Juiceace木卫四飞越测试

七年后，即2031年4月，欧空局的Juice任务将飞越木星的卫星木卫四，为科学家们提供一睹神秘、布满陨石坑的外星世界的诱人机会。

这似乎很遥远，但在航天器操作领域，开始准备永远不会太早。

德国欧空局ESOC任务运营中心的团队最近“欺骗”Juice的工程模型，使其认为它已经在木卫四上，以便测试该任务的自主导航软件。

当Juice到达木卫四时，地球和木星系统之间的巨大通信延迟意味着如果出现问题，它无法等待任务控制中心的答复。

虽然我们很清楚2031年4月木卫四的位置，但我们不知道它的位置足够精确，无法保证Juice的轨迹会以完全正确的方式穿过木卫四的引力场，使其完美排列以实现高精度科学测量。

在木星和地球之间发送和接收信息所需的时间内，Juice遥感仪器所指向的方向可能会偏离轨道太远，从而可能会错过科学成果并影响关键任务目标。

即使是微小的差异对科学来说也可能是可怕的，因为Juice的一些仪器需要指向木卫四的特定区域，精确度的一小部分才能进行测量。

JuiceFlight运营总监IgnacioTanco表示：“我们需要Juice能够用自己的‘眼睛’和‘大脑’做出反应。”“当木卫四出现在其导航相机的视野中时，它需要能够识别月球表面的重要特征，旋转自身以将其仪器指向这些特征，然后继续旋转以在飞过时将它们保持在视野中”。

欧空局的团队将航天器驾驶到整个太阳系的新的、令人兴奋的目的地。为了训练重要活动并帮助诊断和解决数百万公里外的航天器遇到的问题，他们使用了留在地球上的独一无二的复制品。这个“工程模型”是发送到深空的硬件、软件、电气系统和仪器的精确副本。

Juice团队使用其工程模型来测试自主导航软件，该软件将使Juice在木星系统上保持正常运行。

他们将一系列月球图像投射到航天器导航相机的忠实复制品上，以观察它的反应，“欺骗”它相信它在木卫四。

这些由计算机模型生成的高分辨率图像以精确的方向和相位描绘了木卫四，Juice将在七年后到达时看到它。

“这并不像提前准备图像并在导航摄像机前播放视频那么简单，”负责监督这项活动的欧空局航天器操作工程师朱利奥·平赞(GiulioPinzan)说。

“导航软件必须对这些图像做出反应。如果它发现它以错误的角度接近木卫四或面向稍微错误的方向，它必须在没有我们帮助的情况下尝试纠正这些错误。”

“这意味着卡里斯托的视图必须对航天器的动作做出实时反应。我们有效地将沉浸式虚拟现实耳机绑在Juice的相机上，让它在这个虚拟空间内独立移动。”

ESA和Juice制造商空中客车公司的团队分配了三天时间进行木卫四飞越测试。航天器操作员、科学家以及机械、电气和软件工程师都希望花几天时间遇到并解决问题，然后最终实现一次干净的飞越，让Juice完全按照他们想要的方式做出反应。

为了使这项测试更具挑战性，他们无法使用航天器操作工具包中最重要的工具之一。通常，在航天器的物理工程模型上运行这样的复杂测试之前，首先会在没有物理部件的航天器的全数字软件模拟器上运行。

这是遇到和解决大多数问题的地方，并且只有当操作员已经很好地了解了预期情况时，才会在物理工程模型上运行测试。

“但这种情况非常复杂，目前无法使用Juice软件模拟器进行模拟，”GiulioPinzan说。“我们完全盲目地进行了这次测试。”

然而，尽管他们抱有期望，团队在第一天的第一次尝试就取得了成功。Juice的导航软件锁定了木卫四的正确区域，使其仪器直接指向这些区域，并在飞越要求严格的过程中安全地保持正确的轨迹。

“我们真的必须特别赞扬我们的飞行动力学团队，”朱利奥说。“他们的数学计算非常准确，使我们能够在第一次尝试中完成一次干净的飞越，尽管他们通常缺乏通过软件模拟器实验获得的经验。这真的太神奇了。他们甚至让我们感到惊讶。”

“空客团队还做得非常出色，及时为测试建立了工程模型，同时为我们提供了正确操作自主导航系统所需的所有细节。”

木卫四飞越是Juice将面临的最苛刻的场景之一，也是工程模型中最难建立和执行的场景之一。

该模型于2月份从法国空中客车公司运往德国ESOC。随着最终测试的成功完成，它现已完全安装完毕，欧空局团队接受了如何使用它的全面培训，并且已正式移交。

Juice团队现在需要通过在太空中进行类似的测试来确认飞行模型的行为与工程模型完全相同。然而，使用Juice的导航相机追踪大型物体的唯一机会是在其行星飞越期间。

今年八月即将到来的月球-地球重力辅助不是这次测试的选择。在这次双重飞越过程中，果汁将在不到24小时后掠过月球，然后飞越地球，以便快速连续地从两个物体上窃取能量。这是一个非常微妙的操作，以前从未尝试过，所有人员都需要做好准备，以应对任何异常情况。