Den 22 september, runt middagstid, ESA:s Integral-rymdfarkost gick in i nödsäkert läge. Ett av rymdfarkostens tre aktiva "reaktionshjul" hade stängts av utan förvarning och slutat snurra, orsakade en krusningseffekt som innebar att satelliten själv började rotera.

Som ett resultat av att rymdfarkosten vände, data nådde bara markkontrollen fläckvis och batterierna laddades ur snabbt. Med bara några timmars ström kvar, det verkade möjligt att det 19-åriga uppdraget kunde gå förlorat.

Integral Flight Control Team, tillsammans med Flight Dynamics och Ground Station Teams vid ESA:s ESOC-uppdragskontroll, team på ESAC och Airbus Defence &Space, redo att arbeta. Med snabbt tänkande och geniala lösningar, de hittade problemet och räddade uppdraget.

Vad i hela friden?

A Single Event Upset (SEU) inträffar när en laddad partikel träffar en känslig del av elektrisk utrustning, orsakar ett engångsbyte av tillstånd som stör dess funktion. Dessa laddade, "joniserade" partiklar kommer ofta från solen när den spyr ut materia och energi under solflammor eller koronala massutkastningar.

"Jag tror inte att SEU vid detta tillfälle orsakades av vår lokala, ibland grinig stjärna. Denna strejk inträffade en dag då ingen relevant rymdväderaktivitet observerades, " förklarar Juha-Pekka Luntama, ESA:s chef för rymdväder.

"Baserat på en diskussion med våra kollegor i Flight Control Team, det ser ut som att anomin utlöstes av laddade partiklar som fångades i strålningsbälten runt jorden."

Van Allens strålningsbälten är två munkformade regioner som omger jorden, där energiladdade partiklar fångas inuti jordens magnetfält. Deras egenskaper varierar beroende på solaktivitet och de utgör en fara för satelliter och människor i rymden som passerar genom dem. Eftersom den lägsta punkten i Integrals bana nu bara är 1500 km från jordens yta, rymdfarkosten passerar genom båda strålningsbälten i sin omloppsbana.

'Darmstadt, vi har ett problem'

Integral använder "reaktionshjul" - hjul som lagrar energi när de snurrar - för att subtilt kontrollera riktningen som rymdskeppet pekar in utan att det behövs propeller.

Plötsligt, ett av dessa reaktionshjul stannade och, på grund av lagen om energibevarande, att vridkraften tidigare i hjulet var tvungen att gå någon annanstans - hela rymdfarkosten. Rymdfarkosten började snurra, utlöser ett nödläge för säker attityd som tyvärr, på grund av ett tidigare fel, var inte längre pålitlig och lyckades inte stabilisera uppdraget.

Reaktionshjulet återaktiverades av team på marken, men rymdfarkosten fortsatte att snurra med en genomsnittlig hastighet av cirka 17 grader per minut (ungefär ett varv var 21:e minut), samt att vingla oförutsägbart om sina yxor. Det här låter kanske inte så mycket, men rymdfarkosten roterade fem gånger sin maximala hastighet när den var under kontroll.

"Datan som kom ner från Integral var hackig, kommer in under korta perioder på grund av att det snurrar. Detta gjorde analysen ännu svårare, " förklarar Richard Southworth, Verksamhetsledare för uppdraget.

"Batterierna laddades ur, eftersom det bara var korta laddningsperioder när panelerna kort var vända mot solen."

Den första utmaningen var att minska Integrals energiförbrukning för att köpa mer tid. De första uppskattningarna av laddningen som återstod före blackout och förlusten av satelliten var bara tre timmar. Steg för steg, genom att stänga av olika instrument och icke-kritiska komponenter, detta ökade till mer än sex timmar. Nästa steg – sluta snurra.

Med stöd från branschexperter, teamet på ESOC analyserade tillståndet för reaktionshjulen, kommer med en rad kommandon för att ändra hastigheten och bromsa den snurrande satelliten. På sen eftermiddag, kommandona skickades och visade omedelbart framgång, men ytterligare tre långa timmar gick innan satelliten var helt under kontroll och utom omedelbar fara.

Integrals Apollo 13-moment

"Alla andades en enorm suck av lättnad. Det här var väldigt nära, och vi var oerhört lättade över att få ut rymdfarkosten ur denna "nära-döden"-upplevelse, " minns Andreas Rudolph, Chef för Astronomy Missions Division i ESOC:s Mission Operations Department.

"De flesta av kontrollteamet arbetade hemifrån vid det här laget – jag följde operationer från tåget! – och arbetade fram till fyra på morgonen för att få rymdfarkosten helt stabil, tillbaka i position och vänd mot solen för att ladda batterierna."

Tyvärr, några timmar senare när teamet samlades för att diskutera nästa steg, rymdfarkosten började återigen rotera, dess reaktionshjul snurrar igen i hög hastighet. Anledningen till detta är fortfarande inte helt klarlagd, men tros vara associerad med en "stjärnspårarockultation" eller "blindning" som inte hanterades korrekt av satellitens kontrollsystem - effektivt när jorden kommer i vägen för rymdfarkostens syn på stjärnorna, som den använder för att orientera sig.

Teamet upprepade de föregående dagarnas steg för att stabilisera rymdfarkosten och återgå till en solpekande position, denna gång utan att komma i vägen för stjärnspårarna. Återhämtningen tog bara ett par timmar, att öva på lärdomarna från första gången.

Integral har sedan dess varit under kontroll, och från den 27 september är alla system online igen. Sedan 1 oktober, efter en längre utcheckning, dess instrument är tillbaka och observerar högenergiuniversum.

Ett av de första målen för Integral kommer att vara att observera massiva stjärnor i Orion-regionen, och studera påverkan på deras omgivning när de går supernova.

"Vi är också tillbaka till observationer av 'mål för möjlighet', vilket innebär att Integral återigen reagerar snabbt för att studera oväntade explosiva händelser i universum, säger Erik Kuulkers, ESA:s Project Scientist for Integral.

Ett problem med dragkraft

Det är inte första gången detta nästan 20 år gamla uppdrag skrämde kontrollteamet på ESA:s ESOC Operations Center. Förra året, Integral avfyrade sina thrusters för möjligen den sista planerade tiden, efter ett fel med dess framdrivningssystem.

Det är detta bristfälliga framdrivningssystem som gjorde att ett normalt korrigerande Safe Mode var ineffektivt vid detta tillfälle. Med läget nu inaktiverat, kontrollteamet arbetar på en ny automatisk räddningssekvens som bör efterlikna många av de operationer som utfördes efter denna anomali, bara mycket snabbare.

När framdrivningssystemet misslyckades, teamet insåg att de skulle behöva lära sig att manövrera den fyra ton tunga satelliten med enbart dess mycket känsliga reaktionshjul, att dumpa energi vid regelbundna perioder och motverka krafter på rymdfarkosten, inklusive den försiktiga stöten från solens ljus. Det var en lösning som aldrig tidigare prövats.

"Jag trodde inte att det var möjligt först. Vi kollade med våra flygdynamikkollegor och teorin visade att det skulle fungera. Efter att ha gjort en simulering, vi testade det på rymdfarkosten. Det fungerade, " förklarar Richard.

"Tack vare vårt snabba team och hjälp av experter från hela branschen, Integral lever vidare. Nästan två decennier gammal, det är långt över förväntningarna på vad som var tänkt att bli ett femårigt uppdrag."