Die Voyager der NASA wird mit neuer Energiestrategie mehr Wissenschaft leisten

Jul 11, 2023

Anmerkung des Herausgebers: Am 1. Mai wurde im zweiten Absatz eine Formulierung hinzugefügt, um zu betonen, dass die Mission auch nach der Ausmusterung eines wissenschaftlichen Instruments weitergeführt wird.

Der Plan sieht vor, dass die wissenschaftlichen Instrumente der Voyager 2 einige Jahre länger als bisher angenommen eingeschaltet bleiben und so noch mehr Enthüllungen aus dem interstellaren Raum ermöglichen.

Das Voyager-Beweistestmodell, das 1976 in einer Weltraumsimulatorkammer am JPL gezeigt wurde, war eine Nachbildung der beiden Voyager-Raumsonden, die 1977 gestartet wurden. Die Scanplattform des Modells erstreckt sich nach rechts und hält mehrere der wissenschaftlichen Instrumente des Raumfahrzeugs im Einsatz Positionen.

Die 1977 gestartete Raumsonde Voyager 2 ist mehr als 20 Milliarden Kilometer von der Erde entfernt und nutzt fünf wissenschaftliche Instrumente zur Untersuchung des interstellaren Raums. Um den Betrieb dieser Instrumente trotz abnehmender Stromversorgung aufrechtzuerhalten, hat das alternde Raumschiff damit begonnen, einen kleinen Reservestromspeicher zu nutzen, der als Teil eines Sicherheitsmechanismus an Bord vorgesehen ist. Der Schritt wird es der Mission ermöglichen, die Abschaltung eines wissenschaftlichen Instruments auf 2026 statt auf dieses Jahr zu verschieben.

Das Ausschalten eines wissenschaftlichen Instruments beendet die Mission nicht. Nach der Abschaltung eines Instruments im Jahr 2026 wird die Sonde weiterhin vier wissenschaftliche Instrumente betreiben, bis die sinkende Stromversorgung die Abschaltung eines weiteren Instruments erfordert. Wenn Voyager 2 gesund bleibt, geht das Ingenieurteam davon aus, dass die Mission möglicherweise noch Jahre lang fortgesetzt werden könnte.

Voyager 2 und sein Zwilling Voyager 1 sind die einzigen Raumsonden, die jemals außerhalb der Heliosphäre operierten, der schützenden Blase aus Partikeln und Magnetfeldern, die von der Sonne erzeugt werden. Die Sonden helfen Wissenschaftlern bei der Beantwortung von Fragen zur Form der Heliosphäre und ihrer Rolle beim Schutz der Erde vor energiereichen Teilchen und anderer Strahlung in der interstellaren Umgebung.

„Die wissenschaftlichen Daten, die die Voyager zurücksenden, werden umso wertvoller, je weiter sie sich von der Sonne entfernen. Daher sind wir definitiv daran interessiert, so viele wissenschaftliche Instrumente wie möglich so lange wie möglich in Betrieb zu halten“, sagte Linda Spilker, Voyager-Projektwissenschaftlerin am Jet Propulsion der NASA Labor in Südkalifornien, das die Mission für die NASA leitet.

Beide Voyager-Sonden versorgen sich mit thermoelektrischen Radioisotopengeneratoren (RTGs), die Wärme aus zerfallendem Plutonium in Elektrizität umwandeln. Durch den kontinuierlichen Zerfallsprozess produziert der Generator jedes Jahr etwas weniger Strom. Bisher hatte die sinkende Stromversorgung keinen Einfluss auf die wissenschaftlichen Ergebnisse der Mission, aber um den Verlust auszugleichen, haben Ingenieure Heizungen und andere Systeme abgeschaltet, die für den Flugbetrieb des Raumfahrzeugs nicht unbedingt erforderlich sind.

Jede der Voyager-Sonden der NASA ist mit drei thermoelektrischen Radioisotopengeneratoren (RTGs) ausgestattet, darunter auch der hier gezeigte. Die RTGs versorgen das Raumschiff mit Strom, indem sie die beim Zerfall von Plutonium-238 entstehende Wärme in Elektrizität umwandeln.

Da diese Möglichkeiten bei Voyager 2 nun ausgeschöpft waren, stand eines der fünf wissenschaftlichen Instrumente der Raumsonde als nächstes auf ihrer Liste. (Voyager 1 betreibt ein wissenschaftliches Instrument weniger als sein Zwilling, weil ein Instrument zu Beginn der Mission ausgefallen ist. Daher wird die Entscheidung darüber, ob ein Instrument auf Voyager 1 abgeschaltet werden soll, erst irgendwann im nächsten Jahr fallen.)

Auf der Suche nach einer Möglichkeit, das Abschalten eines wissenschaftlichen Instruments der Voyager 2 zu vermeiden, untersuchte das Team einen Sicherheitsmechanismus genauer, der die Instrumente schützen soll, falls sich die Spannung des Raumfahrzeugs – der Stromfluss – erheblich ändert. Da eine Spannungsschwankung die Instrumente beschädigen könnte, ist Voyager mit einem Spannungsregler ausgestattet, der in einem solchen Fall einen Notstromkreis auslöst. Der Schaltkreis kann auf eine kleine Menge Strom aus dem für diesen Zweck reservierten RTG zugreifen. Anstatt diese Energie zu reservieren, wird die Mission sie nun nutzen, um die wissenschaftlichen Instrumente am Laufen zu halten.

Obwohl die Spannung des Raumfahrzeugs dadurch auch nach mehr als 45 Jahren im Flug nicht streng reguliert wird, bleiben die elektrischen Systeme beider Sonden relativ stabil, sodass der Bedarf an einem Sicherheitsnetz minimiert wird. Das Ingenieurteam ist außerdem in der Lage, die Spannung zu überwachen und zu reagieren, wenn sie zu stark schwankt. Wenn der neue Ansatz für Voyager 2 gut funktioniert, kann das Team ihn möglicherweise auch für Voyager 1 implementieren.

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„Variable Spannungen stellen ein Risiko für die Instrumente dar, aber wir haben festgestellt, dass es sich um ein geringes Risiko handelt, und die Alternative bietet einen großen Vorteil, da sie die wissenschaftlichen Instrumente länger eingeschaltet lassen kann“, sagte Suzanne Dodd, Voyager-Projektmanagerin am JPL . „Wir überwachen das Raumschiff seit einigen Wochen und es scheint, als ob dieser neue Ansatz funktioniert.“

Die Voyager-Mission sollte ursprünglich nur vier Jahre dauern und beide Sonden an Saturn und Jupiter vorbeischicken. Die NASA verlängerte die Mission, sodass Voyager 2 Neptun und Uranus besuchen konnte; Es ist immer noch das einzige Raumschiff, das jemals den Eisriesen begegnet ist. 1990 erweiterte die NASA die Mission erneut, diesmal mit dem Ziel, die Sonden außerhalb der Heliosphäre zu schicken. Voyager 1 erreichte die Grenze im Jahr 2012, während Voyager 2 (die langsamer und in eine andere Richtung reiste als ihr Zwilling) sie im Jahr 2018 erreichte.

JPL, eine Abteilung des Caltech in Pasadena, baute und betreibt die Raumsonde Voyager. Die Voyager-Missionen sind Teil des NASA Heliophysics System Observatory, das von der Heliophysics Division des Science Mission Directorate in Washington gesponsert wird.

Weitere Informationen zur Raumsonde Voyager finden Sie unter:

https://www.nasa.gov/voyager

Calla Cofield

Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, Kalifornien.

626-808-2469

[email protected]

2023-059

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