p Voando pelo céu a 400 quilômetros de altura está um conjunto de detectores e eletrônicos do tamanho de uma caixa de sapatos chamado Dellingr. O homônimo do mitológico deus nórdico do amanhecer, Dellingr está entre uma nova geração de espaçonaves conhecida como CubeSat. Esses pequenos satélites, medido em unidades padronizadas de 10 por 10 por 10 centímetros cúbicos, pesam não mais do que alguns quilos - tendo pouca semelhança com o maior, espaçonaves do tamanho de uma van, como o telescópio Hubble, pelo qual a NASA é conhecida. Mas SmallSats - que abrange uma ampla gama de tamanhos, incluindo CubeSats - são uma ferramenta cada vez mais valiosa no arsenal do cientista espacial. p Mas os CubeSats ainda estão em sua infância, com taxas de sucesso de missão em torno de 50%. Então, uma equipe de cientistas e engenheiros do Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland, partiu em uma busca. Objetivo deles? Para construir um CubeSat mais resistente, que pudesse lidar com os inevitáveis ​​contratempos durante o voo que atormentam qualquer espaçonave, sem ir embora. Eles queriam um pouco de CubeSat que pudesse.

p Era um território desconhecido para eles - um exercício de engenharia por excelência. A equipe estava acostumada a construir grandes espaçonaves, com as camadas do processo, análises e testes que os tornam confiáveis. Mudar para o CubeSats exigiria a adaptação ou, em alguns casos, a criação de novos processos e abordagens, modificar estruturas organizacionais, tudo isso enquanto trabalhava rápido e com um orçamento limitado. Mas foi um experimento que vale a pena tentar, já que as lições que eles certamente aprenderiam beneficiariam toda a comunidade CubeSat. Eles trabalharam em 2014 e, após três anos de desenvolvimento, Dellingr estava pronto para levantar vôo.

p No momento em que este artigo foi escrito, Dellingr estava voando sobre suas cabeças, transmitindo dados valiosos de ciência e engenharia e resolvendo seus problemas finais. Mas a jornada de Dellingr está longe de ser tranquila:a história de seu lançamento, complicações subsequentes e soluções bem-sucedidas é um conto clássico da NASA de persistência e engenhosidade.

p Linha do tempo

p 14 de agosto, 2017:lançamento

p Dellingr foi lançado a bordo de um foguete Space-X Falcon 9 na missão CRS-12 da NASA para reabastecer a Estação Espacial Internacional. Permaneceu como carga pelos próximos três meses até a implantação.

p 20 de novembro 2017:Implantação da ISS

p Logo após o meio-dia EST, a equipe Dellingr assistiu a uma transmissão ao vivo da Estação Espacial Internacional e aplaudiu quando Dellingr foi liberado do implantador NanoRacks.

p 20 de novembro 2017:segundos depois

p Como Dellingr escapou da ISS, a excitação da equipe imediatamente se transformou em angústia quando eles notaram pequenos apêndices saindo da espaçonave. Um magnetômetro, projetado para medir os campos magnéticos da Terra, e uma antena já estava projetada, apesar de ter sido programado para um período de atraso de 30 minutos após a implantação. Algo estava errado.

p As investigações revelaram que a espaçonave foi acidentalmente ligada durante a preparação para o desdobramento, acionando o magnetômetro e a antena enquanto ainda está dentro do implantador - e diminuindo a potência da espaçonave. Dellingr foi ejetado para o espaço com a bateria descarregada.

p Felizmente, como a maioria dos CubeSats, Dellingr não depende de propulsão para permanecer em órbita. Embora "morto" no ar, o pequeno satélite caiu pelo espaço até que seus painéis solares (que cobrem todas as superfícies da espaçonave) recarregaram suficientemente a bateria. Oito horas depois, Dellingr fez sua primeira passagem sobre sua estação terrestre nas instalações de voo Wallops da NASA, na Ilha Wallops, Virgínia. Os dados da espaçonave indicaram que ela estava totalmente funcional, tinha automaticamente apontado para o sol, e tinha uma carga de bateria saudável. Apesar da implantação anômala, a espaçonave funcionou perfeitamente conforme o planejado.

p 21 a 30 de novembro, 2017:Outgassing

p Além de dois magnetômetros projetados para medir os campos magnéticos da Terra, Dellingr carrega um instrumento chamado Espectrômetro de Massa Neutra de Íons, ou INMS, que mede íons e partículas neutras na atmosfera. O instrumento INMS nunca havia sido totalmente validado no espaço. Mostrar o que poderia fazer era um dos principais objetivos da missão. Contudo, antes que pudesse ser ligado, O INMS precisava completar o processo de liberação de gás - permitindo que resíduos prejudiciais da atmosfera da Terra evaporassem da espaçonave. Nada a fazer a não ser esperar.

p 30 de novembro 2017:perdendo o sol

p Dellingr determina sua orientação em parte ao encontrar o sol e rastrear sua posição enquanto ele orbita a Terra. Em 30 de novembro, a equipe havia notado que Dellingr não estava segurando o sol e parecia estar inquieto no espaço. O sistema de controle de orientação da espaçonave acelerou suas rodas de reação - que giram para inclinar a espaçonave de uma forma ou de outra - ao tentar corrigir o curso.

p Mas no chão, algo não parecia certo. Dellingr tem dois ponteiros solares:um personalizado, de alta precisão, e um comprado comercialmente e testado em voo (embora com resolução inferior). Apenas o ponteiro do sol personalizado estava retornando dados de aparência selvagem. A espaçonave não estava balançando - o ponteiro solar personalizado estava com defeito.

p Os engenheiros da Dellingr carregaram o código de correção rápida para colocá-lo offline até que pudessem descobrir a raiz do problema. Mas antes que eles pudessem fazer isso, um problema ainda maior surgiu.

p 16 de dezembro 2017:Perda de GPS

p Menos de um mês em órbita, O sistema GPS comercial da Dellingr reduziu abruptamente sua potência, caiu de temperatura e gaguejou até parar. O sistema GPS estava morto.

p A perda do GPS significava que a equipe não conseguia determinar com precisão a posição de Dellingr - e também não conseguia determinar a direção do movimento, fundamental para a orientação adequada do instrumento INMS. O INMS funciona como um limpa-neve, recolhendo íons e partículas neutras na extremidade dianteira da espaçonave enquanto ela voa pelo espaço. Sem GPS, eles não podiam ter certeza de que o furo estava voltado para a direção certa.

p A equipe colocou Dellingr em modo operacional mínimo e começou a trabalhar em um plano de como continuar sem GPS. Em meados de janeiro, eles formularam um plano e começaram a fazer os preparativos para implementá-lo. Mas, ainda denovo, um novo problema surgiu.

p 27 de janeiro 2018:O problema de redefinição

p As espaçonaves em órbita estão sempre em risco do que é chamado de distúrbios de evento único que podem embaralhar os sinais elétricos da espaçonave - como ser atingida por um raio cósmico de alta velocidade ou partícula energética do sol. Para se proteger contra transtornos de evento único, Dellingr foi projetado para completar uma vez por dia, reinicialização da espaçonave completa para se manter atualizada; esta reinicialização já havia protegido a espaçonave em várias ocasiões. Além da redefinição diária, Dellingr reinicia se vê algo errado. Embora uma redefinição ocasional não seja motivo de preocupação, em meados de janeiro, As redefinições de Dellingr começaram a disparar com mais frequência do que deveriam. Em 27 de janeiro, Dellingr estava reiniciando a cada 63 segundos. As comunicações com o solo tornaram-se impossíveis.

p 28 de janeiro - 5 de fevereiro, 2018:Traçando um plano

p Dellingr estava em um estado de paralisia induzida pela reinicialização. No chão, a equipe rastreou o problema de reinicialização em uma linha de código em um driver de dispositivo de baixo nível que envolvia o protocolo de comunicação usado para controlar as rodas de reação, usado para orientar a nave espacial. Eles precisavam desligar as rodas de reação - mas as redefinições constantes os impediam de completar os comandos para fazer isso.

p A equipe traçou um plano:em uma passagem pela estação terrestre de Dellingr nas instalações de voo de Wallops, eles enviariam uma série repetida de comandos para a espaçonave em um ritmo rápido, efetivamente congestionando o computador para que ele nunca fosse longe o suficiente para ser reiniciado. Se eles pudessem emperrar por tempo suficiente, isso acionaria uma reinicialização total - o equivalente a desconectar o computador - dando-lhes tempo para fazer o upload da solução e desligar as rodas de reação da espaçonave. Foi um tiro no escuro, mas ainda assim sua melhor aposta.

p 6 de fevereiro, 2018:de volta aos negócios

p Em uma passagem sobre Wallops em 6 de fevereiro, a equipe tentou o truque, e esperou 90 minutos para a próxima passagem, quando eles poderiam verificar os resultados. Um pouco depois, eles receberam um e-mail do operador terrestre:"Confirmamos Dellingr de volta aos negócios." Funcionou.

p Mais tarde naquele dia, a equipe ligou o instrumento INMS, e as primeiras medições científicas reais dos íons na atmosfera com o novo instrumento INMS foram coletadas. A equipe Dellingr havia validado a porção de íons do instrumento INMS, alcançar um dos principais objetivos da missão.

p 10 de fevereiro - 5 de março, 2018:Avançar as rodas de volta

p Para resolver o problema de reinicialização, Os engenheiros da Dellingr desligaram as rodas de reação da espaçonave - sua principal ferramenta de reorientação. Como resultado, ele não conseguia permanecer estável e, em vez disso, girava lentamente ao longo de sua órbita, coleta de dados apenas quando o instrumento INMS girou pela frente, onde poderia recolher as partículas. Depois de algum tempo, a equipe percebeu que as rodas podiam ser usadas minimamente - até 24 horas por vez - sem causar reinicializações. Eles desenvolveram uma programação para girar as rodas no início de cada semana, ajustar a orientação, e desligue-os para o restante. Funcionou durante um tempo.

p 6 de março, 2018:O problema do giro

p Em 6 de março, ficou claro que o uso mínimo das rodas de reação não era suficiente:Dellingr entrara em um giro descontrolado. Balançando como uma bola de futebol mal lançada, Dellingr estava girando três vezes mais rápido do que seu sistema de controle de orientação podia suportar.

p Nos próximos dois meses, a equipe trabalhou em soluções de software para controlar a taxa de rotação de Dellingr sem usar as rodas de reação. A técnica que eles escolheram baseava-se no fato de que os ímãs querem ser alinhados. A Terra é um ímã gigante, e Dellingr continha três eletroímãs que podiam ser ligados e desligados pela espaçonave. Ao usar magnetômetros de Dellingr como uma ferramenta de orientação para detectar os campos magnéticos da Terra, e cronometrando cuidadosamente quando cada ímã integrado foi ligado, a espaçonave poderia tirar proveito da física para desacelerar seu giro, alinhando a espaçonave com sua direção de movimento.

p 19 a 20 de maio, 2018:Dellingr está de volta aos trilhos

p Depois que a terceira implementação do algoritmo de remoção de rotação foi carregada e executada, a espaçonave se estabilizou. Dellingr entrou em um giro controlado muito lento, rolando como uma roda ao longo de sua órbita. O instrumento INMS agora girado para a frente com um regular, cadência previsível.

p 25 de maio, 2018:INMS está de volta

p Com a espaçonave em um giro controlado, os dados do INMS passaram de uma bagunça barulhenta para limpar, ondas periódicas de dados. Depois que a rotação da espaçonave foi levada em consideração, os resultados foram surpreendentemente limpos, mostrando a detecção de hidrogênio ionizado (H +), hélio (He +) e oxigênio (O +) na atmosfera.

p 1 de Junho, 2018:Visando neutros

p Os dados válidos do instrumento INMS - no modo de íons - continuam a transmitir. Modo neutro, o que é um pouco mais complicado, ainda está offline, mas é o foco dos esforços atuais.

p 5 de outubro, 2018:Encontrando o sol novamente

p Com um grande upload de software, que demorou várias semanas devido às limitações do rádio CubeSat, a equipe restaurou o controle total das rodas de reação, permitindo que Dellingr mantenha sua orientação em relação ao sol. Os painéis solares agora podem ser cobrados pela geração máxima de energia, à medida que Dellingr gira lentamente em torno desse eixo, coletando dados. Quase um ano após a implantação, e depois de superar uma série de problemas inesperados, a equipe restaurou grande parte da funcionalidade de Dellingr. O trabalho no modo neutro do instrumento INMS continua.

p Dellingr já serve como uma prova dos desafios únicos associados a embalar a grande ciência em uma pequena caixa. Mantê-lo vivo e funcionando por tanto tempo era uma meta importante - uma vida de missão padrão para CubeSats não foi validada, e a missão da Dellingr pode ajudar a estabelecer uma referência. A equipe alcançou com sucesso uma missão de nave espacial resiliente, ao mesmo tempo em que mantém o aspecto de baixo custo que é a marca registrada do CubeSats. O valor da missão se estende a outros:artigos já estão sendo publicados descrevendo as melhores práticas aprendidas com a missão, e essas lições aprendidas contribuíram para as propostas bem-sucedidas de três novas missões Goddard CubeSat:petitSat, GTOSat e BurstCube.

p O show ainda não acabou - continue olhando os céus para acompanhar a história desse pequeno CubeSat que poderia.