En ny plan for at holde NASAs ældste opdagelsesrejsende i gang

Med omhyggelig planlægning og strejf af kreativitet, ingeniører har været i stand til at holde NASAs Voyager 1 og 2 rumfartøjer flyvende i næsten 42 år - længere end noget andet rumfartøj i historien. For at sikre, at disse vintage robotter fortsætter med at returnere de bedst mulige videnskabelige data fra rummets grænser, missionsingeniører implementerer en ny plan for at styre dem. Og det indebærer at træffe svære valg, især om instrumenter og thrustere.

Et centralt spørgsmål er, at både Voyagers, lanceret i 1977, har mindre og mindre strøm til rådighed over tid til at køre deres videnskabelige instrumenter og varmeapparaterne, der holder dem varme i det dybe rums kulde. Ingeniører har skullet beslutte, hvilke dele der får strøm, og hvilke dele der skal slukkes på begge rumfartøjer. Men disse beslutninger skal træffes hurtigere for Voyager 2 end Voyager 1, fordi Voyager 2 har endnu et videnskabeligt instrument, der indsamler data – og trækker kraft – end sin søskende.

Efter omfattende diskussioner med videnskabsteamet, missionsledere har for nylig slukket for et varmelegeme til det kosmiske stråle-subsystem-instrument (CRS) på Voyager 2 som en del af den nye strømstyringsplan. Det kosmiske stråleinstrument spillede en afgørende rolle i november sidste år for at fastslå, at Voyager 2 havde forladt heliosfæren, den beskyttende boble skabt af en konstant udstrømning (eller vind) af ioniserede partikler fra Solen. Lige siden, de to Voyagers har sendt detaljer tilbage om, hvordan vores heliosfære interagerer med vinden, der flyder i det interstellare rum, mellemrummet mellem stjerner.

Voyager-missionsfund giver ikke kun menneskeheden observationer af virkelig ukendt territorium, men de hjælper os med at forstå selve naturen af ​​energi og stråling i rummet – nøgleinformation til beskyttelse af NASAs missioner og astronauter, selv når de er tættere på hjemmet.

Missionsteammedlemmer kan nu foreløbigt bekræfte, at Voyager 2's kosmiske stråleinstrument stadig returnerer data, på trods af at det falder til et køligt minus 74 grader Fahrenheit (minus 59 grader Celsius). Dette er lavere end de temperaturer, hvor CRS blev testet for mere end 42 år siden (ned til minus 49 grader Fahrenheit, eller minus 45 grader Celsius). Et andet Voyager-instrument fortsatte også med at fungere i årevis, efter at det faldt til under de temperaturer, hvor det blev testet.

"Det er utroligt, at Voyagers' instrumenter har vist sig så hårdføre, " sagde Voyager Project Manager Suzanne Dodd, som er baseret på NASA's Jet Propulsion Laboratory i Pasadena, Californien. "Vi er stolte over, at de har modstået tidens tand. Rumfartøjets lange levetid betyder, at vi har at gøre med scenarier, vi aldrig troede, vi ville støde på. Vi vil fortsætte med at udforske alle muligheder, vi har for at beholde Voyagers laver den bedst mulige videnskab."

Voyager 2 fortsætter med at returnere data fra fem instrumenter, mens den rejser gennem det interstellare rum. Ud over det kosmiske stråleinstrument, som registrerer hurtigt bevægende partikler, der kan stamme fra Solen eller fra kilder uden for vores solsystem, rumfartøjet betjener to instrumenter dedikeret til at studere plasma (en gas, hvori atomer er blevet ioniseret og elektroner flyder frit) og et magnetometer (som måler magnetiske felter) til at forstå de sparsomme skyer af materiale i det interstellare rum.

Tager data fra en række retninger, det lavenergiladede partikelinstrument er særligt nyttigt til at studere sondens overgang væk fra vores heliosfære. Fordi CRS kun kan se i bestemte faste retninger, Voyager-videnskabsholdet besluttede først at slukke for CRS's varmelegeme.

Voyager 1, som krydsede ind i det interstellare rum i august 2012, fortsætter også med at indsamle data fra sit kosmiske stråleinstrument, plus fra ét plasmainstrument, magnetometeret og lavenergi-ladede partikelinstrumentet.

Hvorfor slukke for varmeapparater?

Lanceret separat i 1977, de to Voyagers er nu over 11 milliarder miles (18 milliarder kilometer) fra Solen og langt fra dens varme. Ingeniører skal omhyggeligt kontrollere temperaturen på begge rumfartøjer for at holde dem i drift. For eksempel, hvis brændstofledninger, der driver de thrustere, der holder rumfartøjet orienteret, fryser, Voyagers' antenner kunne holde op med at pege mod Jorden. Det ville forhindre ingeniører i at sende kommandoer til rumfartøjet eller modtage videnskabelige data. Så rumskibene blev designet til at opvarme sig selv.

Men drift af varmeapparater – og instrumenter – kræver strøm, som konstant aftager på begge Voyagers.

Hver af sonderne er drevet af tre radioisotop termoelektriske generatorer, eller RTG'er, som producerer varme via det naturlige henfald af plutonium-238 radioisotoper og omdanner denne varme til elektrisk strøm. Fordi varmeenergien af ​​plutonium i RTG'erne falder, og deres interne effektivitet falder over tid, hvert rumfartøj producerer omkring 4 færre watt elektrisk strøm hvert år. Det betyder, at generatorerne producerer omkring 40 % mindre, end hvad de gjorde ved lanceringen for næsten 42 år siden, begrænsning af antallet af systemer, der kan køre på rumfartøjet.

Missionens nye strømstyringsplan udforsker flere muligheder for at håndtere den faldende strømforsyning på begge rumfartøjer, herunder at slukke for yderligere instrumentvarmere i løbet af de næste par år.

Opvarmning af gamle jetpakker

En anden udfordring, som ingeniører har stået over for, er at håndtere nedbrydningen af ​​nogle af rumfartøjets thrustere, som affyrer i små pulser, eller pust, for subtilt at rotere rumfartøjet. Dette blev et problem i 2017, da missionskontrollører bemærkede, at et sæt thrustere på Voyager 1 skulle give flere pust for at holde rumfartøjets antenne rettet mod Jorden. For at sikre, at rumfartøjet kunne fortsætte med at bevare den rette orientering, holdet tændte et andet sæt thrustere på Voyager 1, som ikke havde været brugt i 37 år.

Voyager 2's nuværende thrustere er begyndt at nedbrydes, også. Missionsledere har besluttet at lave den samme thruster-kontakt på sonden i denne måned. Voyager 2 brugte sidst disse thrustere (kendt som trajectory correction maneuver thrustere) under sit møde med Neptun i 1989.

Mange kilometer tilbage, før de sover

Ingeniørernes plan om at styre strøm og aldrende dele skulle sikre, at Voyager 1 og 2 kan fortsætte med at indsamle data fra det interstellare rum i flere år fremover. Data fra Voyagers fortsætter med at give videnskabsmænd aldrig før sete observationer af vores grænse med det interstellare rum, komplementerer NASAs Interstellar Boundary Explorer (IBEX), en mission, der fjernsanser den grænse. NASA forbereder også Interstellar Mapping and Acceleration Probe (IMAP), forventes lanceret i 2024, at udnytte Voyagers' observationer.

"Begge Voyager-sonder udforsker regioner, som aldrig før har været besøgt, så hver dag er en dag med opdagelse, " sagde Voyager Project Scientist Ed Stone, som er baseret på Caltech. "Voyager vil blive ved med at overraske os med ny indsigt om det dybe rum."