Faza pomiarów naukowych (Science Data Collection Phase) rozpoczęła się w 27 sierpnia 2004 r. Żyroskopy nr 1, 2 i 3 zostały użyte do zbierania pomiarów naukowych Odczyty z żyroskopu nr 4 służyły do dalszej regulacji zorientowania jego osi rotacji. Zakończyło się to 16 września 2004 r, wtedy też żyroskop ten rozpoczął dostarczanie danych naukowych.
W czasie zbierania danych kontrola nad satelitą została przekazana z Lockheed Martin na Uniwersytet w Stanford, gdzie znajdowało się Centrum Operacji Misji (Mission Operations Center - MOC). Sformowany tam zespół misji kontrolował również komponenty inżynieryjne pojazdu, takie jak system zasilania i kontroli temperatury czy oprogramowanie. Systemy te działały bez problemów i wymagały przesyłania bardzo niewielu komend. Codziennego monitoringu i regularnego przesyłania komend wymagał tylko ATC. Przez kilka miesięcy po zakończeniu IOC nadal obsługiwał go zespół z Lockheed Martin.
Faza zbierania danych, w przeciwieństwie do IOC charakteryzowała się wykonywaniem rutynowych operacji. Zespoły naukowy i inżynieryjny analizowały dane i codziennie dyskutowały nad zmianami które zaszły od poprzedniego dnia.
Wymiana danych z satelitą odbywała się za pośrednictwem satelitów TDRS oraz sieci naziemnej obsługiwanej przez Centrum Lotów Kosmicznych im. Goddarda (Goddard Spaceflight Center - GSFC). Używane były stacje położone w Poker Flats na Alasce, wyspie Wallops w stanie Virginia, Svalbard w Norwegii i w McMurdo w Antarktyce. Komunikacja z McMurdo nie była stabilna, ale stacja ta została użyta kilka razy. Zwykle wykonywana była sesja z jedną stacją co 6 godzin. Satelity TDRS były używane zwykle 6 razy na dzień. Częstsze sesje były realizowane tylko w przypadku wejścia satelity w tryb bezpieczny. Odpowiedni harmonogram wymiany danych pozwalał na ograniczenie kosztów prowadzenia misji. W czasie każdej sesji wymiany danych ze stacjami naziemnymi transmitowane były dane z SSR z szybkością 32 kbps oraz jednocześnie dane z sensorów w czasie rzeczywistym. Zapis w SSR jednoczesny z transmisją nie był wykonywany. W środku każdej sesji wykonywano przełączenie z jednej anteny na drugą. W tym czasie tracono około 30 sekund danych wysyłanych w czasie rzeczywistym. Jednak zdolność odbioru danych wyniosła aż 99.6%, dużo więcej niż 90% wymagane przez NASA. Pozyskanie całej zawartości SSR trwało każdorazowo około 12 minut.
W czasie wymiany danych z satelitami TDRS pozyskane informacje były transmitowane bezpośrednio do MOC. Następnie były obrabiane w centrum obróbki danych Uniwersytetu w Stanford. W przypadku danych przesyłanych do stacji naziemnych wykonywane były też pośrednie czynności. Do poszczególnych pakietów danych dodawany był 32-bitowy nagłówek pozwalający na ich identyfikację. Obejmował on numer statku kosmicznego, czas odbioru, stan kodowania Reeda-Solomona, numer stacji naziemnej, oraz informację o kontroli błędów. Dane były zapisywane w stacji odbiorczej a następnie wysyłane do centralnej stacji NASA. Tam sprawdzano je w poszukiwaniu błędów i wysyłano do Uniwersytetu w Stanford. Plik taki zawierał około 15 godzin danych. Na Uniwersytet w Stanford trafiał po 1.5 - 4 godzin od odebrania w NASA.
Wstępna obróbka danych na Uniwersytecie w Stanford obejmowała ich dekompresję i dekodowanie. Oprogramowanie sortowało dane na 5 poszczególnych typów i wykonywało dekomutację. Następnie zestaw danych był składowany w postaci dużej bazy danych, o całkowitej objętości około 1 terabajta. Były to dane surowe, czyli poziomu 1. Obróbka danych telemetrycznych z 12 godzin do tej postaci trwała około godziny. Cały proces kontrolował zespół zajmujący się obróbką danych. Zespół naukowy następnie wykonywał filtrowanie danych i dalszą obróbkę. Wynikowe dane, poziomu 2 były składowane w osobnej bazie danych. Na ich podstawie można było wykonywać bardziej wyrafinowane analizy podczas badań naukowych.
W czasie całej misji napotkano łącznie 193 zjawiska nienominalne. Z tego 23 problemy zostały uznane za anomalie. 5 z nich uznano za anomalie poważne (zagrażające bezpieczeństwu statku i wymagające działania w krótkim czasie), 12 - za średnie (zagrażające harmonogramowi wykonywania poszczególnych działań i wymagające koperty w czasie 72 godzin), a 6 - za niewielkie (nie zagrażające bezpieczeństwu pojazdu ale wymagające korekty). Pozostałe 170 wydarzeń były obserwacjami parametrów odbiegających od optymalnych. Były monitorowane aż do znalezienia och pierwotnej przyczyny. Utraty danych podczas anomalii nie miały praktycznego wpływu na wyniki eksperymentu. Poważniejsze były nierelatywistyczne dryfy osi wirowania rotorów, ale opracowano dla nich wyrafinowane oprogramowanie korygujące dane.
W czasie zbierania danych wykonano serię pomiarów plusów ciepła w kriostacie, co pozwalało na oszacowanie ilości pozostałego helu. Pozwalało to na zoptymalizowanie czasu trwania fazy zbierania danych i następującej po niej fazy kalibracji. Dzięki temu stwierdzono, że zapas helu wystarczy na około 10 miesięcy pomiarów naukowych i 1 miesiąc kalibracji.
Faza zbierania danych zakończyła się 14 sierpnia 2005 r. Następnie rozpoczęła się faza pomiarów kalibracyjnych (Post-Science Calibration Phase). Jej celem było nałożenie ścisłych ograniczeń na błędy systematyczne i momenty obrotowe żyroskopów. W tym celu wykonano czynności uwypuklające spodziewane zaburzenia nierelatywistyczne. Żyroskopy 2 i 3 rozpoczęły pomiary kalibracyjne 7 lipca 2005 r. Żyroskopy 1 i 4 rozpoczęły tą fazę 15 sierpnia 2005 r. Podczas kalibracji wykonano serię testów systemu GSS a potem ATC. Testy ATC objęły zamierzone wprowadzanie błędu w pozycjonowaniu statku i obserwację wywoływanych przez to momentów obrotowych żyroskopów. W czasie tych testów pojazd był pozycjonowany na gwiazdy inne niż IM Pegasi. Ryzyko przerwania utrzymywania rotorów w zawieszeniu było niewielkie, ale testy te mogły znacznie się wydłużyć. W praktyce jednak przebiegły bardzo sprawnie. Kolejność wykonywania kolejnych testów w czasie kalibracji została dobrana tak, aby wykonać najważniejsze testy przez wyczerpaniem się zapasu helu, co przewidywano na wrzesień 2005 r. Dokładny czas nie był jednak znany.
W połowie września 2005 r zauważono, że oszacowania pozostałych zapasów helu były oparte na nieprawidłowych założeniach o połączeniu cieplnym pomiędzy fazą stałą i gazową. Okazało się, że zapas helu mógł wystarczyć do końca września, a nawet do początku października. 26 września zakończono fazę kalibracji. Następnie wznowiono pomiary naukowe. Faktyczne wyczerpanie się helu nastąpiło 29 września. Zakończyło to wykonywanie pomiarów. Ostatecznie okres zbierania danych naukowych trwał 11.5 miesiąca, a okres pomiarów kalibracyjnych - 1.5 miesiąca.
Po zakończeniu zbierania danych i kalibracji rozpoczęła się analiza zebranych informacji. Była prowadzona na Uniwersytecie w Stanford przez dwa niezależne zespoły. Uzyskane przez nie rezultaty były okresowo porównywane. Pozwalało na wykrycie i skorygowanie subtelnych błędów w używanym oprogramowaniu.
W lutym 2006 r zakończono fazę 1 analizy danych. Objęła ona analizę informacji uzyskanych w krótkich odstępach czasu, dzień po dniu lub dla grup kilku orbit. Miało to na celu określenie ograniczeń procedur analizy i ich skorygowanie. W tym celu użyto informacji z fazy kalibracji po zakończeniu pomiarów naukowych, uaktualniono dane na temat pracy systemów GSS, ATC, TRE i SRE, usunięto znane efekty takie jak aberracje i błędy w pozycjonowaniu satelity na gwiazdę odniesienia, oraz zastosowano schemat oceny danych pozwalający na zidentyfikowanie fragmentów nieprawidłowych (powstałych podczas anomalii w działaniu satelity albo nienominalnego działania sprzętu naukowego). Poprawiło to jakość analizowanego pakietu danych, usunęło efekty instrumentalne i pozwoliło na uzyskanie wstępnych informacji na temat pozycji osi wirowania w każdym dniu. Nie usunęło jednak błędów systematycznych powstałych w okresach wielu dni lub miesięcy. Ponadto analizowano dane z każdego żyroskopu indywidualnie. Nie próbowano też oszacować precesji osi rotacji wynikającej z efektów zarówno klasycznych jak i relatywistycznych.
Faza 2 analizy danych obejmowała informacje zebrane w średnich odstępach czasu, zebrane z miesiąca na miesiąc. Miała ona na celu zrozumienie i skompensowanie błędów systematycznych powstających w dłuższych odstępach czasu, takie jak ruch po polhodii i dryfy pomiędzy kalibracjami instrumentów pokładowych. Pozwoliło to na zidentyfikowanie najlepszego modelu opisujące ruch rotorów, usunięcie głównych błędów systematycznych i poprawienie kalibracji danych z instrumentów. Ponadto pozwoliło na lepsze zrozumienie skutków spowodowanych przez anomalie w działaniu satelity, modelowanie ich i usunięcie z danych spowodowanych przez nie efektów. Określono też wielkość newtonowskich momentów kątowych i porównanie ich z przewidywaniami poczynionymi przed starem. Głównym produktem były informacje o zachowaniu się każdego żyroskopu w trakcie miesiąca. Było to wstępne oszacowanie precesji osi rotacji w średnim okresie czasu (około 1 miesiąca) po skompensowaniu błędów systematycznych z wykrytych źródeł. Ponadto poprawiono informacje na temat orientacji osi rotacji w odstępach 1-dniowych.
We wrześniu 2006 r zespół zajmujący się analizą danych stwierdził, że usunięcie większości błędów pomiarowych będzie trwało dłużej niż zakładano. NASA zapewniła finansowanie analiz do końca 2007 r.
W grudniu 2006 r zakończyła się faza 3 analizy danych. Objęła ona dane zgromadzone w okresie całego roku. Połączono tutaj dane ze wszystkich żyroskopów i odniesiono do danych na temat ruchu własnego gwiazdy odniesienia dostarczonych przez Smithsonian Astrophysical Observatory (SAO). Tym samym oszacowano tempo precesji rotorów w trakcie trwania naukowej fazy misji. Miało to pozwolić na uzyskanie głównego celu naukowego: określenie precesji osi rotacji spowodowanej efektami przewidywanymi przez ogólną teorię względności.
9 kwietnia 2007 r poinformowano, że podczas analiz napotkano serię niespodziewanych zaburzeń, których usunięcie zabierze więcej czasu. Głównymi zakłóceniami były większe niż szacowano klasyczne momenty kątowe oraz ruch po polhodii utrudniający kalibrację z użyciem aberracji światła gwiazdy odniesienia.
17 kwietnia 2007 r na konferencji American Physical Society poinformowano, że satelita z powodzeniem zmierzył geodezyjnego z dokładnością 1%. Efekt Lensea-Thirringa dawał sygnał 170 razy mniejszy i nadal pracowano nad jego wychwyceniem. Jednak z powodu słomianych wyżej niespodziewanych zaburzeń wielu specjalistów podchodziło sceptycznie do możliwości uzyskania zakładanego wyniku.
W lipcu 2007 r poinformowano, że niedokładności w pokryciu rotorów warstwą metalu spowodowały, że ich obie półkule nieznacznie różniły się potencjałem, co nadało im oś elektrostatyczną. Wytworzyło to dipolowy moment obrotowy na każdym rotorze, o wielkości porównywalnej z przewidywanym efektem Lensea-Thirringa. Ponadto utrata energii podczas ruchu po polhodii na skutek wytwarzania ładunku w elektrodach GSS powodowała, że ruch rotorów zmieniał się w czasie. Na skutek tego prosty model polhodii zależny od czasu nie był dokładny. W celu usunięcia tego efektu konieczne było użycie dokładnego modelu dla każdej orbity. Bezcenne okazały się dane zebrane podczas fazy kalibracji. Analiza danych została przedłużona do 2008 r.
W 2008 r analizy danych były kontynuowane. NASA finansowała ten proces do 30 września 2008 r. Jednak zespół z Uniwersytetu w Stanford zdobył dodatkowe fundusze pozwalające na kontynuowanie pracy do grudnia 2009 r. Dzięki modelowaniu elektrostatycznego momentu obrotowego w funkcji błędu w pozycjonowaniu osi rotacji i modelowaniu ruchu po polhodii z odpowiednio dużą dokładnością udało się wydzielić momenty obrotowe przewidywane przez ogólną teorię względności z rozdzielczością zbliżoną do zakładanej.
8 grudnia 2010 r satelita został ostatecznie wyłączony. Pozostał na orbicie polarnej na wysokości 642 km.
4 maja 2011 r opublikowano ostateczne wyniki misji. Dryf osi wirowania żyroskopów (średnia ważona ze wszystkich 4 żyroskopów) spowodowany efektem geodezyjnym wyniósł -6,601.8 +/-18.3 milisekundy kątowej na rok. Dryf spowodowany efektem Lensea-Thirringa zmierzono na -37.2 +/-7.2 milisekundy kątowej na rok. Były to wartości zgodne z przewidywanymi na podstawie ogólnej teorii względności. Wartości przewidywane wyniosły -6 606.1 milisekundy kątowej na rok dla efektu geodezyjnego i -39.2 milisekundy kątowej na rok dla efektu Lensea-Thirringa. Dla żyroskopu 1 dryf spowodowany efektem geodezyjnym i efektem Lensea-Thirringa wyniósł odpowiednio -6,588.6 +/-31.7 milisekundy kątowej na rok i -41.3 +/-24.6 milisekundy kątowej na rok. Dla żyroskopu nr 2 wartości te wyniosły -6,707.0 +/-64.1 milisekundy kątowej na rok i -16.1 +/-29.7 milisekundy kątowej na rok, dla żyroskopu 3: -6,610.5 +/-43.2 milisekundy kątowej na rok i -25.0 +/-12.1 milisekundy kątowej na rok, a dla żyroskopu 4: -6,588.7 +/-33.2 milisekundy kątowej na rok i -49.3 +/-11.4 milisekundy kątowej na rok. Ostatecznie więc efekt geodezyjny zmierzono z dokładnością lepszą od 0.5%. Efekt Lensea-Thirringa udało się zmierzyć z dokładnością 19%, mniejszą niż zakładany 1%, ale znacznie większą niż 256 - 128% osiągnięte w kwietniu 2007 r. Tak więc misja pozwoliła na zarejestrowanie zjawisk przewidywanych przez ogólną teorię względności, a tym samym na stwierdzenie, że zagięcie czasoprzestrzeni powodowane przez Ziemię jest całkowicie zgodne z jej postulatami.
Wątek: Gravity Probe B (kompendium) (Przeczytany 18906 razy)