Menavigasi pesawat ruang angkasa melalui langit telah dibandingkan dengan berlayar kapal di laut lepas atau mengendarai kendaraan dalam perjalanan panjang lintas negara. Analogi diperlukan, karena navigasi pesawat ruang angkasa dilakukan oleh sampel yang relatif kecil dari ras manusia, dan pekerjaan itu biasanya melibatkan melakukan hal-hal yang belum pernah dilakukan sebelumnya. Kita yang mengalami kesulitan memahami peta jalan di Bumi ini dengan kagum dengan apa yang dapat dicapai oleh para navigator surgawi ini.
Secara harfiah, ini adalah ilmu roket.
Dalam istilah yang paling sederhana, navigasi pesawat ruang angkasa mensyaratkan penentuan di mana pesawat ruang angkasa itu berada dan menjaganya agar sesuai dengan tujuan yang diinginkan. Tapi itu tidak semudah dengan hanya berpindah dari Titik A (Bumi) ke Titik B (sebuah planet atau benda lain di tata surya kita). Ini bukan posisi yang tetap di ruang angkasa. Navigator harus memenuhi tantangan penghitungan kecepatan dan orientasi yang tepat dari Bumi yang berputar, target tujuan yang berputar, serta pesawat ruang angkasa yang bergerak, sementara semuanya secara bersamaan melakukan perjalanan dalam orbitnya sendiri mengelilingi Matahari.
Chris Potts, yang membantu memimpin tim navigasi untuk Mars Exploration Rovers (MER), membandingkan persyaratan target pendaratan Spirit rover di dalam kawah tertentu di Mars untuk dapat menembak bola basket melalui lingkaran yang berjarak 9000 mil jauhnya. "Anda tidak hanya harus melakukan tembakan dengan sempurna tanpa bola menyentuh tepi, tetapi waktunya harus sempurna, sehingga Anda membuat tembakan persis seperti bel berbunyi," katanya.
Ken Williams adalah Kepala Tim Navigasi untuk kembalinya misi Stardust dari sampel murni komet kembali ke Bumi. Agar entri dan pendaratan kembali berhasil di lokasi yang tepat di Utah, tim navigasi harus menargetkan entri kapsul kembali ke titik tertentu di atmosfer Bumi hingga dalam delapan 100 derajat, suatu prestasi yang dibandingkan dengan memukul mata. dari jarum jahit dengan selembar benang dari seberang ruangan.
Navigasi sangat penting untuk setiap misi robot, dan sementara keberhasilan misi bergantung pada seberapa baik kinerja tim navigasi, navigator biasanya tidak ditemukan di pusat perhatian, duduk di atas panggung untuk konferensi pers. Biasanya itu diperuntukkan bagi para ilmuwan dan perancang misi. Para navigator, tampaknya, bekerja di belakang layar, menjaga parit dengan anonimitas relatif.
Tetapi saya memiliki kesempatan untuk berbicara dengan beberapa navigator pesawat ruang angkasa, belajar lebih banyak tentang pekerjaan mereka dan menemukan kualitas bawaan dari mereka yang membimbing pesawat ruang angkasa kami ke tempat-tempat di luar.
Neil Mottinger telah menjadi bagian dari banyak misi sejak dia mulai bekerja di Jet Propulsion Laboratory pada tahun 1967. Dia membantu beberapa misi awal bulan dan planet, dan mengembangkan beberapa perangkat lunak yang masih digunakan para navigator hingga saat ini.
Dengarkan wawancara saya dengan Mottinger pada podcast Astronomi 365 Days edisi 21 Agustus.
Ada beberapa sub-disiplin ilmu yang berbeda untuk navigasi pesawat ruang angkasa, dan salah satu spesialisasi Mottinger adalah penentuan orbit. "Penentuan orbit mengetahui di mana pesawat ruang angkasa itu dan ke mana ia pergi," kata Mottinger, yang saat ini bekerja dengan misi Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) dan misi LCROSS (Pengamatan Kawah Bulan dan Satelit Sensing) yang akan datang ke bulan. "Itu dimulai dengan memprediksi lintasan di mana pesawat ruang angkasa akan segera setelah peluncuran sehingga Deep Space Network (DSN) tahu di mana harus mengarahkan antena mereka dan pada frekuensi berapa untuk mengharapkan sinyal." DSN terdiri dari jaringan antena komunikasi luar angkasa yang sangat sensitif di tiga lokasi: Goldstone, California; Madrid, Spanyol; dan Canberra, Australia. Penempatan yang strategis kira-kira berjarak 120 derajat di permukaan bumi memungkinkan pengamatan yang konstan terhadap pesawat ruang angkasa saat Bumi berotasi.
Karena tidak ada GPS di luar angkasa, navigator memproses data pelacakan radiometrik yang diterima dari DSN untuk menentukan posisi dan kecepatan pesawat ruang angkasa. Mereka juga menggunakan data optik, di mana pesawat ruang angkasa mengambil gambar latar belakang bintang untuk membantu memperbaiki lintasan pesawat ruang angkasa.
Selama bertahun-tahun, Mottinger bekerja dengan sebuah kelompok yang menyediakan dukungan navigasi untuk peluncuran lebih dari 100 pesawat ruang angkasa. "Saya tidak pernah terikat pada satu misi pun sejak tepat setelah peluncuran kami pindah pada misi berikutnya," kata Mottinger. Tapi sekarang dia tinggal dengan misi lebih lama dan telah dengan misi MRO selama lebih dari tiga tahun. Mottinger sangat senang dengan data ilmiah misi ini telah kembali. “Kami harus memberikan prediksi akurat tentang ke mana pesawat ruang angkasa itu akan berada. Kemudian para insinyur tahu bagaimana mengarahkan pesawat ruang angkasa sehingga para ilmuwan dapat melakukan pengamatan mereka, ”katanya. “Jika kita melakukan pekerjaan kita, para ilmuwan dapat melihat tanah longsor di Mars atau melihat area tertentu di planet ini. Jika prediksi kami salah, kamera akan diarahkan ke arah yang salah. Navigasi merupakan bagian integral dari keseluruhan proses memastikan keberhasilan misi. ”
Mottinger mengatakan bahwa biasanya orang tidak menganggap navigator sebagai ilmuwan, hanya sebagai sarana untuk mencapai tujuan bagi para ilmuwan untuk mendapatkan hasil. Namun, terkadang produk sampingan ilmiah berasal dari navigasi. Contoh paling terkenal melibatkan misi Voyager ketika navigator Linda Morabito menemukan gunung berapi di bulan Jupiter, Io dari melihat gambar navigasi optik. Dalam misi Lunar Orbiter, navigator menyadari ada konsentrasi massa yang besar, (sekarang disebut mascons) di bawah permukaan bulan yang mempercepat pesawat ruang angkasa di orbit.
Selain itu, ilmu yang digunakan dalam navigasi telah meningkat secara dramatis selama bertahun-tahun. "Ketika Anda melihat jenis-jenis hal yang tidak kami pahami ketika saya pertama kali mulai versus apa yang kami ketahui sekarang, ini sangat luar biasa," kata Mottinger. Sebagai contoh, navigator sekarang dapat membuat model tekanan matahari yang sangat akurat - bagaimana partikel-partikel sinar matahari mendorong pesawat ruang angkasa dan mengubah lintasannya - yang tidak hanya mencakup bagaimana sinar matahari dipantulkan dari berbagai permukaan pesawat ruang angkasa, tetapi juga radiasi ulang energi yang diserap. oleh panel surya dan memancarkan sisi belakang.
Selain ephemerides, tabel yang digunakan navigator untuk mendapatkan posisi objek astronomi, juga telah meningkatkan akurasi selama bertahun-tahun. "Setan ada di perinciannya," kata Mottinger. “Navigasi menjadi game yang sangat tepat.”
Seperti banyak orang yang bekerja di JPL, Mottinger senang berbicara dengan sekolah atau kelompok masyarakat untuk berbagi kegembiraan dan penemuan eksplorasi ruang angkasa baru-baru ini. "Sangat penting untuk berada di luar sana menyampaikan pesan kami untuk membuat orang bersemangat tentang apa yang kami lakukan," katanya. "Dan publik berhak bersemangat, karena mereka membayar tagihan."
Beberapa tahun yang lalu Mottinger kembali ke kampung halamannya di Oswego, Illinois untuk berbicara kepada siswa tentang pekerjaannya sebagai navigator. Duduk di kelas adalah Chris Potts muda, yang memutuskan navigasi pesawat ruang angkasa adalah karir yang ingin ia kejar. Potts, yang telah berada di JPL sejak 1984, adalah Wakil Ketua Tim Navigasi untuk MER dan sekarang bekerja dengan Misi Dawn yang sedang dalam perjalanan untuk mengorbit dua asteroid, Ceres dan Vesta.
Spesialisasi Potts adalah kontrol jalur penerbangan. Ini melibatkan penembakan sistem propulsi untuk mengubah kecepatan atau lintasan pesawat ruang angkasa, yang dikenal sebagai Trajectory Correction Maneuvers (TCM). "Itu termasuk memahami kemampuan kontrol pesawat ruang angkasa dan menentukan batasan apa pun," kata Potts. "Anda menentukan kapan Anda akan memecat sistem propulsi, seberapa sering dan tujuan dari setiap manuver. Anda juga harus mengevaluasi persyaratan pengiriman, untuk memastikan Anda dapat mendarat di dalam kawah di Mars, misalnya, dan meminimalkan risiko di sepanjang jalan. ”
Aspek desain adalah bagian favorit pekerjaan Potts. "Anda mencoba mengembangkan strategi yang menyatukan semua bagian," katanya. “Anda harus berbicara dengan para ilmuwan misi dan memahami apa persyaratan mereka, dan kemudian tahu apa yang dapat dilakukan pesawat ruang angkasa. Ini seperti orang-orang yang memiliki mobil tua dan mereka sudah begitu lama mengunjunginya, mereka tahu cara memanfaatkan kendaraan itu sebaik-baiknya. Mengambil keuntungan dari apa yang dilakukan pesawat ruang angkasa dengan baik dan mengatasi keterbatasannya dimasukkan ke dalam desain strategi yang menggabungkan semuanya untuk membuatnya berfungsi. "
Banyak pekerjaan Potts melibatkan simulasi dan pengujian. "Kami melihat bagaimana pesawat ruang angkasa berperilaku, dan mencoba berbagai strategi untuk meningkatkannya untuk situasi kami," katanya. “Bagian navigasi memiliki seluruh‘ kotak alat ’dari perangkat lunak yang dapat kami gunakan.”
Pesawat ruang angkasa Dawn menggunakan mesin ion, dan ini adalah pertama kalinya Potts bekerja dengan sistem tenaga dorong rendah. "Itu misi yang sangat berbeda," katanya. “Kekhawatirannya sedikit berbeda dari misi lain karena daya dorongnya sangat efisien. Salah satu hal yang Anda khawatirkan adalah tidak memiliki cukup waktu untuk melakukan koreksi apa pun yang diperlukan. Meskipun dorongnya rendah, seiring waktu ia membangun perubahan kecepatan yang cukup dan Anda selalu merancang lintasan dan mengubah perintah untuk memastikan mesin ion menembak ke arah yang benar. Jika ada gangguan pesawat ruang angkasa atau gangguan di sepanjang jalan, Anda harus berjuang, dan beberapa peristiwa di masa depan mungkin harus dipindahkan. " Fajar akan tiba di Vesta pada tahun 2011.
Potts menikmati menjadi bagian dari kegembiraan semua misi berbeda di JPL. "Saya benar-benar menikmati bekerja dengan beberapa orang yang sangat cerdas dan berbakat di sini dan Anda pasti dapat merasakan hasrat untuk pekerjaan yang mereka lakukan," katanya. “Terkadang itu bisa menakutkan, tetapi Anda menyadari bahwa setiap orang memiliki bakat mereka sendiri untuk ditawarkan, dan setiap orang membantu mendorong Anda untuk melakukan yang terbaik di sini. Kami bisa melakukan berbagai pekerjaan menarik, dan itu sangat menantang. Tidak ada dua hari yang sama. "
Salah satu imbalan dari pekerjaannya, kata Potts, adalah melihat hasil karyanya terungkap dalam penemuan-penemuan ilmiah. "Dengan sampel Stardust yang kembali, untuk menyaksikan tanah kapsul tepat di tempat yang seharusnya di Utah sangat bermanfaat," katanya. "Dan untuk melihat para ilmuwan mendapatkan data itu dan mulai melakukan investigasi, Anda merasakan betapa senang dan bersemangatnya mereka akhirnya bisa mengerjakan ambisi seumur hidup mereka."
Baru-baru ini, para ilmuwan Stardust mengumumkan menemukan asam amino, salah satu bahan pembangun kehidupan, dalam sampel pesawat ruang angkasa kembali ke Bumi.
Potts dan Mottinger keduanya mengerjakan misi Stardust di bawah kepemimpinan Ken Williams. Williams bekerja di JPL selama beberapa tahun, tetapi saat ini dipekerjakan oleh KinetX, sebuah perusahaan teknik swasta yang berspesialisasi dalam teknologi dirgantara dan pengembangan perangkat lunak. Saat ini, KinetX menyediakan dukungan navigasi untuk misi Cakrawala Baru ke Pluto, serta misi MESSENGER (Geokimia dan Ranging) untuk Merkurius, dan Williams adalah ketua tim navigasi MESSENGER. Tidak seperti Mottinger dan Potts, Williams tidak selalu terlibat dalam misi luar angkasa dan karirnya di bidang navigasi berkembang dari latar belakang fisika. Dia bekerja di Laboratorium Fisika Terapan di Universitas Johns Hopkins sebelum mulai bekerja di JPL pada tahun 1994.
Bagian favorit Williams dari menjadi seorang navigator adalah menemukan dan memecahkan masalah teknis yang menarik. "Itulah yang membuat saya tertarik," katanya. “MESSENGER tentu memiliki beberapa di antaranya. Kami terbang di Bumi satu kali, Venus dua kali dan Merkurius dua kali. Kita harus terbang dengan Mercury sekali lagi sebelum akhirnya kita pergi ke orbit pada pertemuan keempat. Menemukan lintasan yang melakukan semua hal itu dengan sukses adalah masalah teknis yang sangat menarik yang saya senang terlibat dengannya. Kami juga harus mempertimbangkan segala macam kendala, seperti menjaga agar pesawat ruang angkasa tidak mengarah ke matahari agar komponennya tidak menjadi terlalu hangat. "
Sebagai Ketua Tim Navigasi, Williams mengoordinasikan semua sub-disiplin penentuan orbit, kontrol jalur penerbangan, dan navigasi optik bersama dengan kebutuhan ilmuwan misi dalam hal pengamatan ketika mereka menemukan planet atau komet.
Williams juga menikmati kegembiraan berada di tengah-tengah aksi dalam misi ruang angkasa yang penting. "Saya kira itu seperti berada dalam pertempuran, atau dalam pertandingan bola basket atau sepak bola," katanya. “Anda merasakan kegembiraan melihat peristiwa yang terjadi, dan menanggapi setiap anomali atau kejutan yang muncul. Dan ketika semuanya selesai, Anda memiliki rasa kepuasan yang luar biasa. "
Pengalamannya dengan kembalinya Stardust ke Bumi menonjol sebagai sorotan. "Mendapatkan semua upaya itu terkoordinasi dan menurunkan pesawat ruang angkasa dengan sukses mungkin adalah satu-satunya pengalaman paling berharga selama saya di JPL," katanya. “Di hampir setiap misi yang saya kerjakan, ada saat di mana Anda memiliki perasaan euforia tentang memiliki pesawat ruang angkasa di tempat yang tepat pada waktu yang tepat. Perasaan yang bagus untuk dimiliki. "
Meskipun meninggalkan JPL adalah keputusan yang sulit, Williams menikmati pengalamannya di perusahaan swasta. “Akan mudah untuk tinggal di JPL dan menjadi apa yang mereka sebut 'greybeard' dalam hal memiliki pengalaman, tetapi setelah Stardust, saya menyukai tantangan memimpin tim navigasi dan berkembang di bidang teknis,” katanya. "Saya pikir akan ada peluang yang lebih baik untuk melakukan itu dengan tim kecil di perusahaan kecil, dan saya pikir KinetX adalah tempat yang baik untuk mencapai itu."
Justru kebalikan dari 'greybeard' adalah navigator Emily Gist. Dia telah berada di JPL selama 4 tahun dan merupakan bagian dari tim navigasi untuk misi Cassini di Saturnus. Seperti Potts, ia bekerja dalam kontrol jalur penerbangan, membantu merencanakan lintasan dan memperkirakan posisi pesawat ruang angkasa di masa depan, dan untuk mengendalikan koreksi yang diperlukan untuk mencapai tujuan misi.
Dia sangat puas mengetahui bahwa dia membantu memfasilitasi eksplorasi. “Sistem Saturnus lebih indah dari yang dibayangkan kebanyakan dan lebih beragam dari yang diketahui sebelumnya,” katanya. “Informasi yang diberikan Cassini telah mencerahkan kita semua. Lebih khusus lagi saya suka betapa saya belajar setiap hari di JPL dan mengerjakan Misi Cassini. ”
Sebagai bagian dari 'generasi selanjutnya' para navigator, Gist menikmati lingkungan yang menantang yang disediakan oleh JPL. "Kami memiliki Tes Kesiapan Operasi pada Cassini di mana tim diuji untuk melihat bagaimana kami akan bereaksi terhadap kegagalan atau kesalahan pada pesawat ruang angkasa di lingkungan operasional," katanya. “Insinyur senior tidak berperan sehingga generasi yang lebih baru harus mengetahuinya sendiri dan kami melakukan pekerjaan yang sangat baik. Itu membuat saya bangga dengan semua orang yang bekerja dengan saya. Mereka adalah orang-orang yang benar-benar berbakat. ”
Gist mengatakan gender tidak pernah menjadi masalah dalam pekerjaannya sebagai navigator. “JPL memiliki staf yang sangat beragam dan meskipun tidak banyak navigator wanita, kami tidak diperlakukan berbeda,” katanya. “Saya cukup bias, tetapi saya pikir apa yang kita kekurangan dalam kuantitas kita ganti dalam kualitas. Saya bekerja dengan beberapa wanita luar biasa. ”
“Selain itu, saya merasa beruntung hidup di zaman dan masyarakat di mana tanpa memandang jenis kelamin orang dapat menemukan hal yang ingin mereka lakukan dan melakukannya dengan kemampuan terbaik mereka. Saya suka menjadi insinyur dan apa yang saya coba sampaikan kepada para wanita muda adalah bahwa mereka dapat mencintai apa pun yang mereka inginkan, bahkan jika itu matematika dan sains, tanpa takut itu pekerjaan yang kurang feminin. "
Pertanyaan tersulit yang harus dijawab oleh semua navigator adalah apakah mereka memiliki bagian pekerjaan yang paling tidak disukai. Mereka mengutip masalah biasa dengan pekerjaan apa pun: tidak cukup waktu dan terlalu banyak dokumen. Dan stres datang dengan pekerjaan itu. "Tenggat waktu, terutama bekerja di JPL, sangat nyata," kata Potts. "Jika Anda tidak siap untuk peristiwa kritis dalam misi, Anda biasanya tidak mendapatkan kesempatan kedua. Ada banyak cara untuk menyelesaikan pekerjaan Anda dengan benar. "
Tetapi semua navigator menekankan pentingnya aspek tim dalam pekerjaan mereka. "Anda mencari kualitas yang melekat pada tim," kata Mottinger. “Saya memiliki manajer proyek yang mengatakan bahwa tim saling menangkap kesalahan satu sama lain dan keseluruhannya lebih besar dari jumlah bagian. Semuanya dilakukan dalam semangat persahabatan, dan tidak ada yang namanya pertanyaan bodoh. "
Tetapi mencari pusat perhatian individu sepertinya tidak berada dalam susunan navigator.
"Saya lebih nyaman bekerja di belakang layar daripada melakukan wawancara," kata Potts. "Ketika saya tahu saya telah melakukan pekerjaan saya, dan berkontribusi pada kesuksesan misi, itu cukup bagi saya."
"Saya baik-baik saja dengan pekerjaan saya di belakang layar," tambah Gist. "Namun ketika saya mempertimbangkan pekerjaan yang telah dilakukan para insinyur sebelum saya dan di sekitar saya, kadang-kadang saya merasa mereka harus mendapatkan pengakuan lebih."
Williams merasa, secara umum, bidang navigasi itu sendiri harus mendapat pengakuan lebih. "Saya pikir para ilmuwan dan orang-orang yang melakukan sistem perangkat keras murni meremehkan kesulitan apa yang harus dilakukan navigator," katanya. “Alangkah baiknya jika kami mendapat lebih banyak pengakuan dari rekan-rekan kami hanya dari sudut pandang dapat memengaruhi bagaimana misi direncanakan dan dirancang untuk memulai sehingga masalah navigasi dapat diatasi sebelum diluncurkan dan tidak hanya tersisa bagi kami untuk menangani setelah meluncurkan. Saya merasa lebih kuat tentang hal itu daripada pengakuan atas pencapaian saya sendiri. ”
Williams mengatakan bahwa apa yang dilakukan para navigator lebih merupakan bentuk seni. “Ini tidak dapat direduksi menjadi sekumpulan algoritma yang dapat disimpan di dalam sistem penerbangan seperti daya atau tenaga, misalnya. Ini pemurnian yang konstan. "
Dan apakah para navigator merasa terganggu oleh jam kerja yang kadang-kadang panjang dan ganjil yang dibutuhkan oleh pekerjaan mereka? "Tidak," kata Mottinger, "aku tidak akan menukar itu untuk apa pun. Tidak ada yang seperti itu. "
