NASAZespół Voyagera 1 stawił czoła złożonym wyzwaniom, pomyślnie przechodząc na zapasowe silniki odrzutowe, gdy te główne zostały zatkane dwutlenkiem krzemu.
Statek kosmiczny wykorzystuje silniki sterowe, aby pozostać skierowanym na Ziemię, ale po 47 latach spędzonych w kosmosie niektóre przewody paliwowe uległy zatkaniu. Ta adaptacja była skomplikowana, ponieważ statek kosmiczny znajdujący się obecnie w przestrzeni międzygwiazdowej kontynuował swoją podróż, korzystając ze malejącej mocy.
Rozwiązywanie problemów ze sterem strumieniowym na Voyagerze 1
Inżynierom pracującym nad należącą do NASA sondą Voyager 1 udało się złagodzić problem z silnikami odrzutowymi statku kosmicznego, które utrzymują odległego badacza skierowanego na Ziemię, dzięki czemu może on odbierać polecenia, wysyłać dane inżynieryjne i dostarczać gromadzone unikalne dane naukowe.
Po 47 latach rura paliwowa wewnątrz silników sterujących została zatkana dwutlenkiem krzemu – produktem ubocznym powstającym wraz z wiekiem z gumowej membrany w zbiorniku paliwa statku kosmicznego. Zatykanie zmniejsza skuteczność wytwarzania siły przez pędniki. Po tygodniach starannego planowania zespół zamienił statek kosmiczny na inny zestaw silników odrzutowych.
Silniki napędzane są ciekłą hydrazyną, która zamienia się w gazy i uwalnia w postaci kłębów trwających dziesiątki milisekund, delikatnie przechylając antenę statku kosmicznego w stronę Ziemi. Gdyby zatkany ster strumieniowy był sprawny, musiałby wykonywać około 40 takich krótkich impulsów dziennie.
Dostosowanie do wyzwań wykraczających poza nasz Układ Słoneczny
Obie sondy Voyager są wyposażone w trzy zestawy lub gałęzie silników odrzutowych: dwa zestawy silników sterujących położeniem i jeden zestaw silników manewrujących do korekcji trajektorii. Podczas przelotów planetarnych w ramach misji oba typy silników były wykorzystywane do różnych celów. Ponieważ jednak Voyager 1 podróżuje niezmienną trasą poza Układem Słonecznym, potrzeby związane ze sterami strumieniowymi są prostsze i każda z gałęzi może zostać wykorzystana do skierowania statku kosmicznego na Ziemię.
W 2002 roku zespół inżynierów misji pracujący w Jet Propulsion Laboratory NASA w południowej Kalifornii zauważył, że niektóre przewody paliwowe w gałęzi pędnika sterującego położeniem używanego do wskazywania są zatkane, więc zespół przełączył się na drugie odgałęzienie. Kiedy w 2017 r. na tej gałęzi pojawiły się oznaki zatkania, zespół przeszedł na stery strumieniowe do manewru korekcji trajektorii i od tego czasu korzysta z tej gałęzi.
Teraz te rury pędników do korekcji trajektorii są jeszcze bardziej zatkane niż pierwotne odgałęzienia, kiedy zespół wymieniał je w 2018 r. Zatkane rurki znajdują się wewnątrz pędników i kierują paliwo do złóż katalizatora, gdzie zamienia się je w gazy. (Różnią się one od przewodów paliwowych, które przesyłają hydrazynę do silników odrzutowych). Tam, gdzie otwór rury miał pierwotnie tylko 0,01 cala (0,25 milimetra), średnica zatkania zmniejszyła się do 0,0015 cala (0,035 mm), czyli około połowy szerokości ludzkiego włosa. W rezultacie zespół musiał wrócić do jednej z gałęzi steru strumieniowego napędu położenia przestrzennego.
Innowacyjne rozwiązania w obliczu ograniczeń mocy
W przypadku misji w 1980 r., a nawet 2002 r. przejście na inny silnik sterowy byłoby stosunkowo prostą operacją. Jednak wiek statku kosmicznego wprowadził nowe wyzwania, związane głównie z zasilaniem i temperaturą. Misja wyłączyła wszystkie niepotrzebne systemy pokładowe, w tym niektóre grzejniki, na obu statkach kosmicznych, aby oszczędzać stopniowo kurczące się zasilanie elektryczne generowane przez rozkładający się pluton.
Chociaż te kroki przyczyniły się do zmniejszenia mocy, doprowadziły również do ochłodzenia statku kosmicznego, co zostało spotęgowane przez utratę innych, nieistotnych systemów wytwarzających ciepło. W rezultacie gałęzie pędników nastawczych ostygły i włączenie ich w tym stanie może spowodować ich uszkodzenie, przez co pędniki staną się bezużyteczne.
Zespół ustalił, że najlepszą opcją byłoby ogrzanie silników sterujących przed przełączeniem poprzez włączenie grzejników uznanych za nieistotne. Jednakże, podobnie jak w przypadku tak wielu wyzwań, przed którymi stanął zespół Voyagera, i to stanowiło zagadkę: zasilanie statku kosmicznego jest tak słabe, że włączenie nieistotnych grzejników wymagałoby od misji wyłączenia czegoś innego, aby zapewnić grzejnikom odpowiednią ilość energii elektrycznej, a wszystko to obecnie działającego uważa się za niezbędne.
Badając tę kwestię, wykluczono wyłączenie na ograniczony czas jednego z wciąż działających instrumentów naukowych ze względu na ryzyko, że instrument nie wróci do trybu online. Po dodatkowych badaniach i planowaniu zespół inżynierów ustalił, że można bezpiecznie wyłączyć jeden z głównych grzejników statku kosmicznego na maksymalnie godzinę, uwalniając moc wystarczającą do włączenia grzejników silników strumieniowych.
Zapewnienie długowieczności w niezbadanej przestrzeni
To zadziałało. 27 sierpnia potwierdzili, że potrzebna gałąź steru strumieniowego znów działa, pomagając skierować Voyagera 1 w stronę Ziemi.
„Wszystkie decyzje, które będziemy musieli podjąć w przyszłości, będą wymagały znacznie większej analizy i ostrożności niż kiedyś” – powiedziała Suzanne Dodd, kierownik projektu Voyagera w Jet Propulsion Laboratory, które zarządza Voyagerem dla NASA.
Sondy badają przestrzeń międzygwiazdową, obszar poza bańką cząstek i pól magnetycznych wytwarzanych przez Słońce, gdzie przez długi czas prawdopodobnie nie odwiedzi żaden inny statek kosmiczny. Zespół naukowy zajmujący się misją pracuje nad tym, aby Voyagery działały tak długo, jak to możliwe, aby mogły w dalszym ciągu odkrywać, jak wygląda środowisko międzygwiezdne.
