XMM-Newton är ett av Europas längstflygande och mest produktiva observatorier i omloppsbana, undersöker det heta röntgenuniversumet. Tack vare lagarbete och teknisk innovation, det är på väg att fortsätta flyga länge ännu.

Lanserades för 17 år sedan, ESA:s kretsande röntgenteleskop har hjälpt forskare runt om i världen att förstå några av vårt universums mest mystiska händelser, från vad som händer i och runt svarta hål till hur galaxer bildades.

Vid 3800 kg, den 10 m långa XMM-Newton är den största vetenskapliga satellit som någonsin byggts i Europa och dess teleskopspeglar är de känsligaste som någonsin utvecklats.

Förväntas vara i drift så länge som ett decennium, den tåliga rymdfarkosten har glatt överraskat alla genom att vara i nästan två decennier – och den visar inga tecken på att ge upp.

Framgången för XMM-Newton har varit möjlig inte bara på grund av den robusta rymdfarkosten, men också det nära samarbetet mellan ESA:s astronomicentrum nära Madrid, Spanien, och uppdragsledarna vid ESA:s operationscenter i Darmstadt, Tyskland.

"Det totala antalet av 4775 vetenskapliga publikationer hittills, med 358 bara från detta år, är ett imponerande register över uppdragets vetenskapliga framgång, täcker många, många områden inom astrofysik, " konstaterar projektforskaren Norbert Schartel.

Men att hålla den i form och frisk in i sitt tredje decennium innebär att teamet måste fortsätta att utveckla och testa nya kontrolltekniker. En komplex förändring av omloppskontrollsystemet har nästan halverat bränsleförbrukningen, till exempel.

(Inte) körs på tom

Till att börja, att hålla XMM i omloppsbana kommer att kräva sporadiska skjutningar, ungefär en gång om dagen, och det betyder att bränna bränsle.

"Vi har gott om bränsle och under åren har vi kommit på hur vi kan använda mindre och mindre för att upprätthålla vår vetenskapsbana, säger Marcus Kirsch, operativ chef för rymdfarkoster.

"Bränslet fördelas mellan fyra separata tankar, men huvudtanken kommer att torka först. Designen betyder att vi inte kunde använda det återstående bränslet i de andra tankarna, så vi flyttar allt till tank 1. Detta kommer att göra det möjligt för oss att fortsätta verksamheten under det kommande decenniet."

Tillbaka i kontrollrummet

Som en del av denna process, flygkontrollteamet återvände till ESA:s stora, huvudkontrollrum för allmänt bruk vid uppdragskontroll i november – första gången sedan lanseringen 1999 – för fem dagars intensiva simuleringar. Teamet arbetar vanligtvis från en mindre, dedikerat rum som delas med uppdragsteamen Integral och Gaia.

Simuleringarna kontrollerade de procedurer som kommer att användas för att flytta bränslet och för att omkonfigurera XMM för arbete efter 2017.

"Det är inte många rymdfarkoster som använder det specialdesignade tankbränslesystemet som på XMM, säger Nikolai von Krusenstiern, driftingenjör för rymdfarkoster.

"Så vitt vi vet, ingen har någonsin flyttat bränsle från en tank till en annan med en tankdesign som vår i en satellit i omloppsbana, och vi vill ta så mycket tid som behövs för att minimera risken för uppdraget."

Tank-till-tank-påfyllning förutsågs aldrig i de ursprungliga designspecifikationerna – eftersom XMM inte var tänkt att pågå så länge – så ingen process utarbetades av byggaren Astrium (nu Airbus Defence &Space).

"Airbus har varit mycket hjälpsamma – de hjälpte oss till och med komma i kontakt med den nu pensionerade konstruktören av bränslesystemet för att hjälpa oss att på ett säkert sätt utforma procedurerna, säger Nikolai.

XMM:s tredje decennium

Teamet kommer nu att analysera resultaten av förra månadens simuleringar med målet att konfigurera om rymdfarkosten under 2017. Detta kommer att komplettera den noggranna optimeringen av de flygkontrollprocedurer som redan finns på plats, och låt XMM-propellerna skjuta – och rymdfarkosten flyga tillförlitligt – till 2023.

Efter det, teamet kommer att ha en lågrisk och bekräftad plan till hands för att genomföra bränslepåfyllningen, som därefter skulle hålla hantverket i sitt vetenskapsuppdrag långt in i sitt tredje decennium.

"Den tid som spenderades på träning och simuleringar förra månaden var oerhört värdefull för hela laget, säger Marcus.

"Vi arbetade tillsammans för att ta fram en solid lösning för XMM:s kommande decennier, och de enskilda ingenjörerna fick utmärkt träningserfarenhet som de kan använda för XMM eller till och med ta med sig om de tilldelas andra uppdrag."