Запущенный в 1977 году «Вояджер-1», который в настоящее время является самым удаленным от Земли рукотворным объектом, путешествует в межзвездном пространстве, за пределами гелиосферы Солнца. Хотя он был рассчитан всего на пять лет, миссия была продлена намного больше, чем ожидалось. Это привело к износу важнейших систем, в том числе двигательных установок, которые в настоящее время удерживают зонд направленным на Землю, чтобы он мог получать команды, отправлять технические данные и предоставлять уникальные научные сведения, которые он собирает.
Спустя 47 лет трубка для подачи топлива в двигатели забилась диоксидом кремния — побочным продуктом, образующимся с возрастом из резиновой мембраны в баке для топлива. Засорение снижает эффективность работы двигателей при создании тяги.
После нескольких недель тщательного планирования команда решила перейти на другой набор подруливающих двигателей. На самом деле зонд оснащен тремя наборами, или ветвями, двигателей: двумя наборами для приведения в движение и одним набором двигателей для коррекции траектории, которые в прошлом использовались для облета планет. Во время пролетов оба типа двигателей использовались для разных целей, но поскольку «Вояджер-1» движется по неизменной траектории за пределами Солнечной системы, его требования к двигателям проще, и обе ветви двигателей могут быть использованы для направления космического аппарата к Земле.
27 августа НАСА получило подтверждение того, что новая конфигурация работает надлежащим образом.
Проблемы с двигателями «Вояджера-1»
Подруливающие устройства «Вояджера-1» работают на жидком гидразине, который превращается в газ и выпускается в виде импульсов длиной в десятки миллисекунд, чтобы плавно наклонить антенну зонда в сторону Земли. Если бы засорившийся двигатель был здоров, он должен был бы проводить около 40 таких коротких импульсов в день.
Уже в 2002 году команда миссии заметила, что количество этих импульсов уменьшилось — симптом растущего потребления энергии и снижения эффективности: некоторые трубки в двигательной ветви, используемой для наклона зонда, засорились, поэтому команда переключилась на вторую ветвь. Когда в 2018 году и эта ветвь показала признаки засорения, команда переключилась на маневровые двигатели для коррекции траектории (третья ветвь) и с тех пор использует этот двигательный набор.
Теперь эти трубы засорились еще сильнее, чем оригиналы, которые были заменены в 2018 году. Если изначально диаметр отверстия в трубе составлял 0,25 миллиметра, то в результате засорения он уменьшился до 0,035 мм (примерно половина ширины человеческого волоса).
Основной причиной этой проблемы стало длительное пребывание в межзвездном пространстве — экстремальной и богатой радиацией среде, которая повлияла на несколько компонентов зонда. С годами в каналах подачи топлива накапливались отложения, что постепенно снижало эффективность работы двигателей.
Тонкое балансирование ресурсов
В результате команде пришлось вернуться к одной из ветвей двигателей ориентации. Однако перед зажиганием необходимо было прогреть двигатели, чтобы предотвратить их повреждение из-за низких температур в космосе, но запас энергии на «Вояджере-1» настолько мал, что нельзя было задействовать неосновные нагреватели, не отключив что-то другое.
Отключение научного прибора было исключено из-за риска, что после этого он не вернется в строй. Поэтому инженеры решили на час отключить один из основных нагревателей зонда, чтобы высвободить достаточно энергии для включения нагревателей двигателей.
Этот сложный процесс управления энергией был результатом тщательного инженерного анализа, направленного на то, чтобы как можно дольше сохранить способность «Вояджера-1» собирать уникальные научные данные о межзвездной среде. И хотя эти двигатели не использовались десятилетиями, они эффективно сработали, продлив жизнь миссии.
В настоящее время «Вояджер-1» находится на этапе миссии, требующем тонкого баланса между экономией энергии и поддержанием научных операций. Радиоизотопный термоэлектрический генератор (RTG), питающий зонд, теряет около 4 ватт в год, что вынуждает команду постепенно отключать некоторые второстепенные приборы. Однако команда намерена поддерживать миссию в активном состоянии как минимум до 2025 года, чтобы продолжать получать ценную информацию о Вселенной за пределами нашей гелиосферы.