Air & Space (США): спустя много лет после запуска «Вояджеры» продолжают работать

Несмотря на снижающуюся мощность генераторов и расстояние в миллиарды километров от Земли, зонды-близнецы «Вояджер» продолжают выполнять свою миссию. За этой работой внимательно следят сотрудники НАСА, некоторые из них надеются отпраздновать 50-летие своей работы в агентстве.

27.11.2019

Марк Стросс (Mark Strauss)

Два космических зонда-близнеца «Вояджер», самые старые и уважаемые зонды НАСА, продолжают непрерывно передавать данные на Землю. «Вояджер-1» и «Вояджер-2», которые были запущены в космос для изучения крупных внешних планет, находятся на расстояниях 21 и 18 миллиардов километров от Земли соответственно, исследуя внешнюю границу гелиосферы — гигантской магнитной сферы, создаваемой Солнцем, которая окружает Солнечную систему. Эти космические зонды создают массу сложностей тем, кто отвечает за их исправную работу.

Сюзанна Додд (Suzanne Dodd), руководитель программы «Вояджер» в Лаборатории реактивных двигателей, сравнивает эту задачу с заботой о стареющих родителях. «С каждым годом становится все сложнее», — говорит она. Поскольку генераторы, установленные на этих космических зондах, постепенно вырабатывают все меньше энергии, инженерам периодически приходится решать, какие инструменты нужно отключить. Это сложный процесс, в ходе которого нужно находить баланс между научными приоритетами и необходимостью поддерживать важнейшие системы «жизнеобеспечения», которые согревают эти аппараты, чтобы те могли работать при очень низких температурах.

Скорость передачи данных, поступающих с «Вояджеров», составляет 160 битов в секунду. [«Вояджер-1» отличается тем, что способен записывать данные с подсистемы космических аппаратов для регистрации плазменного следа (Plasma Wave Subsystem) и передавать их в определенные моменты.] Агентство НАСА получает эти данные, когда одна из антенн его сети дальней космической связи направлена на этот космический аппарат — примерно по шесть часов ежедневно для каждого зонда. Затем данные передаются с антенны в центр управления полетами в Лаборатории реактивных двигателей, а потом в центр технической поддержки этой миссии, где они обрабатываются для того, чтобы ученые могли их использовать.

Эти данные позволяют инженерам Лаборатории реактивных двигателей постоянно следить за показателями жизненно-важных функций «Вояджеров». Видя исправную работу или сбои в работе инструментов, инженеры вносят необходимые изменения и корректировки. Им приходится работать с оборудованием, которое создавалось для исследования планет и которое теперь нужно адаптировать к межзвездной миссии. «Речь идет о том, чтобы изменить назначение систем с целью выполнения ими таких задач, для которых они не создавались, но которые все же способны выполнять», — объяснила Додд.

К примеру, магнитометр, который изначально был разработан для измерения магнитных полей Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна, теперь исследует взаимодействие магнитного поля Солнца с магнитным полем межзвездного пространства и является крайне важным инструментом, необходимым ученым, которые хотят подробнее изучить форму гелиосферы. Однако этот магнитометр создавался для измерения магнитных полей планет, которые намного сильнее магнитных полей межзвездного пространства. «Поэтому требуется проводить серьезный анализ и проверить массу данных, чтобы вычленить слабый сигнал из шума, создаваемого этим инструментом», — объяснила Додд.

Оба зонда-близнеца работают на трех радиоизотопных термоэлектрических генераторах — на плутонии-238, который распадается и дает тепло, превращающееся в электричество. Сокращение количества непрерывно распадающегося плутония приводит к тому, что каждый год электрическая мощность генераторов уменьшается на четыре ватта. Сегодня генераторы вырабатывают примерно на 40% меньше электроэнергии, чем в момент запуска зондов.

Помимо питания инструментов генераторы также обеспечивают работу нагревателей. Без подогрева температура на борту «Вояджера» резко упадет. Хотя некоторые инструменты способны функционировать при минусовых температурах в дальнем космосе, температура замерзания топлива для двигателей этих космических зондов составляет примерно 34,5 градуса по Фаренгейту. Если топливо в топливопроводах замерзнет, инженеры больше не смогут использовать рулевые двигатели зондов, чтобы их антенны были ориентированы в сторону Земли для передачи данных. «Поэтому последние пять лет мы постоянно ищем баланс между питанием инструментов и поддержанием нужной температуры», — сказала Додд.

Для разных приборов этот баланс разный. К примеру, инженеры отключили камеры «Вояджеров» — подсистему визуализации научных данных (Imaging Science Subsystem) — первыми. Поскольку эти камеры были созданы для того, чтобы делать фотографии внешних планет, «этот инструмент больше не мог обеспечивать нас какими-то новыми научными данными», как сказала Додд. «Кроме того, был определенный объем памяти, который нам удалось освободить и использовать в других целях в ходе межзвездной миссии „Вояджера"».

Однако иногда место инструмента перевешивает все остальные аргументы. К примеру, на «Вояджере-1» есть цифровое устройство записи на магнитную ленту, которое до сих пор работает. По словам Додд, потребление электроэнергии можно уменьшить, если отключить это устройство. Но в НАСА было принято решение оставить его включенным, потому что этот прибор вырабатывает некоторое количество тепла в определенном месте центральной шины зонда, помогая согревать топливопроводы.

Другие инструменты, такие как подсистема детекторов космических лучей (Cosmic Ray Subsystem), которая регистрирует энергетические частицы, находятся на штанге на некотором расстоянии от центральной шины и оснащены собственными нагревательными элементами. Минувшим летом инженеры НАСА отключили нагреватель подсистемы детекторов космических лучей на «Вояджере-2». Несмотря на чрезвычайно низкие температуры (минус 76 градусов по Фаренгейту), этот прибор еще работает. «Мы достигли двух целей, отключив нагреватель, — объяснила Додд. — Мы сэкономили электроэнергию, и эта дополнительная энергия обеспечивает дополнительный подогрев центральной шины, потому что теперь она не уходит к штанге».

Благодаря работе подсистемы детекторов космических лучей, ученые продолжают получать ценные данные. Космические лучи — это одна из разновидностей частиц высокой энергии: это фрагменты атомов, создаваемые сверхновыми звездами за пределами Солнечной системы и разгоняющиеся почти до скорости света, которые «атакуют» Землю со всех направлений. «Гелиосфера — это щит, защищающий от всех тех космических лучей, скорость которых составляет менее половины скорости света», — пояснил Эд Стоун (Ed Stone), который работает научным сотрудником программы «Вояджер» с 1972 года.

По его словам, благодаря «Вояджерам» «мы теперь знаем, сколько частиц пытается проникнуть внутрь, и насколько пузырь гелиосферы нас защищает; выясняется, что внутрь проникает менее 25% космических лучей».

Несмотря на то, что агентству НАСА удается поддерживать «Вояджеры» в рабочем состоянии, сейчас они достигли такой точки, когда всего одна неполадка или аномалия может обернуться потерей зонда. Инженеры лаборатории реактивных двигателей были очень обеспокоены, когда обнаружили, что первичные двигатели ориентации на обоих космических зондах приходят в негодность. «Когда реактивный двигатель изнашивается, он начинает генерировать больше импульсов, чтобы добиться той же тяги», — сказала Додд. Чтобы держать «Вояджеры» ориентированным в сторону Земли — с целью передачи данных, — инженеры Лаборатории реактивных двигателей включили двигатели коррекции траектории, которые последний раз включались во время облета планет в самом начале миссии.

«Я всегда говорю, что моя личная цель — отпраздновать 50-летнюю годовщину работающего космического аппарата от момента его запуска», — подытожила Додд. Если все сложится удачно, «Вояджеры» вполне могут дожить до своего 50-летия.

Материалы ИноСМИ содержат оценки исключительно зарубежных СМИ и не отражают позицию редакции ИноСМИ. 

https://inosmi.ru/science/2...