Om sju år, i april 2031, kommer ESA:s Juice-uppdrag att flyga förbi Jupiters måne Callisto, vilket ger forskare en lockande inblick i den mystiska, kraterfyllda främmande världen.
Det kan tyckas långt borta, men i en värld av rymdfarkoster är det aldrig för tidigt att börja förbereda sig.
Team vid ESA:s ESOC-uppdragsoperationscenter i Tyskland "lurade" nyligen Juices ingenjörsmodell att tro att den redan fanns i Callisto för att testa uppdragets autonoma navigationsprogram.
När Juice anländer till Callisto kommer den stora kommunikationsfördröjningen mellan jorden och Jupitersystemet att innebära att det inte har råd att vänta på svar från uppdragskontrollen om något går fel.
Även om vi har en bra uppfattning om var Callisto kommer att befinna sig i april 2031, vet vi inte dess position tillräckligt exakt för att garantera att Juices bana kommer att ta den genom Callistos gravitationsfält på exakt rätt sätt för att passa perfekt för hög precision vetenskapliga mätningar.
Under den tid det tar att skicka och ta emot meddelanden mellan Jupiter och jorden, kan riktningen som Juice pekar med sina fjärranalysinstrument glida så långt ur kurs att vetenskapen kan missas och viktiga uppdragsmål påverkas.
Även en liten avvikelse kan vara fruktansvärd för vetenskapen, eftersom vissa av Juices instrument måste riktas mot specifika regioner i Callisto inom en liten bråkdel av en grad för att kunna göra sina mätningar.
"Vi behöver Juice för att kunna reagera med sina egna "ögon" och sin egen "hjärna", säger Ignacio Tanco, Juice Flight Operations Director. "När Callisto dyker upp i synfältet för sin navigationskamera måste den kunna identifiera viktiga särdrag på månens yta, rotera sig själv för att rikta sina instrument mot dem och sedan fortsätta rotera för att hålla dem synliga när den flyger förbi. ."
Team på ESA flyger rymdfarkoster till nya och spännande destinationer över hela solsystemet. För att träna för viktiga aktiviteter och hjälpa till att diagnostisera och lösa problem som upplevs av rymdfarkoster miljontals kilometer bort, använder de en unik replika som finns kvar på jorden. Denna "ingenjörsmodell" är en exakt kopia av hårdvara, mjukvara, elektriska system och instrument som skickas ut i rymden.
Juice-teamet använde sin ingenjörsmodell för att testa den autonoma navigationsmjukvaran som kommer att hålla Juice på rätt spår i Jupiter-systemet.
De "lurade" den att tro att den var i Callisto genom att projicera en serie bilder av månen på dess trogna replika av rymdfarkostens navigationskamera för att se hur den skulle reagera.
Dessa högupplösta bilder, genererade av en datormodell, avbildade Callisto i exakt den orientering och fas som Juice kommer att se den när den kommer om sju år.
"Det var inte så enkelt som att förbereda bilder i förväg och spela upp en video framför navigeringskameran", säger Giulio Pinzan, ESA Spacecraft Operations Engineer, som övervakade aktiviteten.
"Navigationsmjukvaran var tvungen att reagera på dessa bilder. Om den märkte att den närmade sig Callisto i fel vinkel eller var vänd lite åt fel håll, var den tvungen att försöka korrigera dessa fel utan vår hjälp."
"Det innebar att synen av Callisto var tvungen att reagera på rymdfarkostens handlingar i realtid. Vi fäste effektivt ett uppslukande virtuell verklighetsheadset på Juices kamera och lät det röra sig självständigt i detta virtuella utrymme."
Teamen från ESA och Juices tillverkare, Airbus, avsatte tre dagar för Callisto-förbiflygningstestet. Rymdfarkostoperatörerna, forskarna och mekaniska, elektriska och mjukvaruingenjörer förväntade sig alla att tillbringa dagar med att stöta på och lösa problem innan de till slut uppnådde en ren förbiflygning där Juice reagerade precis som de ville.
För att göra detta test ännu mer utmanande hade de inte tillgång till ett av de viktigaste verktygen i rymdfarkostens operationsverktyg. Vanligtvis, innan ett komplext test som detta körs på rymdfarkostens fysiska ingenjörsmodell, körs det först på en helt digital mjukvarusimulator av rymdfarkosten som inte har några fysiska delar.
Det är här de flesta problem stöter på och löses, och tester körs bara på den fysiska ingenjörsmodellen när operatörerna redan har en bra uppfattning om vad de kan förvänta sig.
"Men det här scenariot är så komplext att det för närvarande är omöjligt att simulera med Juice-programsimulatorn", säger Giulio Pinzan. "Vi flög in i det här testet helt blinda."
Ändå, trots deras förväntningar, lyckades laget på det allra första försöket på dag ett. Juices navigationsprogram låste sig till de rätta områdena i Callisto, höll instrumenten riktade direkt mot dem och bibehöll säkert rätt bana när den navigerade genom den krävande förbiflygningen.
"Vi måste verkligen berömma vårt Flight Dynamics-team, i synnerhet", säger Giulio. "Deras matematiska beräkningar var perfekta och gjorde det möjligt för oss att kryssa genom en ren förbiflygning på det allra första försöket trots bristen på erfarenhet de vanligtvis skulle få av att experimentera med mjukvarusimulatorn. Det var fantastiskt, verkligen. De överraskade till och med oss."
"Airbus-teamet gjorde också ett anmärkningsvärt jobb med att sätta upp ingenjörsmodellen i tid för testet, samtidigt som de försåg oss med alla detaljer som vi behövde för att använda det autonoma navigationssystemet korrekt."
Callisto-förbiflygningen är ett av de mest krävande scenarierna som Juice kommer att möta och är ett av de svåraste att sätta upp och genomföra med den tekniska modellen.
Modellen transporterades från Airbus i Frankrike till ESOC i Tyskland i februari. Med det framgångsrika slutförandet av det här sista testet är det nu färdigställt, ESA-teamen är fullt utbildade i hur man använder det och det har officiellt överlämnats.
Juice-teamet måste nu bekräfta att flygmodellen beter sig på exakt samma sätt som ingenjörsmodellen genom att utföra ett liknande test i rymden. De enda möjligheterna att spåra ett stort objekt med Juices navigeringskamera kommer dock under dess planetariska förbiflygningar.
Den kommande mån-jordens gravitationshjälp i augusti i år är inte ett alternativ för detta test. Under denna dubbla förbiflygning kommer Juice att svänga förbi månen och sedan jorden mindre än 24 timmar senare för att stjäla energi från båda kropparna i snabb följd. Det är en mycket känslig manöver som aldrig har försökts tidigare och alla händer måste vara redo att reagera på eventuella anomalier med ett ögonblicks varsel.
Tillhandahålls av Europeiska rymdorganisationen
