Das Hera-Team und der Beitrag von GNC

Ich schreibe diesen Artikel vom Frankfurter Flughafen aus, wo ich von meiner letzten Geschäftsreise zum ESOC zurückgekehrt bin. Dort wurde gestern das erste Deep Space Manöver der HERA-Mission erfolgreich durchgeführt, bei dem die Sonde auf ihre interplanetare Flugbahn gebracht wurde. Dies markiert das Ende der so genannten „Near-Earth Orbit Start-up Phase“, aber vielleicht ist es besser, die Geschichte von Anfang an zu erzählen. 

Das Konzept der HERA-Mission wurde in den frühen 2000er Jahren geboren und änderte im Laufe seiner Entwicklung mehrmals seinen Namen, aber schließlich wurde diese anspruchsvolle Mission im Ministerrat 2019 gebilligt und ihre Umsetzungsphase begann. Das Hauptziel der Mission ist die Planetenverteidigung, insbesondere die Erforschung der kinetischen Impaktortechnik. HERA wird sich dem binären Asteroidensystem Didymos nähern und die Auswirkungen des Einschlags der NASA-Raumsonde DART auf den Mond des Systems untersuchen. Ziel ist es, zu verstehen, wie die Erde verteidigt werden kann, falls das, was mit den Dinosauriern passiert ist, wieder passiert. Um sein Hauptziel zu erreichen, benötigte HERA ein hochmodernes autonomes Leit-, Navigations- und Kontrollsystem (GNC), das den Betrieb in einer feindlichen Umgebung, weit weg von der Erde und in einem unbekannten und kaum vorhersehbaren Gravitationsfeld ermöglicht. 

Die Industrie und die ESA hatten vier Jahre Zeit, um ein neues Raumfahrzeug zu entwerfen, zu entwickeln, zu bauen und zu testen, das mit völlig neuen Technologien ausgestattet ist, insbesondere im Zusammenhang mit GNC. Innerhalb von GMV wurde ein Team gebildet, das neue Standards, neue Prozesse und eine neue agile Arbeitsweise entwickelt hat ... und das alles, während die normale Entwicklung des GNC-Subsystems stattfand. Haben Sie schon einmal den Ausdruck „ein Flugzeug bauen, während es fliegt“ gehört? Trotz des mangelnden Vertrauens der Außenwelt gelang es dem Team von GMV, ein hervorragendes Produkt zu entwickeln und zu liefern, so dass man im Sommer 2024 stolz auf das Erreichte und überzeugt war, dass das Abenteuer vorbei war ... Aber es war erst der Anfang!

Laut Vertrag sollte GMV die so genannten LEOP und NECP („Launch and early orbit phase“ und „Near-Earth orbit commissioning phase“) unterstützen. Die Dauer der LEOP ist sehr begrenzt, im Fall von HERA nur 3 Tage, und das Hauptziel dieser Phase ist der erste Kontakt mit dem Raumfahrzeug nach dem Start, um zu überprüfen, ob alle seine primären Einheiten ordnungsgemäß funktionieren. In dieser Phase findet eine Überwachung rund um die Uhr vom Boden aus statt, da das HERA-Team in der Lage sein muss, schnell auf mögliche Anomalien zu reagieren. Sie haben vielleicht bemerkt, dass ich mich auf das HERA-Team bezogen habe, während ich vorher nur das GMV-Team erwähnt habe. Ich bin mir immer noch nicht ganz im Klaren darüber, wann es passiert ist, und höchstwahrscheinlich hat es schon vor dem Sommer 2024 begonnen, aber irgendwie haben die ESA und die Industrie ein gemeinsames Team gebildet und alle Mauern der Standardschnittstellen niedergerissen. Wir hatten alle dasselbe Ziel: die Regeln der „alten Raumfahrt“-Normen (z. B. Entwicklungszeit, Kosten) in Frage zu stellen, um das Wunder von HERA Wirklichkeit werden zu lassen. Dieses Konzept wurde mir während der LEOP-Simulationen immer klarer. Ab Juni reiste das HERA-Team mehrmals zum ESOC (Europäisches Raumfahrtkontrollzentrum), um das LEOP-Szenario zu simulieren, und natürlich war die Simulation sehr realistisch und voller Fehler, die von den SIM-Managern eingefügt wurden, um unsere Fähigkeiten zur Fehlersuche zu trainieren. Wir waren bereit für LEOP und, was noch wichtiger war, wir haben ein Team gebildet und konsolidiert, in dem wir uns gegenseitig kannten, uns unserer Fähigkeiten und Grenzen bewusst waren und auf die Fähigkeiten dieses vereinten Teams, des Hera-Teams, vertrauten.

Schließlich näherte sich der 7. Oktober 2024, dem Tag des Starts, aber es scheint, dass eine höhere Gewalt HERA nicht fliegen lassen wollte. Das Raumschiff stand in Cape Canaveral, Florida, bereit, aber die Trägerrakete Falcon 9 musste nach einer unglaublich langen Reihe erfolgreicher Starts wegen eines Problems am Boden bleiben. Wenige Tage vor dem geplanten Starttermin erteilte die FAA die Genehmigung zum Start von HERA, und ich erinnere mich noch gut an die Gesichter des Teams, die ein breites Grinsen auf dem Gesicht hatten, als ob es ein Zeichen dafür wäre, dass wir es endlich wirklich tun würden. Doch das Lächeln währte nicht lange, denn in der Nähe des Weltraumbahnhofs bildete sich ein Hurrikan namens Milton, und der wäre gewaltig gewesen! Der Hurrikan hätte einige Tage später eintreffen sollen, aber die Wetterbedingungen waren bereits untragbar, so dass am Tag vor dem Start die Wahrscheinlichkeit, dass er nicht erfolgen würde, 85 % betrug.

7. Oktober. Ein Freund sagte mir einmal, dass die Chancen auf einen Lottogewinn bei 50 % liegen, da es nur 2 Möglichkeiten gibt: gewinnen oder verlieren. Das habe ich dem Team am Morgen des Starts gesagt, denn 50 % klang viel besser als 15 %. Dann geschah etwas ... dieselbe Kraft, die HERA am Boden zu halten schien, änderte ihre Meinung und langsam begannen einige Stunden vor der geplanten Startzeit die Chancen zu steigen. Aus 15 wurden 20, dann 30, schließlich kam der „zweifelhafte“ statische Ansatz meines Freundes zur Anwendung, und ohne es zu merken, um 16:52 und 11 Sekunden... startete HERA. Derselbe Termin, der mehrere Monate zuvor festgelegt wurde, einen Tag vor dem in dem 2020 unterzeichneten Vertrag vorgesehenen Termin. Wir möchten auch die Unterstützung der GMV-Mitarbeiter hervorheben, die nach Florida gereist sind, um dem Start beizuwohnen, sowie des gesamten GMV-Teams, das für die Entwicklung von GNC entscheidend war und sich per Videokonferenz aus Spanien, Rumänien und Portugal live zugeschaltet hatte.

LEOP beginnt. Die Signalerfassung entspricht den Erwartungen, und abgesehen von einigen Fehlalarmen und einigen Anpassungen, die vorgenommen werden mussten, wachten nach und nach alle Geräte auf, streckten ihre Arme aus und begannen, sich perfekt zu verhalten! Das Raumschiff blieb einige Stunden lang im so genannten GNC-Überlebensmodus, bei dem die Mindestanzahl an GNC-Einheiten aktiv sind. Es folgten fortschrittlichere und komplexere Geräte, wie der Star Tracker und die Momentum Control Wheels. Alles war wie vorgesehen, und wir waren dem Zeitplan so weit voraus, dass wir auch zusätzliche Aktivitäten einschlossen, wie z. B. die Zündung jedes einzelnen Triebwerks, um sein Verhalten und auch die Reaktion des Raumfahrzeugs auf seine Aktion zu testen (die gefürchteten flexiblen Modi). LEOP endet nicht mit einem Knall, sondern mit einem Wimmern ... mit einer bewegten Stimme, die sagt: „LEOP ist abgeschlossen und es war ein Erfolg“. Ein paar Stunden später war ich mir im Hotel dessen bewusst, und ich bin froh darüber, denn es wäre ziemlich peinlich gewesen, wenn alle gesehen hätten, wie sehr ich geweint habe. Einer der reibungslosesten LEOPs aller Zeiten, bei dem keine größeren Probleme auftraten ... selbst in den Simulationen gab es nie ein so reibungsloses Szenario. Und das war der Zeitpunkt, an dem ich anfing zu zweifeln ... Kennen Sie Matrix? Ist auch egal. Wenn dies ein Traum ist, wecken Sie mich bitte nicht auf.

Ich erinnere mich an mein erstes Jahr an der Universität in Forlì, Bologna. Ich habe alle Prüfungen mit sehr guten Noten bestanden, aber es gab noch diese letzte Prüfung ... Ich war schon sehr glücklich, aber ich dachte, das könnte das i-Tüpfelchen sein, das Sahnehäubchen. Diese Prüfung absolvierte ich im Juli 2007, und am Donnerstag, dem 10. Oktober 2024, hat HERA Geschichte geschrieben, indem es im Flug die fortschrittlichste visuelle autonome Navigationstechnologie demonstriert hat, die jemals für eine ESA-Mission entwickelt wurde. LEOP war vorbei, aber wenn man ein so starkes Team zusammenstellt, ist alles möglich. Auf der Grundlage einer Idee der ESA haben wir damit begonnen, die autonome HERA-GNC-Technologie (die auf dem Asteroiden Didymos zum Einsatz kommt) für ein Erde-Mond-Szenario anzupassen. Das einzige Ziel bestand in der Validierung, aber das Problem war, dass die Anpassung des Szenarios sich schwierig gestaltete und wir in den Monaten vor dem Start andere Prioritäten hatten. Ganz zu schweigen davon, dass die Relativgeschwindigkeit von HERA gegenüber der Erde so groß war, dass dieser Test nur 1 oder 2 Tage nach LEOP hätte durchgeführt werden können, wo wir viel größere Probleme erwarteten als eine neue Technologie zu testen. Trotzdem passierte es in diese Nacht statt ... und sie war magisch. Der Test sollte während einer nächtlichen Kommunikationspassage durchgeführt werden, ohne dass jemand an der Konsole saß, aber in dieser Nacht war der Dedicated Control Room voll mit Fachleuten aus der Industrie, Raumfahrtkontrolleuren und Flugdynamikexperten. Die Aufregung, als wir endlich das erste Bild der Erde von der HERA-Kamera sahen und den Beweis hatten, dass sie erfolgreich von ihren autonomen Algorithmen genutzt worden war ... Worte können es nicht erklären, aber das ... war das Sahnehäubchen auf dem Kuchen.

Wir kehren nun zum Anfang dieses Artikels zurück, zur letzten Phase dieser ersten Tage in der Umlaufbahn, dem Deep Space Manöver. Mit dieser Operation, die die NECP abschließt, musste HERA mit seinen eigenen Triebwerken fast zwei Stunden lang feuern, um sich auf eine neue Flugbahn zu begeben, die ihn im März 2025 zum Mars bringen wird. Nach der Nutzung seiner Gravitationskraft wird er sich in Richtung Didymos begeben, wo eine sehr spannende Phase der Asteroidenannäherung bevorsteht.

Gestern hat mich jemand gefragt, ob ich rückblickend sagen kann, dass es sich gelohnt hat ... all die Arbeit, all das persönliche Engagement, all die Leiden und Kämpfe. Ich kann endlich lächeln und ja sagen. Es hat sich gelohnt, zu diesem erstaunlichen Stück Technik beizutragen, das jetzt in den Weltraum fliegt ... es hat sich gelohnt, Teil des HERA-Teams sein zu dürfen.

Autor: Andrea Pellacani