Jak sondy Voyager działają dziesiątki lat po ich wystrzeleniu

Pasadena, Kalifornia (CNN) Kiedy sondy Voyager były rozdzielone na tygodnie w 1977 roku, nikt nie spodziewał się, że bliźniaczy statek kosmiczny będzie trwał od czterech do 45 lat i nadal będzie leciał.

Teraz zespół misji wprowadza innowacje w swoich strategiach zasilania i instrumentów zarówno w Voyagerze 1, jak i 2, aby umożliwić obu sondom dalsze gromadzenie cennych danych podczas eksploracji niezbadanego terytorium międzygwiezdnego.

Voyager 1 jest obecnie najbardziej oddalonym od Ziemi statkiem kosmicznym Jest oddalony o 15 miliardów mil (24 miliardy km), podczas gdy Voyager 2 przebył ponad 12 miliardów mil (20 miliardów km) od Ziemi. Oba znajdują się w przestrzeni międzygwiezdnej i są jedynymi statkami kosmicznymi działającymi poza heliosferą, słoneczną bańką pól magnetycznych i cząstek, która rozciąga się poza orbitę Plutona.

Jako jedyne przedłużenie ludzkości poza ochronną bańką heliosfery, dwie sondy są samotne nawet podczas swoich kosmicznych podróży, gdy podróżują w różnych kierunkach.

Wyobraź sobie, że planety Układu Słonecznego znajdują się na jednej płaszczyźnie. Trajektoria Voyagera 1 zabrała go w górę i poza płaszczyznę planetarną po minięciu Saturna, powiedziała Susan Dodd, kierownik projektu Voyager w NASA Jet Propulsion Plane, podczas gdy Voyager 2 przeleciał nad szczytem Neptuna i przesunął się w dół i poza płaszczyznę planetarną. Laboratorium w Pasadenie w Kalifornii.

Informacje zebrane przez te długowieczne sondy pomagają naukowcom poznać kształt heliosfery przypominający kometę i sposób, w jaki chroni ona Ziemię przed cząstkami energetycznymi i promieniowaniem w przestrzeni międzygwiezdnej.

Bezcenne dane sondy Voyager 2 są przechwytywane i zwracane na Ziemię przez jej pięć instrumentów naukowych, podczas gdy Voyager 1 nadal ma cztery instrumenty operacyjne po tym, jak jeden z nich zawiódł podczas wcześniejszej misji.

Ale Dodd powiedział, że utrzymanie pracy „seniorów” wymagało dużo uwagi i monitorowania.

„Opisuję je jako siostry bliźniaczki” – powiedział Dowd CNN. „Jeden stracił słuch i potrzebuje aparatów słuchowych, a inny stracił trochę zmysłu dotyku. Z czasem zawodzą inaczej. Ale ogólnie są całkiem zdrowi jak na swój wiek”.

Instrumenty zaprojektowane do obserwowania planet, podczas gdy sonda Voyager podróżowała po Układzie Słonecznym w latach 80., zostały wyłączone, aby ponownie wykorzystać pamięć dla misji międzygwiezdnej, która rozpoczęła się w 1990 r. Voyager 1 dotarł do granicy atmosfery w 2012 r., podczas gdy wolniejszy Voyager 2 przekroczył granicę granica w 2018 r.

Obie sondy Voyager opierają się na radioizotopowych generatorach termoelektrycznych. Zasilacz jądrowy traci 4 waty rocznie, ponieważ pluton, na którym polega, powoli się rozkłada, a jego ciepło jest przekształcane w energię elektryczną. Z biegiem czasu zespół Voyagera nakazał sondom wyłączenie grzejników instrumentów i innych nieistotnych systemów.

„Ale (Voyager) również robi się bardzo zimno i musimy utrzymywać wystarczająco ciepłe przewody paliwowe, około 2 stopni Celsjusza”. (35,6 stopnia Fahrenheita). Jeśli zamarzną, możemy stracić zdolność wskazywania Ziemi. Jest to więc równowaga między energią a ciepłem oraz sposobem obsługi statku kosmicznego” – powiedział Dodd.

delikatna równowaga

Zespół był mile zaskoczony, że instrumenty zostały ponownie skalibrowane, aby stały się nieco bardziej czułe w zbieraniu danych, ponieważ niektóre detektory Voyager działają lepiej, gdy jest zimniej.

„Jednym ze sposobów spojrzenia na to” — powiedziała Linda Spilker, naukowiec projektu Voyager w Jet Propulsion Laboratory — jest wyobrażenie sobie Voyagerów jako kabin na szczycie góry, a na zewnątrz jest bardzo zimno. Wyłącz światła w środku, aby oszczędzać swoją energię. Musisz także obniżyć termostat, a przy tym nadal działa dobrze.

Voyager 2 zaczął wykorzystywać niewielką zapasową rezerwę mocy, która była częścią mechanizmu bezpieczeństwa, który umożliwi statkowi kosmicznemu wyłączenie innego instrumentu naukowego do 2026 r., zamiast tego roku. Mechanizm bezpieczeństwa, który chroni instrumenty w przypadku drastycznych zmian przepływu prądu w statku kosmicznym, zawiera niewielką ilość energii, która działa jako obwód rezerwowy.

Teraz ta moc może być wykorzystana do utrzymania działania instrumentów Voyagera 2.

Systemy elektryczne statku kosmicznego są nadal w dużej mierze stabilne, więc zespół zdecydował, że jest to niewielkie ryzyko dla większej nagrody w postaci możliwości gromadzenia danych naukowych. Zespół będzie nadal monitorował wysiłki Voyagera 2 i podejmował odpowiednie działania w przypadku wahań.

Jeśli ta strategia zadziała w przypadku Voyagera 2, może zostać wdrożona również w Voyagerze 1, gdzie zespół będzie musiał rozważyć wyłączenie innego instrumentu naukowego na statku kosmicznym w 2024 roku.

„Zamiast wyłączać instrument naukowy, prawdopodobnie chcielibyśmy zrobić coś bardzo kreatywnego, inżynierskiego, aby uzyskać kolejny rok danych naukowych” – powiedział Dodd. „Zasila statek kosmiczny w sposób, w jaki nigdy nie został zaprojektowany do zasilania”.

Instrument Plasma Science na sondzie Voyager 2 nadal działa, więc może wykonywać bezpośrednie pomiary gęstości plazmy w przestrzeni międzygwiezdnej. Plazma kosmiczna składa się z naładowanych cząstek, których ruchem sterują siły elektryczne i magnetyczne NASA.

„Wyobraź sobie to jako ocean przestrzeni z falami, turbulencjami i stałą aktywnością, a instrumenty Voyager mogą mierzyć, co się dzieje” – powiedział Spilker. „Zanim udasz się w nowe miejsce, przewiduj, co możesz tam znaleźć. Dzięki Voyagerowi nauczyliśmy się być zaskoczeni”.

Naukowcy spodziewali się, że gęstość plazmy zmniejszy się wraz z oddalaniem się Voyagera od Słońca, ale zamiast tego wzrosła. Spilker powiedział, że sondy mogą mierzyć i widzieć wstrząsy rozchodzące się od Słońca.

Dopóki zarówno Voyager 1, jak i 2 pozostaną zdrowe, starzejące się sondy prawdopodobnie będą kontynuować swoje rekordowe misje w nadchodzących latach.