10 сентября 2024 года, поздно вечером, НАСА сообщило о переходе космического аппарата «Вояджер-1» на другой двигатель, отличный от того, что использовался ранее.
В 1977 году был запущен «Вояджер-1», на сегодняшний день являющийся самым удаленным от Земли рукотворным объектом. Он движется в межзвездном пространстве, за пределами гелиосферы Солнца. Изначально миссия была рассчитана всего на пять лет, однако ее продолжительность значительно превысила ожидаемую. Это повлекло за собой износ ключевых систем, включая двигательные установки, которые в настоящее время поддерживают зонд, ориентированный на Землю, для приема команд, передачи технических данных и предоставления уникальных научных сведений.
Через 47 лет трубка, обеспечивающая подачу топлива в двигатели, засорилась диоксидом кремния – продукте, образующемся в процессе старения резиновой мембраны в топливном баке. Это засорение приводит к снижению эффективности двигателей при создании тяги.
После нескольких недель тщательной подготовки команда приняла решение о переходе на другой комплект подруливающих двигателей. Зонд имеет три комплекта, или ветви, двигателей: два для маневрирования и один для коррекции траектории, которые ранее применялись для облёта планет. В ходе пролётов оба типа двигателей использовались для различных задач, однако, поскольку «Вояджер-1» движется по стабильной траектории за пределами Солнечной системы, его потребности в двигательной установке снизились, и обе ветви могут быть задействованы для ориентации космического аппарата в направлении Земли.
27 августа НАСА подтвердило корректную работу обновленной системы.
Проблемы с двигателями «Вояджера-1»
Для корректировки траектории «Вояджера-1» используются подруливающие устройства, функционирующие на жидком гидразине. Этот газ выпускается короткими импульсами, длительностью в десятки миллисекунд, что позволяет плавно изменять ориентацию антенны в направлении Земли. В исправном состоянии двигатель должен был бы генерировать приблизительно 40 таких импульсов ежедневно.
Еще в 2002 году специалисты миссии обратили внимание на сокращение числа импульсов — это указывало на увеличение расхода энергии и снижение эффективности. Причиной стало засорение некоторых трубок в двигательной ветви, используемой для изменения наклона зонда, поэтому была произведена переориентация на вторую ветвь. В 2018 году, когда и эта ветвь продемонстрировала признаки засорения, команда перешла к использованию маневровых двигателей для коррекции траектории (третья ветвь) и продолжает использовать этот двигательный набор.
Засоры в этих трубах стали еще более серьезными, чем в тех, что были установлены в 2018 году. Первоначальный диаметр отверстия трубы составлял 0,25 миллиметра, однако из-за засорения он сократился до 0,035 мм, что приблизительно равно половине толщины человеческого волоса).
Длительное воздействие межзвездного пространства, среды с высоким уровнем радиации, стало ключевым фактором, приведшим к этой проблеме. Это повлияло на состояние нескольких компонентов зонда. Кроме того, в каналах подачи топлива со временем образовались отложения, которые постепенно уменьшали эффективность работы двигателей.
Тонкое балансирование ресурсов
В связи с этим команде пришлось вернуться к рассмотрению одной из альтернативных конструкций двигателей ориентации. Перед запуском двигатели требовалось прогреть, чтобы избежать повреждений, вызванных космическим холодом, однако из-за ограниченности энергетических ресурсов на «Вояджере-1» использование вспомогательных нагревателей было возможно только при отключении других систем.
Прибор не был отключен из-за опасения, что его дальнейшая работа будет невозможна. Вместо этого инженеры приняли решение на час отключить один из основных нагревателей зонда, чтобы обеспечить необходимую энергию для включения нагревателей двигателей.
Тщательный инженерный анализ лег в основу этого сложного процесса управления энергией, чтобы максимально продлить способность «Вояджера-1» к сбору ценных научных данных о межзвездной среде. Двигатели, не использовавшиеся на протяжении десятилетий, продемонстрировали свою работоспособность, что позволило значительно увеличить срок службы миссии.
В текущий момент миссия «Вояджер-1» предполагает необходимость тщательной оптимизации энергопотребления для обеспечения продолжения научных исследований. Радиоизотопный термоэлектрический генератор (RTG), обеспечивающий питание зонда, теряет примерно 4 ватта в год, что требует поэтапного отключения некоторых менее важных приборов. Несмотря на это, специалисты планируют поддерживать активную фазу миссии как минимум до 2025 года, чтобы и дальше получать важные данные о Вселенной, находящейся за пределами гелиосферы.