Pasadena, Californië (CNN) Toen de Voyager-sondes met een tussenpoos van 1977 van start gingen, had niemand verwacht dat het dubbele ruimtevaartuig hun missies van vier jaar naar 45 jaar zou duren.
Nu wordt het missieteam creatief met hun stroomvoorziening en instrumentstrategieën op zowel Voyager 1 als 2, zodat beide sondes waardevolle gegevens kunnen blijven verzamelen terwijl ze onbekend interstellair gebied verkennen.
Voyager 1 is momenteel het verste ruimtevaartuig van de aarde op ongeveer 15 miljard mijl (24 miljard kilometer) verwijderd, terwijl Voyager 2 meer dan 12 miljard mijl (20 miljard kilometer) van de aarde heeft afgelegd. Beide bevinden zich in de interstellaire ruimte en zijn het enige ruimtevaartuig dat buiten de heliosfeer opereert, de bel van magnetische velden en deeltjes van de zon die zich tot ver buiten de baan van Pluto uitstrekt.
Als de enige uitbreidingen van de mensheid buiten de beschermende bubbel van de heliosfeer, zijn de twee sondes alleen, zelfs op hun kosmische reizen terwijl ze in verschillende richtingen reizen.
Bedenk dat de planeten van het zonnestelsel op één vlak bestaan. De baan van Voyager 1 tilde het omhoog en uit het vlak van de planeten nadat het Saturnus was gepasseerd, terwijl Voyager 2 over de top van Neptunus ging en naar beneden en uit het vlak van de planeten bewoog, zei Suzanne Dodd, projectmanager van Voyager tegen NASA’s Jet Voortstuwing. Laboratorium in Pasadena, Californië.
Informatie verzameld door deze langlevende sondes helpt wetenschappers meer te weten te komen over de vorm van de heliosfeerkomeet en hoe deze de aarde beschermt tegen actieve deeltjes en straling in de interstellaire ruimte.
De onschatbare gegevens van Voyager 2 worden vastgelegd en teruggestuurd naar de aarde via zijn vijf wetenschappelijke instrumenten, terwijl Voyager 1 nog steeds vier operationele instrumenten heeft nadat er eerder in de missie één faalde.
Maar er was veel zorg en toezicht voor nodig om de “senioren” draaiende te houden, zei Dodd.
“Ik beschrijf ze min of meer als tweelingzusjes”, vertelde Dodd aan CNN. “De een is zijn gehoor kwijtgeraakt en heeft gehoorapparaten nodig en de ander heeft zijn tastzin verloren. Ze hebben dus in de loop van de tijd anders gefaald. Maar over het algemeen zijn ze erg gezond voor hun leeftijd.”
Instrumenten die zijn ontworpen om naar planeten te kijken terwijl de Voyager-sondes in de jaren tachtig door het zonnestelsel toeren, zijn uitgeschakeld om geheugen te hergebruiken voor de interstellaire missie die in 1990 begon, zei Dodd. Voyager 1 bereikte de grens van de heliosfeer in 2012, terwijl de langzamere Voyager 2 de grens in 2018 overschreed.
Beide Voyager-sondes vertrouwen op thermo-elektrische radio-isotopengeneratoren. De kernenergievoorziening verliest 4 watt per jaar doordat het plutonium waarop het is gebaseerd langzaam vervalt en de warmte wordt omgezet in elektriciteit. Na verloop van tijd instrueerde het Voyager-team de sondes om instrumentverwarmers en andere niet-essentiële systemen uit te schakelen.
Elke Voyager-sonde heeft drie thermo-elektrische radio-isotopengeneratoren.
“Maar (Voyager) wordt ook erg koud, en we moeten de stuwraketten behoorlijk warm houden, ongeveer 2 graden Celsius (35,6 graden Fahrenheit). Als ze bevriezen, kunnen we ons vermogen om naar de aarde te wijzen verliezen. Het is dus een evenwichtsoefening tussen kracht en thermische energie en hoe het ruimtevaartuig werkt,” zei Dodd.
Een delicaat evenwicht
Het team was aangenaam verrast dat de instrumenten opnieuw werden gekalibreerd om iets gevoeliger te zijn in hun gegevensverzameling, omdat sommige Voyager-sondes beter werken als ze kouder zijn.
“Een manier om ernaar te kijken is misschien om de twee Voyagers te zien als hutten op de top van een berg, en het is daar erg koud”, zegt Linda Spilker, Voyager-projectwetenschapper bij JPL. “Langzaam moet je de lichten binnen uitdoen om energie te besparen. En je moet ook je thermostaat uitzetten, en toch werk je nog prima.”
Voyager 2 is begonnen met het gebruik van een kleine krachtreserve die deel uitmaakte van een veiligheidsmechanisme waardoor het ruimtevaartuig tot 2026, in plaats van dit jaar, een ander wetenschappelijk instrument kan vermijden. Het veiligheidsmechanisme, dat de instrumenten beschermt voor het geval de stroom van elektriciteit aanzienlijk verandert in het ruimtevaartuig, bevatte een kleine hoeveelheid stroom die fungeerde als een back-upcircuit.
Nu kan die kracht worden gebruikt om de instrumenten van de Voyager 2 draaiende te houden.
De elektrische systemen van het ruimtevaartuig blijven grotendeels stabiel, dus het team ontdekte dat het een klein risico was voor de grotere beloning om wetenschappelijke gegevens te kunnen verzamelen. Het team zal de trend van Voyager 2 blijven volgen en dienovereenkomstig handelen als er schommelingen zijn.
Het Voyager proof testmodel, hier te zien in 1976, heeft een platform waarop verschillende wetenschappelijke instrumenten te zien zijn.
Als deze strategie werkt voor Voyager 2, kan deze ook worden toegepast op Voyager 1, aangezien het team zal moeten overwegen om in 2024 een ander wetenschappelijk instrument op het ruimtevaartuig uit te schakelen.
“In plaats van een wetenschappelijk instrument uit te schakelen, zouden we misschien iets heel creatiefs willen doen, technisch gezien, om nog een jaar aan wetenschappelijke gegevens te krijgen”, zei Dodd. “Het bestuurt het ruimtevaartuig op een manier waarvoor het nooit is ontworpen.”
Het plasma-wetenschapsinstrument van de Voyager 2 is nog steeds operationeel, zodat het directe metingen kan doen van de plasmadichtheid in de interstellaire ruimte. Ruimteplasma is materie die bestaat uit geladen deeltjes waarvan de beweging wordt bestuurd door elektrische en magnetische krachten, aldus NASA.
“Zie het als een oceaan van ruimte met golven en turbulentie en activiteit, en de instrumenten van Voyager kunnen meten wat er aan de hand is,” zei Spilker. “Voordat je naar een nieuwe plek gaat, doe je voorspellingen over wat je denkt aan te treffen als je daar aankomt. Met Voyager hebben we geleerd om verrast te worden.”
Wetenschappers verwachtten dat de plasmadichtheid zou afnemen naarmate de Voyager verder van de zon verwijderd zou zijn, maar in plaats daarvan is deze toegenomen. En detectoren kunnen trillingen meten en zien terwijl ze zich vanuit de zon voortplanten, zei Spilker.
Zolang zowel Voyager 1 als 2 gezond blijven, is het mogelijk dat de verouderende sondes hun recordbrekende missies nog jaren zullen voortzetten.
