Voyager 1 zbliża się do granicy jednego dnia świetlnego od Ziemi

• Oczekuje się, że 18 listopada Voyager 1 osiągnie odległość 16,09 mld mil od Ziemi — jednego dnia świetlnego
• We wrześniu inżynierowie wymienili trzy urządzenia na mniej energochłonne, aby wydłużyć działanie pozostałych instrumentów naukowych
• Po przerwie w łączności 18–19 października sygnał powrócił 20 października; przyczyna incydentu nie została dotąd ustalona

Odległość, przy której oczekiwanie na odpowiedź trwałoby dwie doby

Voyager 1 zbliża się do granicy, która obrazowo ukazuje skalę jego podróży: 18 listopada sonda ma znajdować się w odległości 16,09 mld mil, czyli 25,89 mld kilometrów od Ziemi. Światło pokonuje tę odległość w 24 godziny, dlatego nazywa się ją jednym dniem świetlnym. Żaden inny obiekt stworzony przez człowieka nie oddalił się wcześniej tak daleko. Dla NASA to nie tylko symboliczna data, ale też przypomnienie o niezwykle powolnej łączności z sondą.

Prędkość Voyagera 1 w przestrzeni międzygwiezdnej wynosi około 38 000 mil na godzinę, czyli 61 155 kilometrów na godzinę. Mimo tego ruchu sonda nie może szybko wymieniać danych z Ziemią: sygnał radiowy rozchodzi się z prędkością światła, a polecenie będzie docierać do sondy około doby. Sygnał z odpowiedzią będzie potrzebował kolejnych około 24 godzin. Oznacza to, że nawet przy ustanowionej łączności od wysłania polecenia do otrzymania odpowiedzi mija około dwóch dni.

Sonda opuściła Ziemię w 1977 roku i spędziła w kosmosie niemal pięć dekad. Wraz z Voyagerem 2 przekroczyła granicę heliosfery — ogromnego obszaru cząstek i pól magnetycznych wytwarzanych przez Słońce — i znalazła się w przestrzeni międzygwiazdowej. Te sondy pozostają jedynymi, które bezpośrednio badały środowisko poza heliosferą. Dlatego ich pomiary są ważne nie tylko jako kontynuacja wieloletniej misji: obecnie nie ma innych misji zdolnych do zbierania danych w tym odległym regionie.

Oszczędzanie energii w sondzie działającej od niemal pół wieku

We wrześniu zespół misji Voyager zakończył operację mającą na celu zmniejszenie zużycia energii przez sondę. Inżynierowie zastąpili trzy urządzenia alternatywnymi, które potrzebują mniej energii elektrycznej; trzy kolejne urządzenia pomagają utrzymać odpowiednią temperaturę. Prace otrzymały nieoficjalną nazwę „Wielki Wybuch” i wymagały kilku miesięcy przygotowań. Wymiany przeprowadzono jednocześnie, aby ograniczyć zużycie energii i zachować prawidłowy rozkład ciepła wewnątrz sondy mimo ekstremalnego chłodu kosmosu.

Taka sekwencja działań była konieczna ze względu na konstrukcję systemu ogrzewania: wszystkie sześć urządzeń pomaga utrzymać temperaturę wewnątrz sondy. Według NASA trzy pierwotne elementy trzeba było wymienić jednocześnie, a nie osobno, aby nie zakłócić równowagi cieplnej. Operację na Voyagerze 1 przeprowadzono około sześciu tygodni po podobnej procedurze na Voyagerze 2. NASA liczy na to, że modernizacja wydłuży czas działania pozostałych instrumentów naukowych Voyagera 1 i pozwoli dłużej zbierać dane z przestrzeni międzygwiezdnej.

Obie sondy czerpią energię z radioizotopowych generatorów termoelektrycznych. Wykorzystują one ciepło wydzielane podczas rozpadu promieniotwórczego plutonu i przekształcają je w energię elektryczną. W miarę trwania tego procesu dostępna moc sond maleje: każda traci około czterech watów mocy wyjściowej rocznie. Po niemal 50 latach ten stopniowy spadek pozostawił inżynierom bardzo niewielki zapas. NASA wyłączała już urządzenia, które przestały być potrzebne na obecnym etapie misji, aby podtrzymać działanie pozostałych systemów.

Przerwa w łączności i automatyczne przełączenie na tryb rezerwowy

Gdy Voyager 1 wystartował w 1977 roku, na pokładzie znajdowało się dziesięć instrumentów naukowych. Niektóre wyłączono po zakończeniu przelotów obok planet zewnętrznych, inne kontynuowały badanie coraz odleglejszych obszarów kosmosu. Ograniczone zasoby energii zmusiły NASA w ostatnich latach do wyłączenia dwóch instrumentów naukowych. W tej sytuacji zachowanie pozostałych urządzeń ma praktyczne znaczenie: pozwalają one kontynuować bezpośrednie obserwacje środowiska poza heliosferą, dokąd nie wysłano dotąd innych sond pomiarowych.

Przed przeprowadzeniem „Wielkiego Wybuchu” NASA mogło stanąć przed koniecznością wyłączenia kolejnego instrumentu Voyagera 1 już latem 2027 roku. Udane oszczędzanie energii powinno odsunąć taką perspektywę, jednak źródło nie twierdzi, że modernizacja zagwarantuje działanie wszystkich instrumentów do konkretnej daty. Generatory wciąż tracą moc, a niemal pięćdziesięcioletnia sonda może napotkać nowe problemy techniczne. Chodzi więc o przedłużenie możliwości misji, a nie o zniesienie ograniczeń związanych z zasilaniem.

Równolegle inżynierowie badają przerwę w łączności, do której doszło 18 i 19 października. Podczas dwóch zaplanowanych sesji, odbywających się w odstępie 24 godzin, sieć Deep Space Network nie odebrała sygnału radiowego z Voyagera 1. Po dwóch nieudanych próbach sygnał niespodziewanie pojawił się ponownie 20 października — około 48 godzin po rozpoczęciu przerwy. Według NASA od tego czasu łączność była utrzymywana, a specjaliści wysłali sondzie polecenia, by zbadać przyczynę zdarzenia.

Co oznacza granica jednego dnia świetlnego

Deep Space Network to system dużych anten radiowych rozmieszczonych w trzech miejscach na całym świecie. Umożliwia NASA wymianę sygnałów z sondami działającymi w pobliżu Księżyca i znacznie dalej. W chwili incydentu Voyager 1 znajdował się około 16 miliardów mil, czyli 24 miliardów kilometrów od Ziemi. Źródło nie precyzuje, co dokładnie spowodowało brak sygnału podczas dwóch sesji. W związku z tym przywrócenia łączności nie można jeszcze uznać za ostateczne wyjaśnienie awarii.

Podczas przeglądu inżynierowie odkryli, że jeden zestaw silników orientacji sondy Voyager 1 przestał działać, po czym sonda automatycznie uruchomiła silniki zapasowe. Przełączenie jest częścią systemu ochrony przed awariami: komputery pokładowe mogą wykryć potencjalny problem, przejść na sprzęt zapasowy, ustabilizować sondę i wstrzymać zwykłe operacje. Daje to zespołowi naziemnemu czas na ocenę stanu sondy i wybór dalszych działań. NASA nie ustaliła jednak jeszcze, czy to właśnie ta usterka spowodowała utratę łączności.

Kierownik misji Voyager w Jet Propulsion Laboratory NASA, Karim Badaruddin, zaznaczył, że zespół po raz pierwszy obserwuje takie zachowanie sondy, ale na obecnym etapie misji trzeba liczyć się z niespodziankami. Wyraził też ulgę z powodu przywrócenia łączności oraz chęć ustalenia przyczyny zdarzenia. Kolejny ważny kamień milowy — osiągnięcie odległości jednego dnia świetlnego, przewidywane na 18 listopada — nie rozwiewa tej niepewności: sonda nadal działa, ale jej zasoby energii są ograniczone, a diagnostyka incydentu wciąż trwa.

Źródło: ScienceDaily