation, any mis-sequenced command, could wreck an instrument, or require abandonment of an observation that a scientist has waited 10 years to make. So all procedures must be tested and rehearsed, as Ops learns the hardware. Says Bowman, "You actually don't know the spacecraft until you code up the commands and test them." |
Once the Atlas V 551 rocket carrying New Horizons lifts off from Cape Canaveral, Alice Bowman's first nerve-racking moment will come about 40 minutes into the flight. Until then, Ops will have no contact with New Horizons as the Atlas blasts it into space. At about the 40-minute mark, ground controllers will anxiously listen for the first burst of telemetry from the craft. If all has gone well, it will be functioning and on its way and the APL Ops team will check its health, commissioning each subsystem, then each instrument, and making sure nothing has been damaged in launch. After 13 months, New Horizons will approach Jupiter, take advantage of the chance to calibrate its instruments and make some observations there, then catch a boost from the planet's gravity and veer off for Pluto. For about eight years, New Horizons will spin in virtual hibernation. Once a week, the craft will beep, assuring Ops that it's sleeping peacefully. For 50 days each year, ground controllers will wake it up and run a series of tests, to check on the instruments and, not incidentally, keep the controllers sharp. In 2012, Stern and the Ops team will rehearse the Pluto encounter. "It's a fly-by mission," Bowman reminds. "You get one chance."
In the fall of 2014, Ops will bring New Horizons out of hibernation. Two hundred days from Pluto, nine years after launch, the real work of New Horizons will begin as LORRI starts making images. By 90 days out from the planet, those pictures will be superior to anything obtainable from Earth, resolving features on Pluto's surface as small as a football field. Each of those images will take 12 hours to arrive from the spacecraft. Sometime in July 2015, 14 years of effort will come down to a frenzied 24 hours as New Horizons approaches Pluto at 8.6 miles per second. PEPSSI will meter plasma escaping Pluto's atmosphere and SWAP will measure the solar wind. Ralph, using less power than a nightlight, will record close-up color images. Alice will probe Pluto's atmosphere with its ultraviolet imaging spectrometer. At its closest, New Horizons will pass 6,000 miles from Pluto. As it swings around Pluto-Charon on the trajectory plotted by Yanping Guo, the spacecraft will observe occultations of both the sun and Earth, to make more measurements of the planet's atmosphere. From New Horizons' transmitter will flow all the collected data, a 3-billion-mile stream of 0s and 1s that will travel to Earth for the ensuing nine months.
Pluto will begin to recede in New Horizons' rear-view mirror (or it would if the spacecraft had one), but the mission team hopes that its work will not be done. Though NASA has not yet approved, APL and SwRI hope to direct the spacecraft to a new destination, the largest Kuiper Belt object they can find, for another fly-by sometime between 2017 and 2020; the scientists already are searching for the right KBO. Then New Horizons will head into interstellar space, drifting forever unless it collides with some other body.
Krimigis, who marshaled the effort to bring New Horizons to APL, wonders how long the laboratory can pull off missions like it. APL has built 62 spacecraft, and it's been able to do that, in large part, because it is a lean operation with nimble, creative engineers and scientists, and a culture that encourages freewheeling problem solving. Cheng describes that culture as "give a project to a small group of people and they just go off and do it." But after some well-publicized failures of planetary missions, and especially after the Columbia disaster that killed the shuttle's entire crew, NASA has become, in Krimigis' estimation, risk-averse to the point that every decision and step has to be documented, every process reviewed, every potential hazard avoided. That may make less expensive, creative missions impossible in the future. Says Krimigis, "NASA is in the process of dismantling this type of organization. You end up having a significant part of the staff either preparing for a review, doing a review, or responding to many action items in the aftermath of a review. It saps the initiative for doing state-of-the-art pioneering work. Talented people find it difficult to do a terrific amount of paperwork and explain to an MBA what they're doing and how they're doing it."
But as New Horizons awaits launch this January, Krimigis, now the emeritus head of APL's space department, is proud of what his colleagues have done. The spacecraft is ready to fly, assembled, tested, and vetted. NASA wanted the mission to cost $650 million; it should come in at around $700 million, with most of the excess cost, Krimigis says, generated by factors beyond APL's control. Krimigis began building instruments for planetary exploration in 1963, when he worked on the Mariner IV mission to Mars. If New Horizons and the MESSENGER Mercury missions succeed, by 2015 Krimigis will be, he believes, the only planetary scientist to have been involved in missions to all nine planets. He ponders that for a moment, then says, "It's great fun to be in this business."
Dale Keiger é escritor senior na Johns Hopkins Magazine.
Fonte : http://www.jhu.edu/~jhumag/1105web/pluto.html
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