Den 9 februari kl. 2017, NASA:s Magnetospheric Multiscale -uppdrag, känd som MMS, började en tre månader lång resa in i en ny bana. MMS flyger i en mycket elliptisk bana runt jorden och den nya banan kommer att ta MMS dubbelt så långt ut som det tidigare har flugit. I den nya banan, som inleder den andra fasen av sitt uppdrag, MMS kommer att fortsätta kartlägga de grundläggande egenskaperna hos rymden runt jorden, hjälper oss att förstå denna viktiga region genom vilken våra satelliter och astronauter reser. MMS kommer att flyga direkt genom regioner - där gigantiska explosioner som kallas magnetisk återanslutning inträffar - aldrig tidigare observerats i hög upplösning.

Lanserades i mars 2015, MMS använder fyra identiska rymdfarkoster för att kartlägga magnetisk återanslutning-en process som uppstår när magnetiska fält kolliderar och återinriktas explosivt till nya positioner. NASA -forskare och ingenjörer flyger MMS i en aldrig tidigare skådad nära formation som gör att uppdraget kan resa genom områden där solens magnetfält interagerar med jordens magnetfält - men att hålla fyra rymdfarkoster i form är långt ifrån lätt.

"Detta är ett av de mest komplicerade uppdrag som Goddard någonsin har gjort när det gäller flygdynamik och manövrar, "sa Mark Woodard, MMS -uppdragsdirektör vid NASA:s Goddard Flight Space Center i Greenbelt, Maryland. "Ingen har någonstans gjort formationsflygning så här tidigare."

För att skapa en tredimensionell bild av återanslutning, uppdraget flyger fyra enskilda satelliter i en pyramidformation som kallas en tetraeder. Medan ett tidigare gemensamt ESA (European Space Agency)/NASA -uppdrag flög i en liknande formation, MMS är det första som flyger i en så extremt snäv formation - bara fyra mil från varandra i genomsnitt. Att upprätthålla denna nära separation möjliggör högupplöst kartläggning men ger en extra dimension av utmaning till flygande MMS, som redan är ett komplext företag.

Flyga en rymdfarkost, som man skulle misstänka, är inget som att köra bil. Istället för att fokusera på bara två dimensioner - vänster och höger, framåt och bakåt - du måste också överväga upp och ner. Lägg till det, behålla de fyra MMS-rymdfarkosterna i den specifika tetraedriska formationen som är nödvändig för tredimensionell kartläggning, och du har en ganska utmaning. Och glöm inte att undvika rymdskräp och andra rymdfarkoster som kan korsa din väg. Åh, och varje rymdfarkost snurrar som en topp, lägga till ytterligare ett lager till den svindlande komplexiteten.

"Vanligtvis, det tar ungefär två veckor att gå igenom hela proceduren för att utforma manövrar, "sa Trevor Williams, MMS -flygdynamik leder vid NASA Goddard.

Williams leder ett team på cirka ett dussin ingenjörer för att se till att MMS:s bana håller sig på rätt spår. Under en normal driftvecka, manövrerna, som har noggrant utformats och beräknats på förhand, avslutas i ett möte i början av veckan.

För att beräkna dess plats, MMS använder GPS, precis som en smart telefon. Den enda skillnaden är att denna GPS -mottagare är långt över jorden, högre än GPS -satelliterna som skickar ut signalerna.

"Vi använder GPS för att göra något som det inte var avsett för, men det fungerar, "Sa Woodard.

Eftersom GPS designades med jordbundna användare i åtanke, signaler sänds nedåt, gör det svårt att använda uppifrån. Lyckligtvis, signaler från GPS -satelliter skickas brett för att täcka hela planeten och följaktligen smyger några från planets bortre sida runt jorden och fortsätter upp i rymden, där MMS kan observera dem. Med hjälp av en speciell mottagare som kan ta upp svaga signaler, MMS kan stanna i konstant GPS -kontakt. Rymdfarkosten använder GPS -signalerna för att automatiskt beräkna sin plats, som de skickar ner till flygkontrollens högkvarter vid Goddard. Ingenjörerna använder sedan den positioneringen för att utforma manövrerna för rymdfarkostens banor.

Medan banan för varje MMS -rymdfarkost är nästan identisk, små justeringar måste göras för att hålla rymdfarkosten i en tät formation. Ingenjörerna förlitar sig också på rapporter från NASA:s riskanalys för konjunkturbedömning, som identifierar platserna för rymdskräp och ger meddelande när objekt, som en gammal kommunikationssatellit, kan korsa MMS:s väg. Även om ingenting ännu har riskerat att kollidera med MMS, besättningen har en förberedd reservplan - en undvik manöver - om behovet uppstår.

På schemalagda onsdagar, en eller två per månad, kommandona skickas upp till rymdfarkosten för att justera tetraederformationen och göra nödvändiga omloppsjusteringar. Dessa kommandon uppmanar MMS att avfyra sina propeller i korta skurar, driva rymdfarkosten till dess avsedda plats.

Att flytta MMS är en långsam process. Varje rymdfarkost är utrustad med propeller som ger fyra kilo dragkraft, men de väger också nästan ett ton var. Rymdfarkosten snurrar alla som toppar, så tidpunkten för varje utbrott måste synkroniseras exakt för att skjuta rymdfarkosten i rätt riktning.

Nästa dag, när rymdfarkosten är på rätt plats, en andra kommandorunda ges för att skjuta thrusterna i motsatt riktning, för att fixa rymdfarkosten i form. Utan detta kommando, rymdfarkosten skulle skjuta över sina avsedda positioner och glida isär utan att motstå krafter för att stoppa dem.

Till skillnad från flygplan, som ständigt avfyrar sina motorer för att hålla i rörelse, rymdfarkosten förlitar sig på sin fart för att bära dem runt sin bana. Endast korta utbrott från sina thrusterar, varar bara några minuter, krävs för att behålla sin bildning och göra mindre justeringar av banan.

"Vi lägger 99,9 procent av tiden på att köra eftersom vi måste vara sparsamma med bränslet, "Sa Williams.

Lanserad med 904 pund bränsle, rymdfarkosten har bara använt cirka 140 kilo under de första två driftåren. Dock, att skicka MMS till en större bana för sin andra fas kommer att förbruka ungefär hälften av det återstående bränslet - och det finns inga bensinstationer i utrymmet för tankning. Operationsbesättningen planerar noggrant varje manöver för att minimera bränsleförbrukningen. Typiska manövrar tar mindre än ett halvt kilo bränsle och besättningen hoppas att deras bränslebesparingsinsatser kommer att spara tillräckligt med bränsle för att möjliggöra utökade studier efter slutet av det primära uppdraget.

Den nya elliptiska banan kommer att ta MMS till inom 600 miles över jordens yta vid sitt närmaste tillvägagångssätt, och ut till cirka 40 procent av avståndet till månen. Tidigare, rymdfarkosten gick bara ut en femtedel (20 procent) av avståndet till månen.

I uppdragets första fas, MMS undersökte solsidan av jordens magnetosfär, där solens magnetfältlinjer ansluter till jordens magnetfältlinjer, tillåter material och energi från solen att tratta in i rymden nära jorden. I den andra fasen, MMS kommer att passera genom nätsidan, där återanslutning tros utlösa auroror.

Förutom att hjälpa oss att förstå vår egen rymdmiljö, lära sig om orsakerna till magnetisk återanslutning belyser hur detta fenomen uppstår i hela universum, från auroror på jorden, att blossa på solens yta, och även till områden som omger svarta hål.

Medan MMS inte kommer att behålla sin tetraedriska formation när den flyttar till sin nya bana, den kommer att fortsätta ta data om de miljöer den flyger igenom. Operationsbesättningen förväntar sig att MMS når sin nya bana den 4 maj, 2017, vid vilken tidpunkt det kommer att vara tillbaka i form och redo att samla in nya 3D-vetenskapsdata, eftersom dess elliptiska bana leder den genom specifika områden som anses vara platser för magnetisk återanslutning.