البحث عن نجوم إقليدس المخفية: تحسين عملية التشغيل

سواء أكان الأمر يتعلق بأجهزة استشعار التوجيه الدقيقة لإقليدس التي تفقد مسار النجوم بشكل متقطع، أو ضوء الشمس الشارد الذي يتداخل مع مراقبة الكون، أو الأشعة السينية التي تظهر في صور الأجهزة، فإن المشكلات المثارة لا تهدد مهمة إقليدس ولكنها يمكن أن تؤثر على كيفية قيامه بعمله.

بعد أشهر من السهر المتأخر والتصميم من قبل فرق هندسة التحكم في المهمة التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية وعلماء المهمة والصناعة، مع بعض التعديلات على برامج المراقبة ومعالجة البيانات وتعديل الاتجاهات التي سيشير إليها إقليدس، يبدو كل شيء جيدًا بالنسبة للمخبر.

كان كل شيء يسير على ما يرام، حتى…

لقد بدأ تشغيل إقليدس – وهي الفترة التي تلي الإطلاق، والتي يتم خلالها نشر أدوات المهمة وأنظمتها الفرعية وتشغيلها واختبارها ومعايرتها – بداية جيدة. عملت فرق مراقبة المهمة التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية على مدار الساعة، في نوبات مدتها 12 ساعة، خلال أسابيع مكثفة من المناورات والاختبارات والمعايرة؛ أثناء تحليق المهمة إلى نقطة لاغرانج 2، تمت إزالة الجليد من مرايا التلسكوب، وتم إيقاظ أدوات NISP وVIS وشاهدت “الضوء الأول” وتم التركيز على مرآة التلسكوب. كانت صور اختبار إقليدس الأولى رائعة.

ومع ذلك، فمن النادر، هذا إن حدث، أن يسير كل شيء بشكل مثالي طوال مدة المهمة الفضائية. ففي نهاية المطاف، لا يمكننا إجراء الاختبارات إلا على الأرض، فالفضاء عالم مختلف. لتشغيل مركبة فضائية، ستحتاج الفرق الهندسية والعلمية دائمًا إلى اكتشاف المشكلات وحلها بسرعة عند ظهورها، وهناك العديد من الطرق التي يمكن أن تسوء بها المهمة. وهذا هو السبب وراء قضاء أشهر في عمليات محاكاة شاقة قبل الإطلاق – فأنت لا تعرف أبدًا ما سيحدث حقًا.

هذا ليس منظورًا نوصي به للحياة اليومية، ولكن من طبيعة العمليات الفضائية التركيز على السلبيات. في الوقت الحالي، وداعًا للجودة البصرية الأفضل من المتوقع لإقليدس ورحلته السلسة إلى “L2″، حان الوقت للتحقيق في الخطأ.

من المحتمل العثور على نجوم الدليل المفقودة

تعد إقليدس واحدة من أكثر المهام دقة التي تم إطلاقها على الإطلاق، حيث توفر صورًا شديدة الوضوح وأطيافًا عميقة لكوننا، تمتد إلى 10 مليارات سنة. وسوف ينتج مسحًا عظيمًا لثلث السماء بأكملها. كل 75 دقيقة خلال مهمته التي تستغرق ست سنوات، يجب أن يشير التلسكوب إلى مجال جديد في السماء بدقة وثبات شديدين.

وللقيام بذلك، تحتوي المركبة الفضائية على مستشعر توجيه دقيق (FGS)؛ تطور جديد تمامًا في أوروبا يتكون من أجهزة استشعار بصرية ترصد وتثبت النجوم التي اكتشفتها مهمة غايا التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية، وتستخدمها كدليل للتنقل وتحديد المكان الذي يجب أن يشير إليه التلسكوب بالضبط في السماء. يتم إدخال هذه المعلومات في “نظام التحكم في الموقف والمدار” الذي يتحكم في اتجاه إقليدس وحركته المدارية.

على الرغم من أن معظم الأنظمة تعمل بشكل جيد، فقد كانت هناك حالات متقطعة فشل فيها مستشعر التوجيه الدقيق في التثبيت على النجوم الخافتة. في المدار، يكتشف إقليدس السماء الحقيقية في ظل ظروف فضائية حقيقية، وهو أمر يصعب جدًا محاكاته قبل الإطلاق. بالإضافة إلى ذلك، فإن الأشعة الكونية القادمة من الشمس والمجرة تلوث عمليات الرصد، مما يجعل عمل FGS تحديًا حقيقيًا.

تم تمديد مرحلة تشغيل إقليدس للتحقيق في المشكلة، مما أدى إلى تأخير “فحص الأداء” المهم للغاية. منذ ذلك الحين، تعمل الفرق على تصحيح البرنامج الذي تم تحميله الآن على المركبة الفضائية ويخضع لاختبارات مكثفة.

“إن مسألة الاتجاه الصحيح لإقليدس هي أمر يهمنا جميعًا. لقد عمل المركز الفني لوكالة الفضاء الأوروبية (ESTEC)، ومركز التحكم في المهمة (ESOC)، ومركز علم الفلك (ESAC) وفرق الصناعة ليل نهار، بلا كلل لعدة أشهر، ولا أستطيع أن أشكرهم بما فيه الكفاية على تصميمهم على حل هذه المشكلة. يقول أندرياس رودولف، مدير العمليات في إقليدس.

ويضيف ميخا شميدت، مدير العمليات: “يسعدني أن أقول إن الاختبارات الأولى تبدو جيدة. لقد وجدنا العديد من النجوم في جميع اختباراتنا، وعلى الرغم من أنه من السابق لأوانه أن نكون متحمسين وأن هناك حاجة لمزيد من الملاحظات، إلا أن العلامات مشجعة للغاية.

لقد مر البرنامج المحدث بالفعل بنجاح على جهاز محاكاة للمركبة الفضائية وعلى “منصة اختبار” (نسخة طبق الأصل من إقليدس) في مركز التحكم في المهمة، ثم عمل بشكل مثالي في المدار وسيتم بعد ذلك اختباره تحت سيطرة مركز العمليات العلمية التابع لمركز علم الفلك ESAC التابع لوكالة الفضاء الأوروبية فى اسبانيا.

“من الواضح أن هذا هو المكان الذي سنجري فيه الاختبار الحقيقي للحقيقة، لأن الصور العلمية فقط هي التي يمكن أن توفر لنا اليقين المطلق بأن تحديد إقليدس يعمل بشكل جيد”، يحذر جوزيبي راكا، مدير مشروع إقليدس.

“ومع ذلك، فإن كل الأدلة حتى الآن تجعلنا متفائلين للغاية. سنبقي أصابعنا متقاطعة، ولكن إعادة تشغيل مرحلة التحقق من الأداء تقترب كل يوم.

المحقق المظلم يرى “ضوءًا ساطعًا” غير مرغوب فيه

بينما يبدو أنه تم العثور على النجوم الدليلية الضعيفة لإقليدس، فإن مشاكله التالية (الأصغر) تأتي من أقرب نجم لنا.

يقع إقليدس عند نقطة لاغرانج 2 في مدار فريد “خلف” الأرض. وهنا يدير إقليدس ظهره للشمس، بحيث تكون جميع الأجزاء الحساسة في تلسكوبه محمية من أشعة الشمس بواسطة مظلة مخصصة لذلك. ومع ذلك، من المعروف أن حامل الدفع يقع خارج ظل الشمس ويتلقى ضوء الشمس المباشر.

يبدو أن كمية صغيرة من ضوء الشمس تنعكس من الحامل باتجاه الجهاز المرئي (VIS) المحمي بطبقات عديدة من العزل. ومع ذلك، نظرًا للحساسية الشديدة لأداة VIS، فإن النظرية الحالية هي أن الضوء الكافي لا يزال يمر عبر هذا العزل، مع اكتشاف الضوء الشارد أثناء عمليات المراقبة الاختبارية عندما يتم تدوير VIS إلى زوايا محددة.

أظهرت غالبية عمليات رصد VIS عدم وجود تداخل ملحوظ في الضوء الشارد، ولكن في زوايا معينة تأثر ما يقرب من 10% من عمليات الرصد. أمضت الفرق العلمية والهندسية والصناعية أسابيع في فك رموز الزوايا التي تسمح بدخول الكثير من الضوء غير المرغوب فيه، وأعادت تصميم مسح إقليدس وتحسينه لتقييد اتجاه كل نقطة في السماء.

وفي حين أن هذا لن يؤثر على قدرة إقليدس على التقاط الصور الدقيقة المطلوبة، إلا أنه قد يؤثر على فعالية التحقيق – وهو موضوع لا يزال قيد الدراسة.

مواجهة الشمس

ضوء الشمس ليس المشكلة الشمسية الوحيدة التي يواجهها إقليدس. لو كانت هذه رواية لأجاثا كريستي، لكنا بدأنا نتساءل عما تحاول الشمس إخفاءه عن محققنا الكوني. أدخل: التوهجات الشمسية – الانفجارات المفاجئة للإشعاع الكهرومغناطيسي من سطح الشمس، والتي تتكون من الضوء عبر الطيف بأكمله، بما في ذلك الأشعة السينية.

كواشف إقليدس محمية من البروتونات منخفضة الطاقة التي يمكن أن تلحق الضرر بها. ومع ذلك، يبدو أنه في زوايا معينة، يمكن للأشعة السينية المنبعثة من الشمس أثناء التوهجات الشمسية أن تصل أحيانًا إلى أجهزة الكشف، مما يؤدي إلى إفساد جزء من الصور الملتقطة في ذلك الوقت.

النشاط الشمسي مرتفع حاليًا مع اقتراب الشمس من الفترة الأكثر نشاطًا في الدورة الشمسية الحالية، والتي من المتوقع أن تبلغ ذروتها في 2024-25.

ويتوقع التحليل حاليًا أنه اعتمادًا على النشاط الشمسي، قد يفقد إقليدس حوالي 3% من بياناته إذا لم يتم حل هذه المشكلة. ومع ذلك، الآن بعد اكتشاف المشكلة، أصبحت الفرق قادرة على تحديد وحدات البكسل المتأثرة وتجاهلها في مزيد من التحليل. إنهم يعملون على خطط لتكرار الملاحظات لملء الفجوات في دراسة إقليدس الكونية.

التفاؤل بالنتائج العلمية المستقبلية

من المهم وضع القضايا المذكورة أعلاه في سياقها. فترة التكليف هذه هي الوقت الذي تركز فيه الفرق بشدة على الكشف عن أي مشكلات محتملة قد تؤثر على المهمة – كبيرة كانت أم صغيرة.

سوف يلتقط إقليدس صورًا رائعة لكوننا ويساعد في فهم كيفية تأثير الطاقة المظلمة والمادة المظلمة على أجزاء عالمنا التي يمكننا رؤيتها. تبدو نصيحة إقليدس على وشك الحل دون أي تأثير آخر على المهمة. يمكن تخفيف الضوء الشارد من الشمس من خلال إعادة البرمجة الذكية لمسح إقليدس، وعلى الرغم من أن مشكلة الأشعة السينية سيكون لها تأثير هامشي، إلا أن الفرق تعمل بجد لتقليلها من خلال الملاحظات المتكررة ومعالجة البيانات.

ترقبوا التحديثات، حيث نقترب من الصور الأولى لإقليدس ونبدأ السعي للكشف عن طبيعة المادة المظلمة والطاقة المظلمة.