Мариам Альхаммади провела около трех минут перед небольшим стеклянным окном, наблюдая за работой электрического двигателя в вакуумной камере, где была воссоздана космическая среда. В двигатель подавался ксенон, и после отправки сигнала система начала работать. Альхаммади вспоминает, что наблюдение за синим свечением, исходящим из двигателя, подтверждало успешное функционирование системы.
Этот синий свет генерируется ионизированным ксеноном, который ускоряется из двигателя. Хотя создаваемая сила крайне мала, ее сравнивают с размером листа бумаги, положенного на ладонь. Тем не менее, это слабое усилие является частью системы солнечного электрического движения, которая должна доставить аппарат MBR Explorer на расстояние приблизительно пяти миллиардов километров через Солнечную систему.
В отличие от химических двигателей, которые дают мощные, но кратковременные толчки при потреблении большого количества топлива, электрическое движение позволяет эффективно применять гораздо меньшую тягу в течение длительного времени. Альхаммади, инженер по электрическому движению в рамках Миссии ОАЭ к Поясу астероидов, отмечает, что именно эта особенность делает систему подходящей для путешествия такого масштаба.
Миссия Psyche от NASA использует схожий принцип, ускоряя ионы ксенона с помощью электрических и магнитных полей для создания постоянной, хоть и небольшой, силы в глубоком космосе. По данным NASA, тяга системы Psyche сопоставима с весом батарейки типа АА на ладони.
Однако для миссии ОАЭ генерация тяги — это лишь начало задач. На этой неделе ОАЭ представили отдельный посадочный зонд, который будет размещен на борту MBR Explorer и в конечном итоге достигнет объекта 269 Justitia. Этот зонд достиг стадии готовности к полету и должен отправиться в Колорадо для финальной интеграции с основным космическим аппаратом перед запланированным запуском в марте 2028 года.
Сам MBR Explorer планирует использовать гравитационные маневры вокруг Венеры, Земли и Марса, встретиться с шестью астероидами и в итоге достичь Justitia в 2036 году. Для инженеров, занимающихся созданием аппарата, возникает еще один сложный вопрос: как протестировать устройство сегодня, если оно должно работать спустя годы, когда никто не сможет его отремонтировать?
Когда ее спросили о самой трудной инженерной проблеме миссии, Альхаммади не назвала конкретного компонента или двигателя. Она ответила, что самым сложным аспектом на личном уровне является работа с неопределенностями, то есть представление о том, что может пойти не так.
Это включает в себя вопросы о том, сколько топлива будет фактически израсходовано, обеспечит ли двигатель ожидаемую силу, как могут меняться температуры внутри баков и как взаимодействуют неопределенности в различных системах космического аппарата. Инженеры учитывают всю известную информацию о системе и всех участвующих подсистемах, преобразуя эти неопределенности в допустимые пределы, которые будет нести космический аппарат.
Тестирование проводится многократно и на разных уровнях. Технический документ ОАЭ о программе солнечного электрического движения описывает компонентные испытания, проверку герметичности и давления, тепловые оценки, тестирование на уровне модулей и дополнительные проверки после экологической квалификации перед тем, как космический аппарат будет заправлен для запуска.
Космические миссии проектируются с учетом того, что оборудование нельзя просто вернуть в мастерскую. Альхаммади подчеркнула: «Если ты это запустишь, это не вернется». В отличие от оборудования, программное обеспечение иногда можно обновить после старта. Поэтому, где это возможно, системы строятся с резервированием. Планировщики миссий также заранее изучают сценарии аварийного реагирования.
Альхаммади добавила, что при серьезной проблеме с двигательной установкой одной из опций может стать отказ от некоторых запланированных встреч с астероидами и адаптация миссии к тому, что остается работоспособным. «Вы не можете это починить, но у вас также есть планы, чтобы достичь критерия успеха, который подходит вам и тому, что уже работает на космическом аппарате».
Доктор Элиас Цоуцанис, ведущий научный сотрудник Центра исследований движения и космоса TII, отметил, что масштаб EMA делает такую подготовку особенно требовательной. Он сообщил, что миссия включает около 40 маневров по сравнению с пятью маневрами миссии ОАЭ к Марсу, при этом она проходит почти в десять раз большее расстояние. «Мы говорим о пятимиллиардном километровом путешествии в глубоком космосе, — сказал он. — Это одновременно очень захватывающе и очень сложно».
Космический аппарат также должен выдержать резко различающиеся температурные условия, сохраняя надежность электроники и других систем на протяжении всего полета. Цоуцанис заявил: «Мы не можем построить систему, а потом думать об автономности после того, как ее построили. Надежность, автономная работа и обширное тестирование являются неотъемлемыми частями программы с самого начала».
Инженерный вызов заключается и в изменении возможностей внутри ОАЭ. Альхаммади отметила, что до миссии EMA электрическое движение не было возможностью ОАЭ. Она ранее изучала машиностроение, прежде чем перейти к космическим системам и электрическому движению, области, которая потребовала от нее изучения незнакомых сфер, включая электротехнику и электромагнетизм. «Я понятия не имела, что такое электрическое движение, — сказала она. — Я знала, что хочу это вернуть».
С тех пор TII разработала специализированную инфраструктуру в Абу-Даби для работы с электрическим движением. Альхаммади рассказала, что центр теперь располагает двумя большими вакуумными камерами и меньшей камерой для систем электроники и обработки питания, позволяя инженерам тестировать двигательное оборудование в условиях, воспроизводящих некоторые условия космического пространства.
Исследовательская статья Агентства космических исследований ОАЭ, описывающая эту базу, указывает, что она была спроектирована с учетом трех вакуумных камер, специализированной диагностики, измерения тяги, чистых помещений и инженерных мастерских, создавая инфраструктуру для исследований, разработки и тестирования систем электрического движения в стране.
Цоуцанис утверждает, что более широкий сдвиг связан не только с объектами. Четыре года назад, по его словам, ответственность за разработку такой системы, как посадочный зонд, созданный ОАЭ, вероятно, была бы возложена на кого-то другого. «Скорее всего, это было бы аутсорсингом, передано другому партнеру, другому коллеге в другой стране», — сказал он. Вместо этого команды, базирующиеся в ОАЭ, прошли путь от предоставления персонала для более широкой миссии до получения ответственности за проектирование, сборку и тестирование полноценного глубококосмического зонда.
«Нам поручили выполнить реальную задачу по проектированию и инжинирингу в ОАЭ, — сказал Цоуцанис. — Теперь мы только завершили наше обширное тестирование. Тестирование в условиях окружающей среды действительно сложно, и именно здесь это ощущается по-настоящему».
Миссия является частью более широкого стремления превратить космические программы в промышленную возможность. Национальная космическая стратегия ОАЭ до 2031 года направлена на удвоение доходов от космической экономики, увеличение добавленной стоимости сектора на 60 процентов и расширение национальных компаний, инфраструктуры и экспорта.
TII также занимается разработкой двигательных установок помимо EMA. В феврале компания запустила первую в ОАЭ ракету-зондирующее устройство гибридного типа, разработанную и испытанную внутри страны, которая достигла высоты около трех километров.
Для Альхаммади прогресс проще понять, сравнивая межпланетные миссии ОАЭ. «Когда мы начинали с Миссии ОАЭ к Марсу около 10 лет назад, идея заключалась в том, что ОАЭ просто хочет быть частью этого. Следующая миссия, EMA, которую мы сейчас проводим, — это желание ОАЭ строить ее. И иншааллах, следующая будет возглавляться нами».
Цоуцанис видит ту же трансформацию. Инженеры, участвовавшие в более ранних миссиях, сегодня берут на себя более крупные обязанности, а национальная команда выросла как в численности, так и в технической глубине. Для него достижение Justitia в 2036 году станет выдающимся операционным достижением. Но, по его мнению, часть цели миссии уже достигнута: «Миссия уже является успехом в том смысле, что мы развили талант в стране и национальную способность. Не только исследовать космос, но и развивать людей».
Альхаммади смотрит на это более лично: «Мы, по сути, первое поколение, которое это делает».
Перед тем как MBR Explorer достигнет астероида, ему еще предстоит годы испытаний, запуска и путешествия в глубоком космосе. Однако задолго до того, как MBR Explorer достигнет астероида, одними из самых долговечных элементов миссии могут стать знания, люди и объекты, оставленные ею на Земле.