O reproiectare a sistemelor de alimentare ale sondelor ar putea prelungi explorarea spațiului interstelar de către sondele Voyager, vechi de aproape 50 de ani, până la începutul anilor 2030, scrie The New York Times într-un articol dedicat celor două sonde care se află acum la zeci de miliarde de kilometri de Terra și echipei de oameni de oameni de știință care le ține în viață.
Nshan Kazaryan, inginerul NASA responsabil de comunicarea cu sondele spațiale Voyager 1 și Voyager 2, este mai tânăr decât navele spațiale cu care comunică.
La 25 de ani, Kazaryan face parte dintr-o nouă generație de ingineri de la Laboratorul de Propulsie cu Reacție (Jet Propulsion laboratory, JPL) al NASA din California, care lucrează pentru a menține în funcțiune aceste nave spațiale „bătrâne”, dar rezistente.
„De fiecare dată când vorbesc despre Voyager, o tratez cam ca pe părinții mei”, a spus el. „Pe măsură ce un om îmbătrânește, are tot felul de probleme. La fel se întâmplă și cu o navă spațială. Cu cât îmbătrânește, cu atât are mai multe probleme.” (Nici părinții lui Kazaryan nu se născuseră încă când sondele Voyager au fost lansate în 1977.)
FOTO DE ARHIVĂ: Laboratorul de Propulsie cu Jet al NASA, pe 23 martie 1977, arată inginerii pregătind nava spațială Voyager 2 înainte de lansarea sa din acel an. Foto: NASA/JPL-Caltech / Zuma Press / Profimedia
Lucrul cu navele spațiale îmbătrânite necesită ingeniozitate, tenacitate și o răbdare de tip zen.
De fiecare dată când Kazaryan trimite o comandă către una dintre navele Voyager, trebuie să aștepte câteva zile pentru un răspuns.
Atât durează ca un semnal radio să parcurgă distanța dus-întors. Voyager 1 se află la aproape 25,6 miliarde de kilometri distanță; Voyager 2 este puțin mai aproape — la aproximativ 21,4 miliarde de kilometri. Dar aceasta este totuși de peste patru ori distanța până la Pluto.
Au trecut decenii de la perioada de glorie a sondelor Voyager, când au zburat pe lângă planetele gigantice, trimițând înapoi fotografii cu tărâmuri minunate, ca un caleidoscop, inclusiv norii roșiatici care se învârt în jurul Marii Pete Roșii de pe Jupiter și inelele delicate și sclipitoare ale lui Saturn.
Acum, deplasându-se cu o viteză de peste 48.000 e kilometri pe oră, cele două sonde gemene au ajuns mai departe decât orice alt obiect creat de om. Voyager 1 a intrat în spațiul interstelar în 2012, iar Voyager 2 a trecut dincolo de acesta șase ani mai târziu.
Oamenii de știință din domeniul spațial doresc ca acestea să continue să colecteze observații unice despre ceea ce se află între stele cât mai mult timp posibil. Nu va mai exista în curând o altă navă spațială care să se aventureze atât de departe.
Dar acest demers devine din ce în ce mai dificil și, în câțiva ani, va fi imposibil, pe măsură ce energia bateriilor cu plutoniu ale navelor spațiale se va diminua. Pentru a menține sonda în funcțiune, inginerii trebuie să-și asume riscuri pe care alte misiuni nu ar îndrăzni să le ia.
„Suntem ca niște pirați”, a spus Kareem Badaruddin, managerul misiunii Voyager. „Nimănui nu-i place să fie atât de aproape de limită, dar ne-am obișnuit destul de bine cu asta, pentru că este singura noastră opțiune.”
Voyager 2. Imagine cu caracter ilustrativ Foto: Profimedia
Luna trecută, echipa a înregistrat un succes, reușind ceea ce numește „Big Bang” pe Voyager 2 — o reorganizare a sistemelor electrice care a economisit aproximativ 10 wați de energie. Această mică creștere, suficientă pentru a alimenta un bec sau două, ar putea prelungi misiunea cu aproximativ doi ani, până în 2031.
În următoarele săptămâni, inginerii vor finaliza procesul de reînnoire a navei Voyager 1, sperând că aceasta va putea funcționa până în 2030.
Câțiva ani în plus pot părea puțin, dar fiecare zi oferă posibilitatea unei noi descoperiri. În comparație cu particulele pe care Soarele le aruncă în sistemul nostru solar, spațiul interstelar conține „un amestec diferit de gaze și un comportament diferit”, a spus Jamie Rankin, om de știință spațial la Universitatea Princeton, care ocupă acum funcția de cercetător adjunct al proiectului.
Inginerii știu că nu pot decât să amâne sfârșitul inevitabil al sondelor Voyager, dar rămân plini de speranță — și creativi.
„Cine știe?”, a spus Badaruddin. „Poate vom găsi o altă soluție.” Dar, a adăugat el, „Cred că asta este tot ce putem face.”
Bolile bătrâneții
Trei afecțiuni cronice ucid încet sondele Voyager.
Una dintre ele este faptul că conductele de combustibil se înfundă cu reziduuri dizolvate dintr-o cameră de silicon care împinge lichidul propulsant — un lichid cunoscut sub numele de hidrazină — din rezervor către propulsoarele navei spațiale.
Gândiți-vă la asta ca la echivalentul, în cazul navei spațiale, al arterelor înfundate de colesterol.
Dacă prea multe propulsoare ale unei nave Voyager se defectează, aceasta nu va mai putea să-și mențină antena îndreptată spre Pământ. Odată întrerupte comunicațiile, nava ar fi pierdută.
Pentru a încetini acumularea de silicon, propulsoarele au fost activate mai rar în ultimii ani — acum se permite ca antena să se abată mai mult de la aliniere înainte de a fi readusă ușor în direcția Pământului — iar conductele prin care curge propulsorul sunt schimbate periodic.
O a doua provocare este menținerea conductelor de combustibil la o temperatură suficient de ridicată. Hidrazina înghețată ar bloca, de asemenea, conductele de propulsor și ar avaria propulsoarele. Pe navele spațiale există încălzitoare concepute să prevină acest lucru, dar acestea necesită energie electrică.
Iar aceasta — în cea de-a treia problemă cronică a sondelor Voyager — este ceva de care navele spațiale dispun în cantități periculos de reduse. Bateriile cu plutoniu (ceea ce NASA numește generatoare termoelectrice radioizotopice, sau R.T.G.-uri) generează energia cu care funcționează sondele Voyager prin transformarea căldurii rezultate din dezintegrarea radioactivă a plutoniului în electricitate.
Inițial, R.T.G.-urile produceau aproximativ 470 de wați pentru fiecare sondă Voyager. Pe măsură ce plutoniul s-a dezintegrat și energia s-a diminuat de-a lungul deceniilor, instrumentele științifice au fost oprite unul câte unul pe sonde. Pe Voyager 2, care a ajuns la 216 de wați, doar trei dintre cele 10 instrumente mai colectează date. Pe Voyager 1, care funcționează cu o putere puțin mai mică, mai sunt doar două active.
Echipa misiunii a căutat modalități de a reduce consumul de energie. De exemplu, înregistratorul digital de pe Voyager 1 s-a defectat cu zeci de ani în urmă, dar inginerii l-au lăsat pornit deoarece, întâmplător, încălzea conductele de hidrazină din apropiere.
Proiectanții sondelor Voyager au inclus un încălzitor pentru a menține înregistratorul cald în cazul în care ar fi trebuit oprit. De ce să nu oprim înregistratorul defect și să pornim încălzitorul, care consumă mai puțini wați?
Această măsură prezenta anumite riscuri. Înregistratorul nu fusese oprit niciodată, iar încălzitorul nu fusese pornit niciodată. Mai important, încălzitorul producea mai puțină căldură decât înregistratorul. Analizele au indicat că un propulsor ar putea deveni prea rece pentru ca hidrazina să curgă. „Nu ne-ar ajuta cu adevărat”, a spus Badaruddin.
Conceperea planului „Big Bang”
Din necesitate, echipa Voyager a trebuit să ia în considerare ceva mult mai ambițios.
Un inginer pe nume David Woerner a sugerat că, întrucât modificările fragmentare ar eșua, efectuarea unei serii de astfel de modificări simultan ar putea menține echilibrul între cerințele de căldură și energie, reducând în același timp consumul de energie al navei spațiale.
Această inițiativă a devenit „Big Bang”, iar după nouă luni de analize, inginerii misiunii Voyager au ajuns la concluzia că ar putea funcționa. Au decis că beneficiile depășeau potențialele riscuri.
„Voyager reprezintă, în esență, calea cu cele mai puține regrete”, a spus Bruce Waggoner, managerul responsabil cu asigurarea misiunii. „Nu există un răspuns cu adevărat corect.”
Au început cu Voyager 2, deoarece aceasta se află într-o stare mai bună din punct de vedere energetic. Operațiunea a fost efectuată în trei etape, pentru a minimiza riscul de a pierde sonda spațială.
„Există întotdeauna acea îngrijorare că s-ar putea să nu decurgă corect”, a spus Suzanne Dodd, care ocupă funcția de manager de proiect pentru Voyager din 2010.
Mai întâi, în luna mai, sonda a primit comanda de a trece la noua configurație timp de 40 de minute. Scopul a fost acela de a se asigura că sistemele precum încălzitorul de lângă înregistratorul de date, care nu fusese pornit niciodată până atunci, funcționau într-adevăr.
O lună mai târziu, Voyager 2 a rămas în noua configurație timp de șase ore pentru a verifica dacă previziunile privind temperatura erau corecte. În cele din urmă, luna trecută, schimbarea a devenit permanentă.
Mai este puțin peste un an până la împlinirea a 50 de ani de la lansarea lor. „Sunt destul de încrezătoare că ambele vor reuși”, a spus Dodd.
Dar nu există garanții. Nu ar fi o surpriză dacă un sistem critic s-ar defecta în mod neașteptat la una dintre sondele Voyager, care devin din ce în ce mai fragile.
Acest lucru s-a întâmplat acum patru ani, când Voyager 1 a început să transmită către Pământ date fără sens, în loc de date științifice și de telemetrie. Practic, a devenit mută, incapabilă să le spună inginerilor ce nu funcționa.
„Ne mișcam la întâmplare”, a spus Sun Matsumoto, unul dintre ingineri. „Pur și simplu nu aveam niciun indiciu.”
În cele din urmă, problema a fost identificată ca fiind un cip de memorie defect, pe care inginerii au reușit să-l ocolească, dar Voyager 1 a fost scos din funcțiune pentru aproape un an.
Imagine cu caracter ilustrativ. Foto: Profimedia
„Vreau să fiu acolo”
Deși sondele Voyager nu mai capturează fotografii colorate așa cum o făceau atunci când treceau pe lângă planete — ultimele imagini au fost realizate de Voyager 1 în 1990, reprezentând un „portret de familie” al sistemului solar — ele continuă să facă descoperiri în teritoriul neexplorat al spațiului interstelar.
La mijlocul anului 2020, Voyager 1 a observat o schimbare semnificativă a câmpului magnetic în acea regiune a spațiului interstelar, însoțită de o variație importantă a densității plasmei de particule încărcate din jurul său. Această schimbare persistă și în prezent. „Nu știm de ce”, a spus dr. Rankin. „Este ceva cu adevărat ciudat.”
Acesta este doar unul dintre misterele pentru a căror dezlegare anii suplimentari de explorare ar putea fi de ajutor.
Datorită creșterii de putere oferite de „Big Bang”, inginerii și oamenii de știință iau în considerare reactivarea unora dintre instrumentele științifice inactive ale sondei pentru a colecta informații suplimentare, chiar dacă doar pentru scurt timp.
Dar acest lucru, la fel ca tot ceea ce fac, ar putea pune sonda în pericol. O posibilitate este să aștepte până după cea de-a 50-a aniversare.
„Încă nu ne-am decis”, a spus dr. Spilker. „S-ar putea să pierdem misiunea.”
Dr. Spilker a făcut parte din misiune încă de la lansare, acesta fiind primul ei loc de muncă după terminarea facultății. Ea a trecut la misiunea Cassini a NASA, care a stat pe orbita lui Saturn timp de 13 ani, înainte de a se întoarce la Voyager.
Când a fost întrebată ce va face după cea de-a 50-a aniversare, a spus că este indecisă. „Am vreo 10 nepoți minunați și alte lucruri care îmi plac, precum călătoriile și așa mai departe”, a spus ea.
Ea și-a redus deja programul de lucru la jumătate de normă, ceea ce ajută la menținerea operațiunilor continue ale navelor Voyager în cadrul unui buget anual de 5 milioane de dolari, o sumă modică în comparație cu multe alte misiuni ale NASA.
A doua zi, dr. Spilker a trimis un e-mail în care a precizat că întrebarea o luase prin surprindere.
„După ce m-am gândit la asta peste noapte, mi-am dat seama că vreau să fiu acolo când fiecare sondă Voyager va înceta să mai transmită și să ne luăm rămas bun împreună, ca echipă”, a scris ea. „Urmărirea descoperirilor științifice ale misiunilor Voyager a făcut parte din viața mea pe toată durata carierei mele la JPL și nu voi fi fericită dacă plec înainte de momentele lor finale.”
