Naprawa z odległości 25 mld km. Inżynierowie z NASA uruchomili dawno niedziałające silniki sondy Voyager 1

Inżynierom z NASA udało się naprawić niedziałające od 2004 roku silniki sondy kosmicznej Voyager 1, mimo że sonda znajduje się w odległości blisko 25 miliardów kilometrów od Ziemi. Interwencja ta była spowodowana rosnącymi obawami, że obecnie używane silniki mogą wkrótce przestać działać.

Inżynierowie z NASA Jet Propulsion Laboratory (JPL) przywrócili do działania zestaw silników sondy Voyager 1, który nie był używany od 2004 roku. „Wskrzeszone” silniki będą pełnić rolę silników zapasowych, bo przewody paliwowe w tych obecnie używanych zatykają się i wkrótce mogą przestać działać.

Silniki sondy Voyager 1

Sonda Voyager 1 wraz z bliźniaczą konstrukcją, czyli sondą Voyager 2, została wyniesiona w przestrzeń kosmiczną w 1977 roku. Od tamtej pory statek przemierza bezkres kosmosu. Jego podstawową misją były badania gazowych olbrzymów: Jowisza, Saturna, Urana i Neptuna. Gdy cele zostały osiągnięte, zarządzający misją skierowali go do heliopauzy – granicy heliosfery – ochronnego „bąbla” cząstek i pól magnetycznych wytwarzanych przez nasze Słońce. Na tej granicy wiatr słoneczny wytraca swoją prędkość, a ciśnienie wiatrów galaktycznych zaczyna przeważać nad ciśnieniem wiatru słonecznego. Granica ta znajduje się około 18 miliardów kilometrów od Słońca. Sonda Voyager 1 przekroczyła ją i weszła w przestrzeń międzygwiezdną w 2012 roku. Obecnie znajduje się prawie 25 miliardów kilometrów od Ziemi.

Sondy Voyager to zabytkowy sprzęt i gdyby był na Ziemi, zapewne trafiłby do muzeum. Ale sondy jeszcze działają i są najdalej znajdującymi się od Ziemi statkami, a ich położenie daje jedyną w swoim rodzaju szansę na przeprowadzenie pomiarów. Co prawda nie wszystkie instrumenty naukowe funkcjonują, ale część z nich nadal zbiera dane, które są wysyłane na Ziemię.

Jednak żeby cenne dane docierały na naszą planetę, sonda musi być odpowiednio ustawiona. Do orientacji w kierunku Ziemi, by komunikacja działała prawidłowo, statek używa silników. Voyager 1, tak jak jego bliźniak, ma trzy silniki. Dwa zestawy do orientacji sondy w przestrzeni i jeden do korygowania trajektorii lotu. Odkąd Voyager 1 przekroczył heliopauzę, statek leci prosto przed siebie i jedyne czego mu potrzeba, to prawidłowe ustawienie anteny w kierunku Ziemi.

Z silnikami od lat są problemy i dotyczą one przewodów paliwowych, które zatykają się. Silniki są zasilane ciekłą hydrazyną, która zamienia się w gaz i uwalnia w dziesiątkach milisekundowych podmuchów, aby delikatnie przechylić antenę statku kosmicznego w kierunku Ziemi. Dziennie sonda potrzebuje wykonać około 40 takich impulsów. Przewody paliwowe silników zatykają się dwutlenkiem krzemu z gumowych komponentów umieszczonych w zbiorniku paliwa. To zmniejsza wydajność generowanej przez silniki mocy.

Presja czasu

Inżynierowie z NASA naprawy dokonali jeszcze w marcu, ale dopiero teraz o niej poinformowali opinię publiczną. Musieli się spieszyć, żeby zdążyć przed 4 maja, kiedy to antena naziemna wysyłająca polecenia do Voyagera 1 i jego bliźniaka Voyagera 2 została wyłączona z użytku na kilka miesięcy w celu przeprowadzenia modernizacji.

Aby poradzić sobie z zapychającymi się przewodami w silnikach, inżynierowie przełączają się między zestawami silników podstawowych i zapasowych. Jednak w przypadku Voyagera 1 główne silniki służące do zmiany orientacji sondy przestały działać w 2004 r. po utracie zasilania w dwóch małych wewnętrznych grzejnikach. Inżynierowie stwierdzili, że uszkodzone grzejniki nie nadają się do naprawy i zdecydowali się polegać wyłącznie na zapasowych silnikach Voyagera 1.

– W tamtym czasie zespół inżynierów nie miał problemu z zaakceptowaniem tego, że główne silniki do orientacji w przestrzeni nie działają, ponieważ mieli doskonale działający zestaw zapasowy – powiedział Kareem Badaruddin, kierownik misji Voyagerów w JPL. – I szczerze mówiąc, prawdopodobnie nie sądzili, że Voyagery będą działać przez kolejne 20 lat – dodał.

Deep Space Station 43

Inżynierowie z JPL pracowali pod presją czasu, bo od 4 maja do lutego 2026 roku zaplanowano modernizację Deep Space Station 43 (DSS-43). To antena o szerokości około 70 metrów w Canberze w Australii, która jest częścią Deep Space Network NASA. Przez większość tego czasu antena będzie wyłączona.

Chociaż Deep Space Network ma trzy kompleksy równomiernie rozmieszczone na całym globie (oprócz Australii anteny znajdują się również w Goldstone w Kalifornii oraz w Madrycie), aby zapewnić stały kontakt ze statkami kosmicznymi podczas obrotu Ziemi, DSS-43 jest jedyną anteną o wystarczającej mocy sygnału, aby wysyłać polecenia do Voyagerów.

– Modernizacja anten jest ważna dla przyszłych załogowych lądowań na Księżycu, a także zwiększa możliwości komunikacyjne naszych misji naukowych w głębokiej przestrzeni, z których niektóre opierają się na odkryciach dokonanych przez Voyagery – powiedziała Suzanne Dodd, kierownik projektu Voyager i dyrektor Interplanetary Network w JPL, która zarządza Deep Space Network dla NASA. – Przechodziliśmy już przez takie przestoje, więc przygotowujemy się tak bardzo, jak to możliwe – dodała.

Naprawa z odległości prawie 25 mld km

Bez możliwości kontrolowania ruchu obrotowego statku pojawiłoby się wiele problemów, które mogłyby zagrozić misji, więc zespół inżynierów postanowił ponownie zbadać awarię silników z 2004 r. Zaczęli podejrzewać, że problemu spowodowała nieoczekiwana zmiana lub zakłócenie w obwodach kontrolujących zasilanie grzejników.

Należało najpierw włączyć uśpione silniki, a następnie spróbować naprawić i ponownie uruchomić grzałkę. Ale operacja ta była ryzykowna. Gdyby operacja się przedłużała a sonda w tym czasie zbytnio oddaliłaby się od zamierzonej ścieżki lotu, długo uśpione silniki automatycznie by się uruchomiły, bo tak zostały zaprogramowane. Gdyby tak się stało, a grzałki nadal by były wyłączone, mogłoby to wywołać małą eksplozję.

Zespół inżynierów chciał się upewnić, że długo nieużywane silniki będą dostępne, gdy antena DSS-43 zostanie ponownie uruchomiona na krótko w sierpniu. Do tego czasu silniki obecnie używane na Voyagerze 1 mogą być całkowicie zablokowane. 20 marca sonda wykonała uprzednio wysłane polecenia. Ze względu na odległość Voyagera 1 sygnał radiowy potrzebował ponad 23 godzin, aby dotrzeć ze statku kosmicznego na Ziemię. Ale sygnał zwrotny od sondy pokazał, że grzałka wznowiła pracę, co oznaczało sukces.

Źródło: NASA, fot. NASA/JPL-Caltech