НАСА даде още две години живот на Voyager 2, защо това е важно?

НАСА проведе операция на борда на сондата Voyager 2, донякъде зловещо наречена "Големият взрив". Това ще позволи на легендарния космически кораб да продължи изследванията си още една година, а може би дори две.

Операцията е включвала изключително прецизно превключване на инструменти и електронни системи, което позволи спестяване на почти 10 вата мощност. Това е същото количество енергия, използвано от сравнително нискоенергийна LED крушка. За Voyager 2 обаче това е енергийно „капване“, което би могло значително да удължи живота му.

Защото след почти 49 години полет, сондата започва да се изчерпва

Сондата е изстреляна на 20 август 1977 г. Основната ѝ мисия е била предназначена да продължи само няколко години. Въпреки това, тя посещава Юпитер и Сатурн, преди да продължи да се движи по-дълбоко в космоса. И до днес това е единственият космически кораб в историята, видял Уран и Нептун отблизо.

От 2018 г. насам Voyager 2 е отвъд хелиопаузата, границата на региона, наречен хелиосфера, доминиран от слънчевия вятър и магнитното поле на Слънцето. По този начин той е "излязъл" в междузвездното пространство. Заедно с близнака си Voyager 1, те са единствените действащи наземни сонди, достигнали толкова далеч.

Това обаче не означава, че сондите Voyager са напуснали напълно Слънчевата система. Гравитационното господство на Слънцето се простира много по-далеч, чак до хипотетичния облак на Оорт - огромен резервоар от ледени тела, който вероятно е източник на дългопериодични комети, които от време на време се осмеляват да достигнат нашата близост.

Voyager 2 няма слънчеви панели. Те така или иначе биха били от малка полза толкова далеч от Слънцето.

С течение на времето обаче плутоният се разпада и генераторите доставят все по-малко енергия. И двете сонди а губят около 4 вата налична мощност годишно по този начин. След близо половин век енергийният марж е станал толкова малък, че инженерите на НАСА от години следват един вид политика на строги космически ограничения. Те изключват отоплението, ненужното оборудване и в крайна сметка дори повече научни инструменти.

През 2023 г. те намериха един хитър начин да отложат смъртта на сондите. Те се включиха в малък енергиен резерв, преди това запазен за верига, защитаваща електрониката от колебания на напрежението. Рискът беше счетен за приемлив и възстановената енергия беше разпределена за научно оборудване.

През септември 2024 г. плазменият инструмент на Voyager 2 беше изключен, а през март 2025 г. беше изключен и неговият детектор за нискоенергийни заредени частици. От десетте научни инструмента, с които космическият кораб напусна Земята, днес работят само три: магнитометър, детектор на плазмени вълни и детектор на космически лъчи.

Последният трябваше да бъде изведен от експлоатация преди края на 2026 г.

В тази ситуация ръководителите на мисията решиха да предприемат по-радикална стъпка - те планираха операция "Голям взрив"

Името идва от факта, че вместо да изключват устройствата едно по едно, инженерите решиха да променят няколко елемента от енергийния баланс едновременно. Това беше рисковано, защото на сондите Voyager токът и температурата са тясно свързани. Почти всяко работещо електрическо устройство е и нагревател.

А далеч от Слънцето топлината се оказва толкова необходима, колкото и електричеството. Ако линиите, пренасящи хидразин към маневрените двигатели на сондата, станат твърде студени, горивото може да замръзне. Без възможността за правилно завъртане на космическия кораб, антената би загубила фокуса си върху Земята, а мисията ще приключи преждевременно.

Още по-лошо е, че в най-студените части на проводниците дори няма температурни сензори. Никой през 70-те години на миналия век не е очаквал устройството да се нуждае от поддръжка половин век по-късно.

Затова инженерите измислили доста необичайно решение. Те едновременно изключили два нагревателя и бордовия цифров магнетофон. В продължение на десетилетия магнетофонът служил като памет на Voyager 2, съхранявайки данни на лента, които космическият кораб не можел веднага да предаде на Земята. Днес повечето от инструментите вече не работят, а останалите инструменти предават сравнително малко информация, така че данните могат да се изпращат директно на Земята, но магнетофонът останал включен именно защото генерирал топлина.

Вместо това вече са активирани два други, по-малко енергоемки нагревателя, заедно с компонент на задвижващата система, който също генерира топлина по време на работа. С други думи, отоплението на сондата е реорганизирано, за да се постигне подобен топлинен ефект при по-ниски разходи за енергия.

"В този момент почти всичко действа като радиатор, независимо за какво е проектирано", каза пред Scientific American Карим Бадарудин, мениджър на мисията Voyager в Лабораторията за реактивно движение на НАСА в Пасадена.

Инженерите работят върху решението от края на 2025 г. През май и юни същата година те проведоха отделни енергийни и термични тестове на Voyager 2. Едва когато и двата теста се представиха добре, те извършиха действителния "Голям взрив" през юли. Цялата операция беше завършена до средата на месеца.

Voyager 2 в момента е на над 21 милиарда километра от Земята. Необходими са около 19,5 часа, за да достигне радиосигнал от Земята. Отговорът отнема също толкова време, за да се върне. Така че, когато инженерите в контролния център изпратят команда, те не знаят какъв ще бъде резултатът около 40 часа - дали току-що са спасили една от най-ценните сонди в историята или са я вкарали в беда.

Този път всичко работи по план.

НАСА предпазливо съобщава, че възстановената енергия ще поддържа трите инструмента на Voyager 2 в експлоатация поне още една година. Бадарудин обаче казва, че спестяванията от близо 10 вата биха могли ефективно да купят на космическия кораб още около две години.

Защо им е на НАСА да се борят за още една година?

НАСА все още не е готова да позволи на сондите Voyager да се пенсионират. След 49 години те са в известен смисъл по-интересни за учените от всякога.

Voyager 2 измерва магнитното поле на междузвездното пространство, открива вълни в изключително разредена плазма и изучава космически лъчи с висока енергия. Колкото по-далеч е от хелиосферата, толкова по-малко измерванията му са изкривени от средата, създадена от нашето Слънце.

НАСА подчертава, че данните от Voyager стават все по-ценни в това отношение с увеличаване на разстоянието от Слънцето.

Няма и втора сонда, която би могла да бъде изпратена бързо, за да ги замени. Voyager пътува от 1977 г. и все още се отдалечава от нас с няколко астрономически единици годишно (една астрономическа единица е 150 милиона км).

Ето защо НАСА се опитва да изстиска всяка последна частица енергия от двата кораба.

Успешната операция на Voyager 2 беше само половината от битката. Сега подобен "Голям взрив" предстои да бъде извършен на Voyager 1. Това е по-предизвикателен пациент: той е още по-далеч от Земята и в момента разполага само с два инструмента за оперативни науки. През август инженерите съобщиха, че първият му енергиен тест също е преминал добре.

През 2027 г. и двете сонди ще навършат 50 години

Voyager 2 ще достигне този етап на 20 август. Когато беше изстрелян, Джими Картър беше президент на Съединените щати само от няколко месеца, а  първият компютър Apple II току-що беше пуснат в продажба. Никой все още не беше изпратил сонда близо до Уран или Нептун.

За да оценим колко много се е променил светът след изстрелването на Voyager, човек трябва само да погледне неговите компютри. Те изпълняват около 8000 инструкции в секунда, в сравнение с милиарди от тях на съвременен смартфон. И все пак тази реликва от 70-те години на миналия век продължава да излъчва данни от междузвездното пространство, които никое друго функциониращо устройство, създадено от човека, не може да достави.