Met zorgvuldige planning en een vleugje creativiteit, ingenieurs hebben NASA's Voyager 1 en 2 ruimtevaartuigen bijna 42 jaar lang kunnen laten vliegen - langer dan enig ander ruimtevaartuig in de geschiedenis. Om ervoor te zorgen dat deze vintage robots de best mogelijke wetenschappelijke gegevens blijven retourneren vanaf de grenzen van de ruimte, missie-ingenieurs implementeren een nieuw plan om ze te beheren. En dat betekent moeilijke keuzes maken, vooral over instrumenten en stuwraketten.

Een belangrijk punt is dat zowel Voyagers, gelanceerd in 1977, hebben in de loop van de tijd steeds minder vermogen beschikbaar om hun wetenschappelijke instrumenten en de verwarmingen te laten werken die hen warm houden in de kou van de diepe ruimte. Ingenieurs moesten beslissen welke onderdelen stroom krijgen en welke onderdelen op beide ruimtevaartuigen moeten worden uitgeschakeld. Maar die beslissingen moeten eerder worden genomen voor Voyager 2 dan voor Voyager 1, omdat Voyager 2 nog een wetenschappelijk instrument heeft dat gegevens verzamelt - en kracht trekt - dan zijn broer of zus.

Na uitgebreide discussies met het wetenschappelijke team, missiemanagers hebben onlangs een verwarming uitgezet voor het kosmische stralingssubsysteeminstrument (CRS) op Voyager 2 als onderdeel van het nieuwe energiebeheerplan. Het kosmische stralingsinstrument speelde afgelopen november een cruciale rol bij het bepalen dat Voyager 2 de heliosfeer had verlaten, de beschermende bel die wordt gecreëerd door een constante uitstroom (of wind) van geïoniseerde deeltjes uit de zon. Sindsdien, de twee Voyagers hebben details teruggestuurd over hoe onze heliosfeer interageert met de wind die door de interstellaire ruimte stroomt, de ruimte tussen de sterren.

De bevindingen van de Voyager-missie bieden de mensheid niet alleen observaties van werkelijk onbekend terrein, maar ze helpen ons de aard van energie en straling in de ruimte te begrijpen - essentiële informatie voor het beschermen van NASA's missies en astronauten, zelfs als ze dichter bij huis zijn.

Missieteamleden kunnen nu voorlopig bevestigen dat het kosmische stralingsinstrument van Voyager 2 nog steeds gegevens retourneert, ondanks het dalen tot een kille min 74 graden Fahrenheit (min 59 graden Celsius). Dit is lager dan de temperaturen waarbij CRS meer dan 42 jaar geleden werd getest (tot min 49 graden Fahrenheit, of min 45 graden Celsius). Een ander Voyager-instrument bleef ook jarenlang functioneren nadat het onder de temperatuur was gedaald waarbij het werd getest.

"Het is ongelooflijk dat de instrumenten van Voyagers zo sterk zijn gebleken, " zei Suzanne Dodd, projectmanager van Voyager, die is gebaseerd op NASA's Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, Californië. "We zijn er trots op dat ze de tand des tijds hebben doorstaan. De lange levensduur van het ruimtevaartuig betekent dat we te maken hebben met scenario's waarvan we nooit hadden gedacht dat we ze zouden tegenkomen. We zullen elke optie blijven onderzoeken die we hebben om de Voyagers te behouden de best mogelijke wetenschap doen."

Voyager 2 blijft gegevens van vijf instrumenten retourneren terwijl het door de interstellaire ruimte reist. Naast het kosmische stralingsinstrument, die snel bewegende deeltjes detecteert die afkomstig kunnen zijn van de zon of van bronnen buiten ons zonnestelsel, het ruimtevaartuig bedient twee instrumenten die bedoeld zijn voor het bestuderen van plasma (een gas waarin atomen zijn geïoniseerd en elektronen vrij zweven) en een magnetometer (die magnetische velden meet) om de schaarse wolken van materiaal in de interstellaire ruimte te begrijpen.

Gegevens uit verschillende richtingen nemen, het instrument met lage energie geladen deeltjes is bijzonder nuttig voor het bestuderen van de overgang van de sonde weg van onze heliosfeer. Omdat CRS alleen in bepaalde vaste richtingen kan kijken, het wetenschappelijke team van Voyager besloot eerst de verwarming van CRS uit te zetten.

reiziger 1, die in augustus 2012 de interstellaire ruimte binnenging, blijft ook gegevens verzamelen van zijn kosmische stralingsinstrument, plus van één plasma-instrument, de magnetometer en het laagenergetische geladen deeltjesinstrument.

Waarom verwarmingen uitschakelen?

Afzonderlijk gelanceerd in 1977, de twee Voyagers zijn nu meer dan 18 miljard kilometer van de zon verwijderd en ver van zijn warmte. Ingenieurs moeten de temperatuur op beide ruimtevaartuigen zorgvuldig regelen om ze in bedrijf te houden. Bijvoorbeeld, als brandstofleidingen die de stuwraketten aandrijven die het ruimtevaartuig georiënteerd houden zouden bevriezen, de antennes van de Voyagers zouden niet meer naar de aarde kunnen wijzen. Dat zou ingenieurs ervan weerhouden om commando's naar het ruimtevaartuig te sturen of wetenschappelijke gegevens te ontvangen. Dus het ruimtevaartuig is ontworpen om zichzelf te verwarmen.

Maar lopende kachels - en instrumenten - vereisen stroom, die bij beide Voyagers voortdurend afneemt.

Elk van de sondes wordt aangedreven door drie thermo-elektrische radio-isotopengeneratoren, of RTG's, die warmte produceren via het natuurlijke verval van plutonium-238 radio-isotopen en die warmte omzetten in elektrische energie. Omdat de warmte-energie van het plutonium in de RTG's afneemt en hun interne efficiëntie in de loop van de tijd afneemt, elk ruimtevaartuig produceert elk jaar ongeveer 4 watt minder elektrisch vermogen. Dat betekent dat de generatoren ongeveer 40% minder produceren dan bij de lancering, bijna 42 jaar geleden, beperking van het aantal systemen dat op het ruimtevaartuig kan draaien.

Het nieuwe energiebeheerplan van de missie onderzoekt meerdere opties voor het omgaan met de afnemende stroomvoorziening op beide ruimtevaartuigen, inclusief het uitschakelen van extra instrumentverwarmers in de komende jaren.

Oude jetpacks nieuw leven inblazen

Een andere uitdaging waarmee ingenieurs te maken hebben gehad, is het beheersen van de degradatie van sommige stuwraketten van het ruimtevaartuig, die in kleine pulsen vuren, of trekjes, om het ruimtevaartuig subtiel te draaien. Dit werd een probleem in 2017, toen missiecontrollers merkten dat een set stuwraketten op Voyager 1 meer trekjes moest afgeven om de antenne van het ruimtevaartuig op de aarde gericht te houden. Om ervoor te zorgen dat het ruimtevaartuig de juiste oriëntatie kon blijven behouden, het team vuurde nog een set stuwraketten aan op Voyager 1 die al 37 jaar niet was gebruikt.

De huidige stuwraketten van de Voyager 2 beginnen te verslechteren, te. Missiemanagers hebben besloten om deze maand dezelfde boegschroefschakelaar op die sonde te maken. Voyager 2 gebruikte deze stuwraketten voor het laatst tijdens zijn ontmoeting met Neptunus in 1989.

Nog vele mijlen te gaan voordat ze gaan slapen

Het plan van de ingenieurs om stroom en verouderde onderdelen te beheren, moet ervoor zorgen dat Voyager 1 en 2 de komende jaren gegevens uit de interstellaire ruimte kunnen blijven verzamelen. Gegevens van de Voyagers blijven wetenschappers voorzien van nooit eerder vertoonde waarnemingen van onze grens met de interstellaire ruimte, als aanvulling op NASA's Interstellar Boundary Explorer (IBEX), een missie die die grens op afstand voelt. NASA bereidt ook de Interstellar Mapping and Acceleration Probe (IMAP) voor, vanwege lancering in 2024, om te profiteren van de waarnemingen van de Voyagers.

"Beide Voyager-sondes verkennen regio's die nog nooit eerder zijn bezocht, dus elke dag is een dag van ontdekking, " zei Voyager Project Scientist Ed Stone, die is gebaseerd op Caltech. "Voyager zal ons blijven verrassen met nieuwe inzichten over deep space."