Voyagers 1 ja 2 eroavat avaruudesta 42 vuotta ja ovat edelleen toiminnassa. Ja vaikka ne ovat 18 miljardin kilometrin (11 miljardin mailin) päässä Auringosta, ne ovat silti tieteellisesti arvokkaita. Mutta heiltä on loppumassa energia, ja jos NASA haluaa heidän jatkavan paljon pidempään, heidän on tehtävä joitain päätöksiä.
Energiaongelma
Energiakysymys on tulossa yhä kriittisemmäksi Voyagersille ajan myötä. Niiden tieteelliset instrumentit eivät ainoastaan vaadi energiaa, vaan avaruusalusten täytyy pitää itsensä lämpimänä avaruuden kylmässä ympäristössä. Avaruusaluspari ei ole aurinkovoimalla: se ei olisi mahdollista niin kaukana Auringosta. He luottavat radioisotooppitermosähköiset generaattorit (RTG) energiansa vuoksi.
Jokaisessa Voyager-luotaimessa on kolme RTG:tä, ja ne käyttävät polttoainelähteenä plutonium 238:aa. Kun isotooppi hajoaa, se tuottaa lämpöä, joka muunnetaan sähköenergiaksi. Jokainen käynnistetty Voyager tuotti 470 wattia 30 voltin tasajännitteellä, mutta ajan myötä se heikkenee. Polttoaine ei ole vain tasaisesti loppunut, vaan myös lämpöparit järjestelmässä käytetyt heikkenevät ajan myötä. Vuodesta 2011 lähtien molemmat Voyagerit tuottivat hieman alle 270 wattia, mikä on noin 76 % tehosta, jolla ne aloittivat.
Pelletti plutonium 238, isotooppi, jota käytetään molempien Voyager-avaruusalusten RTG:iden voimanlähteenä. Hajotessaan pelletit vapauttavat lämpöä, minkä vuoksi se hehkuu punaisena. Kuvan luotto: Los Alamos National Laboratory.
Vaikka tuo 270 wattia on parempi kuin ennustettiin luotain suunniteltaessa ja laukaisussa, se tarkoittaa silti, että on tehtävä väistämättömiä päätöksiä siitä, mitkä avaruusalusjärjestelmät on sammutettava.
Ensinnäkin sinun on annettava NASA:lle tunnustus siitä, että luotain on ollut käynnissä näin pitkään. Se on sinänsä hämmästyttävää. Joidenkin luotain osien virta on jo katkaistu, ja huomattavaa, ne toimivat edelleen.
Vastauksena energiahuoliin NASA sammutti Voyager 1:n lämmittimen vuonna 2011 ultraviolettispektrometri . Tämä instrumentti oli suunniteltu toimimaan jopa -35 celsiusasteen (-31 astetta Fahrenheit) lämpötiloissa, mutta sen lämmittimen jälkeen sammutettu , se jatkoi toimintaansa -79 Celsius-asteessa (-110 Fahrenheit-astetta.)
'On uskomatonta, että Voyagersin instrumentit ovat osoittautuneet niin kestäviksi.'
Voyagerin projektipäällikkö Suzanne Dodd
Mutta se oli vuonna 2011, ja sen jälkeen RTG:t ovat menettäneet entistä enemmän tehoa. Itse asiassa he menettävät noin 0,8 % tehostaan vuosittain. Nyt NASAn insinöörit terävöittävät liukusääntöjään ja ottavat käyttöön uuden energianhallintasuunnitelman pitääkseen luotain käynnissä vielä pidempään.
Lämmitys pois päältä, jotta Voyagers jatkuu
NASA päätti hiljattain sammuttaa lämmittimen toiselle instrumentille, tällä kertaa Voyager 2:lle. He ovat sammuttaneet Voyager 2:n lämmityksen Kosmisen säteen alijärjestelmä (CRS). Se on harmi, koska marraskuussa 2018 TPJ-laite oli avainasemassa määritettäessä, että Voyager 2:lla oli lähti heliosfääristä ja astui tähtienväliseen avaruuteen. Siitä lähtien, kun luotaimet lähtivät heliosfääristä, ne ovat lähettäneet meille ainutlaatuista ja tärkeää tietoa siitä, kuinka heliosfääri on vuorovaikutuksessa tähtienvälinen tuuli . Mikään muu avaruusalus ei pysty siihen, ja toisen asentaminen vie vuosikymmeniä.
Voyager 1 ja 2 ovat molemmat jättäneet heliosfäärin taakseen ja ovat ensimmäiset avaruusalukset, jotka ovat tehneet niin. Kuvan ansiot: NASA/JPL-Caltech – https://photojournal.jpl.nasa.gov/figures/PIA22835_fig1.png, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=74978307
Mutta vaikka Voyager 2:n Cosmic Ray Subsystem (CRS) -laitteen lämmitin on kytketty pois päältä, insinöörit vahvistivat, että instrumentti toimii edelleen -59 celsiusasteessa (-74 F), vaikka niitä testattiin vain -45 C:ssa ( -49F.)
'On uskomatonta, että Voyagersin instrumentit ovat osoittautuneet niin kestäviksi', sanoi Voyagerin projektipäällikkö Suzanne Dodd, joka työskentelee NASAn Jet Propulsion Laboratoryssa Pasadenassa, Kaliforniassa. 'Olemme ylpeitä siitä, että he ovat kestäneet ajan kokeen. Avaruusaluksen pitkä käyttöikä tarkoittaa, että käsittelemme skenaarioita, joita emme koskaan uskoneet kohtaavansa. Jatkamme kaikkien mahdollisuuksien tutkimista, jotta Voyagers pysyy tekemässä parasta mahdollista tiedettä.'
Nykyisessä muodossaan Voyager 2 palauttaa edelleen dataa viidestä instrumentista, vaikka CRS:n lämmitys oli kytketty pois päältä. Erityisesti se lämmittää edelleen Low-Energy Charged -hiukkasinstrumenttia. Tämä johtuu siitä, että se voi palauttaa tietoja siirtymisestä ulos heliosfääristä samalla tavalla kuin CRS. CRS on yksisuuntainen, kun taas Low-Energy-instrumentti on monisuuntainen, mikä on yksi syy siihen, miksi CRS sammutti lämmön.
Väistämättömän viivyttäminen
Lämmön tuottaminen on energiaintensiivistä toimintaa. Kun antureiden teho loppuu, useampi lämmitin on lopulta sammutettava, jotta jäljellä olevat instrumentit voivat toimia. Sitä ei voi kiertää. Mutta luotainten energiabudjetin kutistuminen vaikuttaa myös muihin järjestelmiin tieteellisten instrumenttien lisäksi.
Antureissa on pienet potkurit ja ne ovat kriittisiä luotaintoiminnan kannalta. Avaruusalukset on suunnattava niin, että niiden antennit ovat Maata kohti, jotta ne voivat vastaanottaa komentoja ja palauttaa tietoja Maahan. Jokaisessa avaruusaluksessa on säiliö hydratsiinimonopropellantista polttoainetta, jota käytetään niiden pienten potkurien voimanlähteenä, jotka toimivat pieninä purskeina tai puhalluksina avaruusaluksen suuntaamiseksi.
Tässä kuvassa NASAn Hubble-avaruusteleskooppi katselee NASAn Voyager 1- ja 2-avaruusalusten polkuja pitkin, kun ne kulkevat aurinkokunnan läpi tähtienväliseen avaruuteen. Hubble katselee kahta tähtäysviivaa (kaksoiskartion muotoisia piirteitä) kunkin avaruusaluksen reitillä. Teleskoopin tavoitteena on auttaa tähtitieteilijöitä kartoittaa tähtienvälinen rakenne kunkin avaruusaluksen tähtien välistä reittiä pitkin. Jokainen näköviiva ulottuu useiden valovuosien päähän läheisiin tähtiin. Kiitos: NASA, ESA ja Z. Levy (STScI).
Jos linjat, jotka syöttävät polttoainetta potkureihin, jäätyisivät, insinöörit eivät pystyisi kohdistamaan avaruusalusten antenneja tai instrumentteja. Siinä vaiheessa avaruusalus olisi todennäköisesti hyödytön. Joten he tarvitsevat myös lämpöä.
Puskureissa on kuitenkin toinen ongelma. Väistämättä tällaiset järjestelmät hajoavat ajan myötä, ja vuonna 2017 insinöörit huomasivat ongelman. Joidenkin Voyager 1:n potkureiden piti työskennellä kovemmin säilyttääkseen oikean suunnan Maata kohti. Joten he kääntyivät joidenkin pitkään käyttämättömien potkurien puoleen nähdäkseen, voisivatko he saada työn tehtyä.
Usko tai älä, tätä toissijaista potkurisarjaa ei ollut käytetty 37 vuoteen. Mutta he olivat syttyneet ja he tekivät työnsä. Sen täytyy olla jonkinlainen ennätys sinänsä.
Esimerkki Voyager 1:stä. Neljän varapotkurin sarja sijaitsee avaruusaluksen takana tässä suunnassa. Kiitos: NASA/JPL-Caltech
Nyt Voyager 2:n pääpotkurit alkavat näyttää ongelmia. Voyager 1:n vanhojen, käyttämättömien potkurien kanssa saavutetun menestyksen ansiosta insinöörit ovat päättäneet käynnistää myös Voyager 2:n vanhat varapotkurit. Mutta nämä eivät ole olleet lepotilassa niin kauan kuin Voyager 1:t olivat. Niitä käytettiin viimeksi, kun Voyager 1 kohtasi Neptunuksen vuonna 1989 30 vuotta sitten, ja NASA aikoo ottaa ne käyttöön myöhemmin tässä kuussa.
Älykkään suunnittelun, huolellisen suunnittelun ja molempien Voyagerien jäljellä olevan energian järkevän käytön ansiosta avaruusaluksen väistämätön loppu viivästyy. Tämän seurauksena heidän jatkuva tieteellinen panoksensa voi jatkua tulevaisuuteen vielä jonkin aikaa.
'Molemmat Voyager-luotaimet tutkivat alueita, joissa ei ole koskaan käynyt, joten jokainen päivä on löytöpäivä.'
Voyager-projektin tutkija Ed Stone
Insinöörit ja tehtäväsuunnittelijat uskovat, että toimintakykyä on vielä muutama vuosi jäljellä. Se on tärkeää, koska kaikki, mitä opimme avaruuden alueesta, jossa he ovat, johtuu heidän ainutlaatuisesta asemastaan tarkkailla sitä. Sitä ei voi aliarvioida, koska uusia papereita kirjoitetaan edelleen Voyager-tietojen perusteella, ei vain siitä, missä ne ovat nyt, vaan myös siitä, missä ne olivat vuosia, jopa vuosikymmeniä sitten.
Vuonna 2017 NASA:n Outer Planet Assessment Groupin entinen puheenjohtaja Fran Bagenal oli haastateltu Nautiluksessa . Tuossa haastattelussa hän sanoi: 'Analysoin edelleen Voyager-tietoja, uskokaa tai älkää. Olemme juuri julkaisseet kolme artikkelia Voyager-tiedoista, jotka on otettu 33 vuotta sitten, samalla kun juhlimme lanseerauksen 40-vuotispäivää. Se oli hauskaa. Tajusin, että osaa opinnäytetyöni vuonna 1979 tekemästäni tiedosta ei ollut analysoitu uudelleen.
Herää kysymys, kuinka monta nykyiseen tietoon perustuvaa tulevaa paperia voidaan kirjoittaa vuosikymmenien kuluttua?
Mikään ei kestä ikuisesti
Voyager-ohjelman tunnetuimmat valokuvat ovat Vaaleansininen piste valokuva (itse asiassa valokuvasarja.) Emme saa enää kuvia Voyager-kameroista. Siellä ei ole mitään kuvattavaa. Mutta on melkein käsittämätöntä, kuinka nuo avaruusalukset edelleen toimittavat dataa, ainutlaatuista dataa, niin monta vuosikymmentä sen jälkeen, kun ne suunniteltiin, rakennettiin ja laukaistiin. Omituisella tavalla ne ovat kuin aikakapseleita varhaisesta avaruustutkimusteknologiasta.
Maan kuuluisa 'vaaleansininen piste', jonka Voyager 1 vangisi helmikuussa 1990 (NASA/JPL)
'Molemmat Voyager-luotaimet tutkivat alueita, joissa ei ole koskaan käynyt, joten jokainen päivä on löytöpäivä', sanoi Voyager-projektin tutkija Ed Stone, joka työskentelee Caltechissa. 'Voyager yllättää meidät jatkuvasti uusilla oivalluksilla syvästä avaruudesta.'
Mikään ei kestä ikuisesti, ja se on yksi päivä Voyager-avaruusalukselle. Ihmisille, jotka ovat perillä lähetystehtävistä ja joilla on aavistustakaan siitä, mitä he ovat edistäneet ihmiskunnan tietoon, tämä on surullinen päivä. On outoa ajatella kaikkea, mitä täällä maan päällä on tapahtunut näiden kahden avaruusaluksen matkan aikana.
Hyvä uutinen on, että tulevat avaruusalukset rakentuvat Voyager-ohjelman tekemän työn pohjalle.
Taiteilijavaikutelma pienestä IBEX-luotaimesta. Kuvan luotto: NASA
NASA käynnistää Interstellar Mapping and Acceleration Probe -luotaimen ( IMAP ) vuonna 2024, ja se hyödyntää Voyagersin havaintoja. Niiden Interstellar Boundary Explorer (IBEX) rakentaa jo Voyager 1:n ja 2:n työn pohjalle ja antaa meille enemmän yksityiskohtaiset tiedot heliosfääristä.
Samassa Nautilus-haastattelussa Fran Bagenal sanoi: 'Ennustaisin, että emme pysty kommunikoimaan sen kanssa noin 15 vuoden kuluttua.' Hän ei ole Voyager-ohjelman virallinen tiedottaja, mutta jos hän on tarkka, se tarkoittaa, että viestintä saattaa päättyä vuoteen 2032 mennessä.
Merkitse se päivämäärä kalenteriisi.
Hae nostalgiaa.
Lähteet:
- Lehdistötiedote: Uusi suunnitelma NASAn vanhimpien tutkimusmatkailijoiden jatkamiseksi
- NASA: Voyager-ohjelma
- Lehdistötiedote: Voyager 1 sytyttää potkurit 37 vuoden jälkeen
- Lehdistötiedote: NASAn Voyager 2 -luotain saapuu tähtienväliseen avaruuteen
- Lehdistötiedote: Voyager-instrumentin jäähdytys lämmittimen sammuttamisen jälkeen
- Universumi tänään: vihdoinkin! Voyager 2 on nyt tähtienvälisessä avaruudessa
- Wikipedian artikkeli: Voyager-ohjelma