Люди в штаб-квартирі NASA глибоко вдихають, коли в їхній електронній пошті з'являються слова «Перша історія». Наприкінці цієї весни Курт Нібур, провідний науковець з польотних програм, отримав таке повідомлення.
«Ви одразу ж відкриваєте цей лист, - каже доктор Нібур. Ви читаєте його, потім відповідаєте: «Дякую, що поділилися», а потім ховаєте обличчя в подушку і виєте від жаху».
Справа, що викликала затримання доктора Нібура, пов'язана з Europa Clipper, однією з найбільш важливих з наукової точки зору місій NASA. Науковий відділ агентства створив процес «Першої історії», щоб заохотити співробітників наукового проекту повідомляти потенційно погані новини, не боячись надмірної реакції з боку керівництва.
Ця новина здавалася надзвичайно поганою. Якщо те, що читав доктор Нібур, було правдою, то Europa Clipper був приготований.
НАСА витратило понад 5 мільярдів доларів на планетарний зонд. Це найбільший з коли-небудь побудованих апаратів - розміром з баскетбольний майданчик з розгорнутими сонячними батареями. Завдання місії - допомогти вченим на Землі визначити потенційну придатність для життя Європи, супутника Юпітера, який загорнутий у товстий крижаний панцир, під яким протікає теплий океан з удвічі більшою кількістю солоної води, ніж на Землі. Вчені вважають, що на ньому є всі хімічні інгредієнти для зародження інопланетного життя.
Наприкінці травня Europa Clipper мав бути відправлений до Флориди, щоб підготуватися до польоту в жовтні. Якщо він не встигне до запуску, вченим доведеться довго чекати на наступну спробу - якщо проблему взагалі вдасться вирішити.
Незабаром команди НАСА і дослідницьких лабораторій, що входять до його складу, почнуть шукати відповіді на одне жахливе питання, яке домінуватиме влітку: Чи був Europa Clipper приречений?
Ціль місії, супутник Юпітера Європа, яку можна було побачити під час прольоту іншого космічного корабля NASA, Juno, у 2022 році. Зображення NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS; обробка: Бйорн Йонссон
Джордан Еванс, керівник проекту Europa Clipper в Лабораторії реактивного руху НАСА в Пасадені, штат Каліфорнія, пояснив ситуацію науковому керівнику місії Роберту Паппалардо 2 травня.
Хтось за межами НАСА виявив, що тип транзистора, розроблений для виживання в радіоактивному середовищі, виходить з ладу. Europa Clipper широко використовував ці транзистори.
«Скільки ми їх використовуємо?» запитав доктор Паппалардо.
Містер Еванс не знав напевно.
Чорні, розміром з олівець, деталі, які називаються MOSFET - польові транзистори метал-оксид-напівпровідник - є простими перемикачами на друкованих платах, які пропускають електричний струм. Ніхто не знав, де саме вони знаходяться на космічному апараті, і чи були пошкоджені саме ті MOSFET, які використовувалися для проекту.
Але вони знали, що транзистори контролюють практично кожну критично важливу систему та науковий інструмент на борту.
«Ці деталі використовуються всюди, - сказав Джеффрі Оттман, головний інженер з цивільних космічних польотів у Лабораторії прикладної фізики Університету Джона Гопкінса в Меріленді.
Без здатності витримувати інтенсивну радіацію не було б і Europa Clipper. Умови навколо Місяця екстремальні, їх можна порівняти з наслідками ядерної війни. Виживання в такому середовищі визначило дизайн космічного апарату і його складну траєкторію польоту навколо Юпітера. За чотири роки космічний апарат пролетить повз Європу 49 разів, ненадовго занурюючись у радіацію, що смажить комп'ютери, і наближаючись до поверхні Місяця на відстань до 16 миль.
Якби MOSFET почали виходити з ладу, «перша думка - це темний космічний апарат», - сказав пан Оттман.
Прикріплення п’ятипанельних сонячних батарей Europa Clipper до космічного корабля всередині центру обслуговування небезпечних корисних навантажень у космічному центрі Кеннеді у Флориді в серпні. NASA/JPL-Caltech
Наступного дня пан Еванс зібрав «тигрову команду» фахівців зі своєї лабораторії та лабораторії пана Оттмана, а також з Центру космічних польотів ім. Годдарда, щоб попрацювати над проблемою.
Сорен Медсен, ветеран Лабораторії реактивного руху з 34-річним стажем, очолив команду тигрів, яка спочатку мала переконатися, що проблема справді існує.
У ті вихідні вони піддали запасний MOSFET пучку високошвидкісних електронів. Транзистор вийшов з ладу, і до понеділка вони з паном Евансом знали, що місія провалилася.
Визначити кількість МОП-транзисторів у космічному апараті було все одно, що з'ясувати, скільки покрівельних цвяхів було використано при будівництві будинку. Спочатку команда «Тигр» підрахувала, що в космічному апараті їх було майже 900. Через два тижні їх стало близько 1 500. Заміна всіх цвяхів може коштувати до мільярда доларів - грошей, які Конгрес може не дати НАСА - і зайняти роки.
Гірше того, команда «Тигр» повідомила, що не тільки MOSFET були вразливі до радіації, але й те, що в космічному апараті немає одного універсального MOSFET. Існують різні типи і сімейства транзисторів. За словами д-ра Медсена, деталі, виготовлені в різний час, можуть «працювати і поводитися не однаково».
Пан Оттман був членом «тигрової» команди, якій було доручено відстежити і протестувати зразки всіх варіацій MOSFET, що були вбудовані в Europa Clipper. Йому зателефонували, коли він забирав доньку з коледжу.
«У підсумку я провів півгодини на телефоні, обговорюючи цю проблему, поки речі не були завантажені в машину», - сказав він.
Його сім'я звикла до його відсутності того літа.
«Ми знали, що доведеться відмовитися від ночей, вихідних, ранніх ранків і всього іншого», - каже він.
Роберт Паппалардо, науковий співробітник проекту Europa Clipper, у Лабораторії реактивного руху в квітні. Фредерік Браун/Agence France-Presse — Getty Images
Поки команда д-ра Медсена працювала над проблемою, пан Еванс призначив другу групу для пошуку технічних рішень.
Спочатку «я був ніби заморожений», - сказав Джо Стелі, її керівник.
Він не міг уявити собі вихід на такому пізньому етапі гри. Але врешті-решт його команда зрозуміла, що коли такі деталі піддаються впливу радіації, «вони зцілюються до певної міри».
Цей процес відомий як відпал. Нагрівання транзистора дозволяє його атомам перегрупуватися і перерозподілитися у відновленому стані. Це не працює нескінченно довго, але Europa Clipper не повинен працювати вічно - лише чотири роки запланованої місії. Його команда може розробити стратегії для відновлення кожного типу MOSFET на космічному апараті.
Пан Стелі також працював з доктором Паппалардо над переглядом способів проведення експериментів місії.
Деякі пропозиції були простими, наприклад, вимкнення певних приладів під час певних прольотів повз Європу, щоб вберегти їхні транзистори від радіаційного пошкодження. Інші були складнішими і передбачали менш точні ключові вимірювання, які виконувалися під час попередніх раундів численних прольотів місії.
Враховуючи все це, а також відпал, д-р Паппалардо відчув, що з'являється надійна стратегія «стисненого туру». Однак він і д-р Нібур виступали проти польоту місії, якщо вона не зможе відповісти на головні наукові питання про Європу.
Тоді, 26 липня, представники J.P.L. і команди «Тигр» та групи зі зменшення впливу представили в штаб-квартирі NASA свої останні висновки. Хоча команди вважали, що вони зробили реальні кроки вперед, кольорова діаграма, що відображала їхній прогрес, викликала занепокоєння у деяких чиновників НАСА. На ній було кілька зелених клітинок, але здебільшого це був похмурий аркуш жовтого і червоного кольорів.
«Це не були остаточні оцінки, - сказала Джоан Ервін, системний інженер команди «Тигр» з Лабораторії реактивного руху. Ми просто сказали: «Ось де ми є сьогодні».
Деякі радіаційні тести тривали тижнями і ще не були завершені, і вони могли не принести хороших новин. «Ми хотіли підготувати всіх», - сказала вона.
Ультрафіолетовий спектрограф Europa Clipper, один із дев'яти наукових інструментів на борту космічного корабля. NASA/JPL-Caltech
Більше того, деякі MOSFET залишилися не облікованими, особливо ті, що використовуються в електроніці, зібраній іноземними субпідрядниками. Не знаючи, як працюватимуть ці відсутні мікросхеми, навіть реалізація всіх стратегій пом'якшення наслідків була б недостатньою.
«Нам не вистачало останніх чотирьох частин», - сказав пан Еванс.
Однак через кілька днів після зустрічі європейський субпідрядник знайшов кілька старих інженерних зразків. Лабораторія прикладної фізики отримала останні деталі з Німеччини через FedEx.
«І коли ми їх отримали, ми були змушені негайно приступити до випробувань», - сказав пан Оттман.
Повернувшись до Пасадени, пан Стелі проводив мозковий штурм з паном Евансом, коли до офісу зайшов Джефф Шрінівасан, менеджер бортової системи. У нього з'явилася ідея.
Під час польоту космічного корабля інженери місії не могли знати, як поводяться MOSFET-транзистори. Одного дня вони можуть просто вийти з ладу.
Пан Шрінівісан запропонував рішення: Що, якщо взяти зразки кожного типу MOSFET, помістити їх на спеціальні схеми, а потім встановити весь пакет в коробку, яку можна прикрутити до космічного корабля? Він міг би надсилати дані про стан здоров'я на Землю протягом усієї місії.
Це було б як канарка у вугільній шахті. Під час перебування Europa Clipper на Юпітері, якщо певний тип MOSFET слабшав або виходив з ладу в коробці, команда знала, що потрібно відпалити цей тип транзистора по всьому космічному апарату, або застосувати іншу стратегію, щоб продовжити місію.
«Це був один з тих божевільних моментів, коли все може спрацювати», - сказав пан Стеглі.
Вони називали це «канарковою коробкою».
Але команді пана Шрінівасана довелося б побудувати її за кілька тижнів, а не років, написати програмне забезпечення, а потім інтегрувати все це з космічним апаратом, який вже був відправлений до Космічного центру імені Кеннеді у Флориді.
Випробування повномасштабного прототипу антени з високим коефіцієнтом посилення Europa Clipper, яка передаватиме дані на сотні мільйонів миль назад на Землю, у дослідницькому центрі NASA Langley у Гемптоні, штат Вірджинія, у 2019 році. NASA/JPL-Caltech
27 серпня команди повідомили про свій прогрес вищому керівництву НАСА, в тому числі Пем Мелрой, заступнику адміністратора, та Джиму Фрі, помічнику адміністратора. Цього разу клітинки на графіку пані Ервін були зафарбовані зеленим кольором зверху вниз.
Деяким учасникам, в тому числі і д-ру Нібуру, це здалося підозрілим.
Він подумав, що, можливо, ведучі піддаються «лихоманці запуску», бажанню летіти за будь-яку ціну. Він був не один такий. Місяцем раніше здавалося, що місія виконана. Як вони могли досягти такого прогресу за 30 днів?
Пані Ервін виклала справу. Вона пояснила все, що відбулося за кожною окремою оцінкою, і обґрунтувала кожну зміну. Вони протестували кожен тип MOSFET в космічному апараті.
«Ми були систематичними, ми були суворими і ми були впевнені в наших результатах», - сказала пані Ервін.
Особливо з відпалом, вони були безпечні для польоту з нульовими змінами в науковому плані. Але навіть якщо б вони досягли Юпітера і виявили неприємні радіаційні сюрпризи, канаркова коробка, встановлена на космічному апараті, передала б попередження на Землю. Вони мали стільки даних і стільки стійкості в системі, що наукові вимоги були забезпечені.
Наприкінці зустрічі Нікола Фокс, керівник наукових місій, провів опитування серед керівників НАСА: «Так» чи “Ні”.
Один за одним керівники агентства проголосували.
Починати. «За». Летіти.
Доки не було одностайного рішення.
Europa Clipper буде на стартовому майданчику 10 жовтня.
Після десятиліть зусиль до Юпітера прямував потужний спостерігач, здатний виявити, чи є океан Європи придатним для життя.
