2025-ig hagynák dolgozni az emberiség egyik legfontosabb tudományos küldetésének veteránjait

A  Voyager-1 és Voyager-2 űrszondák küldetése minden kétséget kizáróan az emberiség legfontosabb tudományos eredményei közé tartozik. Az amerikai űrügynökség, a NASA által 1977-ben indított szondák felderítették a Naprendszer gázóriásait, forradalmasítva a bolygótudományt és a kozmoszban elfoglalt helyünkről alkotott képünket, majd a 2010-es években az első csillagközi térbe lépő, ember által alkotott eszközökké váltak.

A NASA JPL-kutatóintézetében dolgozó Voyager-irányítók most új tervvel álltak elő, amivel legalább 2025-ig ki tudják tolni a szondák működési idejét. Ehhez kikapcsolták a Voyager-2 egyik műszerének fűtőelemét, sok energiát spórolva, illetve mindkét Voyagernél lecserélték az űreszközök térbeli helyzetét szabályozó, öregedő pozicionáló rakétafúvókákat a manőverező fúvókarendszerre, hogy még évekig elég üzemanyaggal rendelkezzenek a szondák a Földdel való kommunikációhoz. Minderre azért van szükség, hogy a Voyagerek pár évvel tovább tudják vizsgálni a csillagközi tér tulajdonságait.

Illusztráció: NASA/JPL-Caltech

A Voyagerek küldetésének veterán tudományos vezetője, Ed Stone így értékelte ennek fontosságát:

„mindkét Voyager-szonda korábban soha nem látott régiókat vizsgál, így minden egyes nap felfedezésekben gazdag. A Voyagerek továbbra is meg fognak lepni minket a távoli világűrről tett felfedezéseikkel.”

Átállás a 30 éve nem használt rakétafúvókákra

A Voyager-2 július 8-án beüzemelte a korábban pályakorrekcióhoz használt fúvókáit, amelyeket mostantól a szonda pozíciójának irányítására fognak igénybe venni a szakemberek – adta hírül négy nappal később az űrügynökség. A Voyager-2 ezeket utoljára 1989-ben használta, a Neptunusz melletti elhaladásakor.

Az öregedő pozicionáló fúvókák lecserélésére azért volt szükség, mert már egyre többször kellett működésbe lépniük ahhoz, hogy biztosítsák a szonda rádióantennájának pontos Föld felé mutatását, amely elengedhetetlen a küldetés folytatásához. Igaz, a Voyager-1 ezt a manőverező fúvókákra váltást már 2018 januárjában sikeresen elvégezte.

Mindez üzemanyagot és energiát is megtakarít, amire 42 évvel az indítás után már nagy szükség van.

Nagyon spórolni kell az energiával

Óvatos tervezéssel és kreatív megoldásokkal a szondákat építő és üzemeltető JPL kutatóintézet mérnökei 1977 óta folyamatosan működésben tudják tartani a Voyager-szondákat, tovább, mint bármelyik űreszközt a történelemben. Ahhoz, hogy még néhány évig ez így maradjon, és a szondák a lehető legjobb tudományos adatokat küldjék továbbra is vissza az emberiség számára eddig ismeretlen régióból, új üzemeltetési tervre volt szükség.

A legfontosabb problémát az jelenti, hogy mindkét Voyagernek egyre kevesebb energia áll rendelkezésre a tudományos műszerek és a világűr hidege ellen védő kulcsfontosságú fűtőegységek üzemeltetésére. Az 1970-es évek technológiájával készült űrszonda rendszereinek és műszereinek energiafelhasználása nem túl hatékony, így a mérnököknek nehéz döntéseket kell hozniuk, mit kapcsoljanak ki a nukleáris áramforrások (rádióizotópos termoelektromos generátor, RTG) által működtetett szondákon a további üzemeléshez. A Voyager-2 esetén ez némileg sürgetőbb volt, mert a társához képest eggyel több tudományos műszere gyűjt adatokat.

A szonda adatait elemző kutatócsoporttal való egyeztetés után a küldetés irányítói arra jutottak, hogy kikapcsolják a Voyager-2-n a kozmikus sugárzási műszer (CRS) fűtőelemeit. Ez volt az egyik tudományos berendezés, amely észlelte, hogy a Voyager-2 kilépett a Nap által létrehozott helioszféra-buborékból tavaly novemberben, emellett feladata a gyorsan mozgó, Napból vagy más galaktikus forrásból származó részecskék detektálása. 

A szonda tehát tavaly november óta a Voyager-1-hez hasonlóan már csillagközi térben utazik, és onnan továbbít azóta is adatokat. A NASA szerint a két szonda nemcsak egy teljesen új régió megfigyelését teszi lehetővé, hanem segít megérteni a világűrben jelenlévő sugárzás és töltött részecskék viselkedését, ami az űrügynökség összes küldetése szempontjából fontosnak bizonyulhat.

A Voyager-2 most kikapcsolt egyik fűtőeleme az ábrán kiemelt kozmikusrészecske-detektort melegítette.Illusztráció: NASA/JPL

Egyelőre úgy tűnik, hogy a fűtőelem kikapcsolása nem okozott komoly problémát, és a kozmikus sugárzást mérő műszer a -59 fokos hőmérséklete ellenére még mindig továbbít adatokat.

“Fantasztikus, hogy a Voyagerek műszerei ennyire ellenállónak bizonyultak. Nagyon büszkék vagyunk arra, hogy állták az idő vasfogát. Az űrszondáink hosszú élettartama azzal jár, hogy olyan dolgokkal kell foglalkoznunk, amikre sosem gondoltunk volna. Minden tőlünk telhetőt meg fogunk tenni, hogy a lehető legjobb tudományos munkát végezzék a Voyagerek a jövőben is”

– mondta el a Voyager küldetést a NASA JPL kutatóintézetében menedzselő Suzanne Dodd.

A Voyager-2-nek még öt tudományos műszere szolgáltat adatokat a csillagközi térről. A már említett, kozmikussugárzás-detektor (CRS) mellett a szonda két másik berendezése a plazma viselkedését vizsgálja, egy magnetométer pedig a csillagközi térben lévő anyagok eloszlásának megfigyeléséhez hasznos. A fennmaradó, kis energiájú töltöttrészecske-detektor a szonda helioszférától (a napszél által létrehozott plazmabuborék) való távolodása során történő adatgyűjtéshez elengedhetetlen. Ez a CRS kozmikusrészecske-detektorral ellentétben bármilyen irányból képes adatot gyűjteni, ezért esett a választás a CRS fűtőelemeinek kikapcsolására.

A Naptól több mint 21 milliárd kilométerre lévő Voyagereknek ilyen fűtőberendezésekre van szükségük, hogy megvédjék magukat a világűr fagyos viszonyiatól. A mérnököknek pedig rangsorolniuk kell, hogy melyek a szonda legfontosabb részei, amelyeket mindenképpen melegen kell tartaniuk – például a pozicionálást végző rakétafúvókákhoz vezető üzemanyagcsöveket, mert ha azok befagynak, a Voyagerek nem tudják tovább tartani a Földdel a kapcsolatot.

Mindkét űrszonda három RTG-vel, azaz radioizotópos termoelektromos generátorral rendelkezik, amelyek a plutónium-238-as izotópjának radioaktív bomlása által felszabadított hőt alakítják elektromos energiává. Az RTG-ben lévő plutónium által kibocsátott hőenergia azonban folyamatosan csökken, ami együtt jár a Voyagerek számára rendelkezésre álló energia évi 4 wattos csökkenésével. Ez azt jelenti, hogy az RTG-k nagyjából 40 százalékkal kevesebb energiát termelnek most, mint az indításkor, korlátozva a működtethető rendszerek számát.

A következő években valószínűleg további tudományos műszerek fűtőelemeit fogják az irányítók lekapcsolni, hogy minél tovább bírják a szondák. Az űrügynökség múltbeli sikereit ismerve ezen a téren, az sem tűnik még teljesen kizártnak, hogy 50 évvel az indításukat követően, 2027-ben is működjenek még a Voyagerek.

2024-től a Voyagerekre építve vizsgálják a napszél alkotta plazmabuborékot

A szondák megfigyeléseit a helioszférát (a Nap körüli töltött részecskékből álló óriási plazmabuborékot) a Föld közeléből vizsgáló IBEX űrtávcső adataival kombinálva a napkutató szakemberek páratlan képet nyertek a helioszféra szerkezetéről, megállapítva, hogy teljesen más az alakja a korábban gondoltnál. A 2024-ben induló IMAP (Interstellar Mapping and Acceleration Probe) űrtávcső ezt viszi tovább és kifejezetten a Voyagerek csillagközi térbe lépése előtt végzett méréseire fog alapozni.

Az IMAP a NASA Napkutatási programjának keretében a Föld közeléből tanulmányozza majd a helioszférát és a Voyagerek által átlépett határvonalát, a heliopauzát. Ez utóbbi választja el a napszél hatása alatt álló teret a csillagközi anyag és sugárzás által uralttól. A szondák a heliopauzán belüli – még nem a csillagközi térben végzett – mérései jól kiegészítik majd az IMAP megfigyeléseit, elősegítve, hogy a kutatók megértsék ennek a Nap által létrehozott buboréknak a térbeli és időbeli viselkedését.

A Napot az eddig legközelebbről vizsgáló Parker Solar Probe-bal, a helioszférát feltérképező IBEX és IMAP űrtávcsövekkel és a csillagközi tér kezdetét megfigyelő Voyagerekkel a kutatók most talán az eddigi legjobb információkhoz juthatnak a központi csillagunk működésével és közeli kozmikus környezetünkre gyakorolt hatásaival kapcsolatban.

Kapcsolódó cikkek a Qubiten: