Hoe Voyager-sondes tientallen jaren na hun lancering doorgaan

Pasadena, Californië (CNN) Toen de Voyager-sondes in 1977 wekenlang gescheiden waren, had niemand verwacht dat het dubbele ruimtevaartuig vier jaar tot 45 jaar zou duren en nog steeds zou gaan.

Nu innoveert het missieteam de stroomvoorziening en instrumentstrategieën op zowel Voyager 1 als 2 om beide sondes in staat te stellen waardevolle gegevens te blijven verzamelen terwijl ze onbekend interstellair gebied verkennen.

Voyager 1 is momenteel bijna het verste ruimtevaartuig van de aarde Het is 15 miljard mijl (24 miljard km) verwijderd, terwijl Voyager 2 meer dan 12 miljard mijl (20 miljard km) van de aarde heeft afgelegd. Beide bevinden zich in de interstellaire ruimte en zijn het enige ruimtevaartuig dat buiten de heliosfeer opereert, de bel van magnetische velden en deeltjes van de zon die zich voorbij de baan van Pluto uitstrekt.

Als de enige uitbreidingen van de mensheid buiten de beschermende bubbel van de heliosfeer, zijn de twee sondes alleen, zelfs op hun kosmische reizen terwijl ze in verschillende richtingen reizen.

Denk aan de planeten van het zonnestelsel als zijnde op één vlak. Het traject van Voyager 1 nam het mee naar boven en uit het planetaire vlak nadat het Saturnus was gepasseerd, zei Susan Dodd, Voyager-projectmanager bij NASA’s Jet Propulsion Plane, terwijl Voyager 2 de top van Neptunus passeerde en naar beneden en uit het planetaire vlak bewoog. Laboratorium in Pasadena, Californië.

Informatie verzameld door deze langlevende sondes helpt wetenschappers meer te weten te komen over de komeetachtige vorm van de heliosfeer en hoe deze de aarde beschermt tegen energetische deeltjes en straling in de interstellaire ruimte.

De waardevolle gegevens van Voyager 2 worden vastgelegd en teruggestuurd naar de aarde door zijn vijf wetenschappelijke instrumenten, terwijl Voyager 1 nog steeds vier operationele instrumenten heeft nadat een van hen eerder in de missie faalde.

Maar Dodd zei dat het veel zorg en toezicht vergde om de “senioren” aan het werk te houden.

“Ik beschrijf ze min of meer als tweelingzusjes”, vertelde Dowd aan CNN. “De een is zijn gehoor kwijtgeraakt en heeft een paar hoortoestellen nodig, en een ander heeft een gevoel van aanraking verloren. Ze falen dus in de loop van de tijd anders. Maar over het algemeen zijn ze behoorlijk gezond voor hun leeftijd.”

Instrumenten die waren ontworpen om naar planeten te kijken terwijl de Voyager-sonde in de jaren tachtig door het zonnestelsel toerde, werden uitgeschakeld om geheugen te hergebruiken voor de interstellaire missie die begon in 1990. Voyager 1 bereikte de atmosferische grens in 2012, terwijl de langzamere Voyager 2 overstak de grens in 2018.

Beide Voyager-sondes vertrouwen op radio-isotoop thermo-elektrische generatoren. Een kernenergievoorziening verliest 4 watt per jaar omdat het plutonium waarop het steunt langzaam vervalt en de warmte wordt omgezet in elektriciteit. Na verloop van tijd beval het Voyager-team de sondes om instrumentverwarmers en andere niet-essentiële systemen uit te schakelen.

“Maar (Voyager) wordt ook erg koud en we moeten de brandstofleidingen warm genoeg houden, ongeveer 2 graden Celsius.” (35,6 graden Fahrenheit). Als ze bevriezen, verliezen we mogelijk ons ​​vermogen om naar de aarde te wijzen. Het is dus een balans tussen energie en warmte en hoe we het ruimtevaartuig besturen, ‘zei Dodd.

delicate balans

Het team was aangenaam verrast dat de instrumenten opnieuw werden gekalibreerd om wat gevoeliger te worden bij het verzamelen van gegevens, omdat sommige Voyager-detectoren beter werken als het kouder is.

“Een manier om ernaar te kijken,” zei Linda Spilker, Voyager-projectwetenschapper bij het Jet Propulsion Laboratory, “is om Voyagers te zien als hutten op de top van een berg, en het is daar erg koud. Doe de lichten binnenin uit om te sparen je energie. Je moet ook de thermostaat lager zetten, en daarmee werkt het nog prima.”

Voyager 2 begon een kleine reservestroomreserve te gebruiken die deel uitmaakte van een veiligheidsmechanisme, waardoor het ruimtevaartuig een ander wetenschappelijk instrument tot 2026 kan uitschakelen, in plaats van dit jaar. Het veiligheidsmechanisme, dat de instrumenten beschermt als de elektrische stroom op het ruimtevaartuig drastisch verandert, bevat een kleine hoeveelheid stroom die als back-upcircuit fungeert.

Nu kan die kracht worden gebruikt om de instrumenten van de Voyager 2 draaiende te houden.

De elektrische systemen van het ruimtevaartuig zijn nog steeds grotendeels stabiel, dus besloot het team dat het een klein risico was voor de grotere beloning om wetenschappelijke gegevens te kunnen verzamelen. Het team zal de Voyager 2-inspanningen blijven volgen en dienovereenkomstig handelen als er fluctuaties zijn.

Als deze strategie werkt voor Voyager 2, kan deze ook worden geïmplementeerd op Voyager 1, waar het team zal moeten overwegen om in 2024 een ander wetenschappelijk instrument op het ruimtevaartuig uit te schakelen.

“In plaats van een wetenschappelijk instrument uit te schakelen, zouden we waarschijnlijk iets heel creatiefs willen doen, technisch gezien, om nog een jaar aan wetenschappelijke gegevens te krijgen”, zei Dodd. “Het drijft het ruimtevaartuig aan op een manier waarop het nooit is ontworpen om aan te drijven.”

Het Plasma Science-instrument op Voyager 2 is nog steeds operationeel, dus het kan directe metingen van de plasmadichtheid in de interstellaire ruimte uitvoeren. Ruimteplasma bestaat uit geladen deeltjes, waarvan de beweging wordt bestuurd door elektrische en magnetische krachten NASA.

“Stel je het voor als een oceaan van ruimte met golven en turbulentie en constante activiteit, en de Voyager-instrumenten kunnen meten wat er aan de hand is”, zei Spilker. “Voordat je naar een nieuwe plek gaat, voorspel je wat je denkt te vinden als je daar aankomt. Met Voyager hebben we geleerd om verrast te worden.”

Wetenschappers verwachtten dat de plasmadichtheid zou afnemen naarmate Voyager verder van de zon kwam, maar in plaats daarvan nam deze toe. Spilker zei dat de sondes de schokken kunnen meten en zien terwijl ze zich vanuit de zon voortplanten.

Zolang zowel Voyager 1 als Voyager 2 gezond blijven, zullen de verouderende sondes hun recordbrekende missies waarschijnlijk nog jaren voortzetten.