Con un'attenta pianificazione e un pizzico di creatività, gli ingegneri sono stati in grado di far volare i veicoli spaziali Voyager 1 e 2 della NASA per quasi 42 anni, più a lungo di qualsiasi altro veicolo spaziale nella storia. Per garantire che questi robot vintage continuino a restituire i migliori dati scientifici possibili dalle frontiere dello spazio, gli ingegneri di missione stanno implementando un nuovo piano per gestirli. E questo implica fare scelte difficili, in particolare su strumenti e propulsori.

Un problema chiave è che entrambi i Voyager, lanciato nel 1977, hanno sempre meno energia disponibile nel tempo per far funzionare i loro strumenti scientifici e i riscaldatori che li tengono caldi nel freddo dello spazio profondo. Gli ingegneri hanno dovuto decidere quali parti ottenere energia e quali parti devono essere disattivate su entrambi i veicoli spaziali. Ma queste decisioni devono essere prese prima per Voyager 2 rispetto a Voyager 1 perché Voyager 2 ha uno strumento scientifico in più che raccoglie dati e assorbe energia rispetto a suo fratello.

Dopo ampie discussioni con il team scientifico, i responsabili della missione hanno recentemente spento un riscaldatore per lo strumento del sottosistema dei raggi cosmici (CRS) su Voyager 2 come parte del nuovo piano di gestione dell'energia. Lo strumento a raggi cosmici ha svolto un ruolo cruciale lo scorso novembre nel determinare che la Voyager 2 era uscita dall'eliosfera, la bolla protettiva creata da un costante deflusso (o vento) di particelle ionizzate dal Sole. Da allora, i due Voyager hanno inviato dettagli su come la nostra eliosfera interagisce con il vento che scorre nello spazio interstellare, lo spazio tra le stelle.

Non solo le scoperte della missione Voyager forniscono all'umanità osservazioni di un territorio veramente inesplorato, ma ci aiutano a comprendere la natura stessa dell'energia e delle radiazioni nello spazio, informazioni chiave per proteggere le missioni e gli astronauti della NASA anche quando sono più vicini a casa.

I membri del team di missione possono ora confermare in via preliminare che lo strumento a raggi cosmici di Voyager 2 sta ancora fornendo dati, nonostante sia sceso a meno 74 gradi Fahrenheit (meno 59 gradi Celsius). Questo è inferiore alle temperature alle quali il CRS è stato testato più di 42 anni fa (fino a meno 49 gradi Fahrenheit, o meno 45 gradi Celsius). Anche un altro strumento Voyager ha continuato a funzionare per anni dopo essere sceso al di sotto delle temperature alle quali era stato testato.

"È incredibile che gli strumenti di Voyager si siano dimostrati così resistenti, ", ha affermato la responsabile del progetto Voyager Suzanne Dodd, che ha sede presso il Jet Propulsion Laboratory della NASA a Pasadena, California. "Siamo orgogliosi che abbiano resistito alla prova del tempo. Le lunghe vite della navicella significano che abbiamo a che fare con scenari che non avremmo mai pensato di incontrare. Continueremo a esplorare ogni opzione che abbiamo per mantenere i Voyager fare la migliore scienza possibile".

Voyager 2 continua a restituire dati da cinque strumenti mentre viaggia nello spazio interstellare. Oltre allo strumento del raggio cosmico, che rileva particelle in rapido movimento che possono provenire dal Sole o da fonti esterne al nostro sistema solare, la navicella sta operando su due strumenti dedicati allo studio del plasma (un gas in cui gli atomi sono stati ionizzati e gli elettroni fluttuano liberamente) e un magnetometro (che misura i campi magnetici) per comprendere le sparse nubi di materiale nello spazio interstellare.

Prendendo dati da una serie di direzioni, lo strumento a particelle cariche a bassa energia è particolarmente utile per studiare la transizione della sonda lontano dalla nostra eliosfera. Poiché il CRS può guardare solo in determinate direzioni fisse, il team scientifico della Voyager ha deciso di spegnere prima il riscaldamento del CRS.

Viaggiatore 1, che ha attraversato lo spazio interstellare nell'agosto 2012, continua a raccogliere dati anche dal suo strumento a raggi cosmici, più da uno strumento al plasma, il magnetometro e lo strumento a particelle cariche a bassa energia.

Perché spegnere i riscaldatori?

Lanciato separatamente nel 1977, i due Voyager sono ora a più di 11 miliardi di miglia (18 miliardi di chilometri) dal Sole e lontani dal suo calore. Gli ingegneri devono controllare attentamente la temperatura su entrambi i veicoli spaziali per mantenerli operativi. Ad esempio, se le linee del carburante che alimentano i propulsori che mantengono la navicella orientata si dovessero congelare, le antenne dei Voyager potrebbero smettere di puntare verso la Terra. Ciò impedirebbe agli ingegneri di inviare comandi al veicolo spaziale o di ricevere dati scientifici. Quindi i veicoli spaziali sono stati progettati per riscaldarsi da soli.

Ma il funzionamento dei riscaldatori e degli strumenti richiede energia, che è in costante diminuzione su entrambi i Voyager.

Ciascuna delle sonde è alimentata da tre generatori termoelettrici a radioisotopi, o RTG, che producono calore attraverso il decadimento naturale dei radioisotopi di plutonio-238 e convertono quel calore in energia elettrica. Poiché l'energia termica del plutonio negli RTG diminuisce e la loro efficienza interna diminuisce nel tempo, ogni veicolo spaziale produce circa 4 watt in meno di energia elettrica ogni anno. Ciò significa che i generatori producono circa il 40% in meno rispetto a quanto hanno fatto al momento del lancio quasi 42 anni fa, limitando il numero di sistemi che possono funzionare sul veicolo spaziale.

Il nuovo piano di gestione dell'energia della missione esplora diverse opzioni per affrontare la diminuzione dell'alimentazione su entrambi i veicoli spaziali, compreso lo spegnimento di ulteriori riscaldatori dello strumento nei prossimi anni.

Revving Up Old Jet Packs

Un'altra sfida che gli ingegneri hanno dovuto affrontare è la gestione del degrado di alcuni dei propulsori dei veicoli spaziali, che s'infiammano in piccoli impulsi, o sbuffi, per ruotare sottilmente il veicolo spaziale. Questo è diventato un problema nel 2017, quando i controllori della missione hanno notato che una serie di propulsori su Voyager 1 aveva bisogno di emettere più sbuffi per mantenere l'antenna della navicella puntata verso la Terra. Per assicurarsi che la navicella possa continuare a mantenere un corretto orientamento, la squadra ha acceso un'altra serie di propulsori su Voyager 1 che non erano stati utilizzati per 37 anni.

Gli attuali propulsori della Voyager 2 hanno iniziato a degradarsi, pure. I responsabili della missione hanno deciso di attivare lo stesso propulsore su quella sonda questo mese. Il Voyager 2 ha utilizzato per l'ultima volta questi propulsori (noti come propulsori di manovra di correzione della traiettoria) durante il suo incontro con Nettuno nel 1989.

Molte miglia da percorrere prima che si addormentino

Il piano degli ingegneri per gestire l'alimentazione e le parti obsolete dovrebbe garantire che Voyager 1 e 2 possano continuare a raccogliere dati dallo spazio interstellare per diversi anni a venire. I dati dei Voyager continuano a fornire agli scienziati osservazioni mai viste prima del nostro confine con lo spazio interstellare, complementare all'Interstellar Boundary Explorer (IBEX) della NASA, una missione che sta rilevando a distanza quel confine. La NASA sta anche preparando l'Interstellar Mapping and Acceleration Probe (IMAP), a causa del lancio nel 2024, per capitalizzare le osservazioni dei Voyager.

"Entrambe le sonde Voyager stanno esplorando regioni mai visitate prima, quindi ogni giorno è un giorno di scoperta, ", ha affermato lo scienziato del progetto Voyager Ed Stone, che ha sede al Caltech. "Voyager continuerà a sorprenderci con nuove intuizioni sullo spazio profondo".