Voyager 1 nähert sich der Marke von einem Lichttag Entfernung von der Erde
- Am 18. November wird Voyager 1 voraussichtlich eine Entfernung von 16,09 Milliarden Meilen von der Erde erreichen – einen Lichttag
- Im September ersetzten Ingenieure drei Geräte durch energieeffizientere, um die verbleibenden wissenschaftlichen Instrumente länger in Betrieb halten zu können
- Nach einem Kommunikationsausfall am 18. und 19. Oktober kehrte das Signal am 20. Oktober zurück; die Ursache des Vorfalls ist noch nicht geklärt
Entfernung, bei der das Warten auf eine Antwort zwei Tage dauert
Voyager 1 nähert sich einer Marke, die das Ausmaß seiner Reise anschaulich verdeutlicht: Am 18. November wird sich die Sonde voraussichtlich 16,09 Milliarden Meilen beziehungsweise 25,89 Milliarden Kilometer von der Erde entfernt befinden. Licht benötigt 24 Stunden, um diese Entfernung zurückzulegen; deshalb spricht man von einem Lichttag. Kein anderes von Menschen geschaffenes Objekt hat sich je so weit entfernt. Für die NASA ist dieses Datum nicht nur symbolisch, sondern erinnert auch an die extrem langsame Kommunikation mit der Sonde.
Voyager 1 ist im interstellaren Raum mit etwa 38.000 Meilen pro Stunde beziehungsweise 61.155 Kilometern pro Stunde unterwegs. Trotz dieser Geschwindigkeit kann die Sonde nicht schnell mit der Erde kommunizieren: Das Funksignal breitet sich mit Lichtgeschwindigkeit aus, und ein Befehl benötigt etwa einen Tag, um die Sonde zu erreichen. Für das Antwortsignal sind weitere etwa 24 Stunden nötig. Selbst bei bestehender Verbindung vergehen also ungefähr zwei Tage zwischen dem Senden eines Befehls und dem Empfang einer Antwort.
Die Sonde verließ die Erde 1977 und war fast fünf Jahrzehnte lang im Weltraum unterwegs. Sie und Voyager 2 überquerten die Grenze der Heliosphäre – einer riesigen, von der Sonne erzeugten Region aus Teilchen und Magnetfeldern – und gelangten in den interstellaren Raum. Diese Raumsonden sind nach wie vor die einzigen, die die Umgebung außerhalb der Heliosphäre direkt erforscht haben. Deshalb sind ihre Messungen nicht nur eine Fortsetzung einer langjährigen Mission: Derzeit gibt es keine anderen Missionen, die Daten in dieser abgelegenen Region sammeln können.
Energieeinsparungen bei einer fast ein halbes Jahrhundert alten Raumsonde
Im September schloss das Voyager-Team eine Maßnahme zur Senkung des Energieverbrauchs der Sonde ab. Die Ingenieure ersetzten drei Geräte durch Alternativen, die weniger Strom benötigen; drei weitere Geräte tragen dazu bei, die erforderliche Temperatur aufrechtzuerhalten. Die Arbeiten erhielten inoffiziell den Namen „Urknall“ und erforderten mehrere Monate Vorbereitung. Die Austauschmaßnahmen wurden gleichzeitig durchgeführt, um sowohl den Energieverbrauch zu senken als auch die Wärme im Inneren der Sonde trotz der extremen Kälte des Weltraums richtig zu verteilen.
Diese Abfolge von Maßnahmen war aufgrund des Aufbaus des Heizsystems erforderlich: Alle sechs beteiligten Geräte tragen dazu bei, die Temperatur im Inneren der Sonde aufrechtzuerhalten. Nach Angaben der NASA mussten die drei ursprünglichen Komponenten gemeinsam und nicht einzeln ersetzt werden, um das thermische Gleichgewicht nicht zu stören. Der Eingriff bei Voyager 1 fand etwa sechs Wochen nach einem ähnlichen Verfahren bei Voyager 2 statt. Die NASA rechnet damit, dass die Modernisierung die Betriebsdauer der verbleibenden wissenschaftlichen Instrumente von Voyager 1 verlängert und es ermöglicht, länger Daten aus dem interstellaren Raum zu sammeln.
Beide Sonden beziehen ihren Strom aus Radioisotopen-Thermoelektrik-Generatoren. Sie nutzen die Wärme, die beim radioaktiven Zerfall von Plutonium entsteht, und wandeln sie in elektrische Energie um. Während dieser Prozess weiterläuft, nimmt die verfügbare Leistung der Raumsonden ab: Jede verliert jährlich etwa vier Watt an erzeugter Leistung. Nach fast 50 Jahren hat dieser allmähliche Rückgang den Ingenieuren nur noch einen sehr kleinen Spielraum gelassen. Die NASA hat bereits Geräte abgeschaltet, die für die aktuelle Missionsphase nicht mehr benötigt werden, um den Betrieb der verbleibenden Systeme aufrechtzuerhalten.
Verbindungsunterbrechung und automatische Umschaltung auf das Backup-System
Als Voyager 1 im Jahr 1977 startete, befanden sich zehn wissenschaftliche Instrumente an Bord. Einige wurden nach Abschluss der Vorbeiflüge an den äußeren Planeten abgeschaltet, andere setzten ihre Erforschung immer weiter entfernter Bereiche des Weltraums fort. Die begrenzte Energiereserve zwang die NASA in den vergangenen Jahren bereits dazu, zwei wissenschaftliche Instrumente auszuschalten. Vor diesem Hintergrund ist es von praktischem Nutzen, die übrigen Instrumente zu erhalten: Sie ermöglichen weiterhin direkte Beobachtungen der Umgebung jenseits der Heliosphäre, wohin bislang keine anderen Raumsonden zur Messung entsandt wurden.
Vor dem „Big Bang“ könnte die NASA gezwungen sein, bereits im Sommer 2027 ein weiteres Instrument von Voyager 1 abzuschalten. Die erfolgreiche Einsparung von Energie dürfte diese Möglichkeit hinauszögern. Die Quelle behauptet jedoch nicht, dass die Modernisierung den Betrieb aller Instrumente bis zu einem bestimmten Datum garantiert. Die Generatoren verlieren weiterhin an Leistung, und bei der fast fünfzig Jahre alten Raumsonde können neue technische Probleme auftreten. Es geht daher darum, die Möglichkeiten der Mission zu verlängern, nicht darum, die durch die Energieversorgung bedingten Einschränkungen aufzuheben.
Parallel dazu untersuchen Ingenieure den Kommunikationsausfall vom 18. und 19. Oktober. Während zweier geplanter Sitzungen im Abstand von 24 Stunden empfing das Deep Space Network kein Funksignal von Voyager 1. Nach zwei erfolglosen Versuchen tauchte das Signal am 20. Oktober unerwartet wieder auf – etwa 48 Stunden nach Beginn der Unterbrechung. Laut NASA ist die Verbindung seither stabil geblieben. Fachleute haben dem Raumfahrzeug Befehle gesendet, um den Vorfall zu untersuchen.
Was der Meilenstein eines Lichttages bedeutet
Das Deep Space Network ist ein System großer Radioantennen an drei Standorten weltweit. Es ermöglicht der NASA, Signale mit Raumfahrzeugen auszutauschen, die beim Mond und in viel größeren Entfernungen unterwegs sind. Zum Zeitpunkt des Vorfalls war Voyager 1 etwa 16 Milliarden Meilen beziehungsweise 24 Milliarden Kilometer von der Erde entfernt. Die Quelle gibt nicht an, was genau dazu führte, dass bei zwei Sitzungen kein Signal empfangen wurde. Daher lässt sich die Wiederherstellung des Kontakts vorerst nicht als endgültige Erklärung für die Störung werten.
Bei einer Überprüfung stellten Ingenieure fest, dass ein Satz der Lageregelungstriebwerke von Voyager 1 ausgefallen war. Daraufhin schaltete die Sonde automatisch auf die Reservetriebwerke um. Die Umschaltung ist Teil des Fehlerschutzsystems: Die Bordcomputer können ein mögliches Problem erkennen, auf Reserveausrüstung umschalten, die Sonde stabilisieren und den normalen Betrieb unterbrechen. So gewinnt das Bodenteam Zeit, den Zustand der Sonde zu beurteilen und die nächsten Schritte festzulegen. Die NASA hat jedoch noch nicht festgestellt, ob genau dieser Ausfall die Ursache für den Kontaktverlust war.
Karim Badaruddin, Missionsleiter von Voyager am Jet Propulsion Laboratory der NASA, sagte, das Team beobachte ein solches Verhalten der Sonde zum ersten Mal, doch in dieser Phase der Mission müsse man mit Überraschungen rechnen. Er äußerte außerdem seine Erleichterung darüber, dass die Verbindung wiederhergestellt wurde, und den Wunsch, die Ursache des Vorfalls zu verstehen. Der nächste bedeutende Meilenstein – das voraussichtliche Erreichen einer Entfernung von einem Lichttag am 18. November – beseitigt diese Ungewissheit nicht: Die Sonde arbeitet weiter, aber ihre Energie ist begrenzt, und die Untersuchung des Vorfalls dauert noch an.
Quelle: ScienceDaily
