Sciencemag.cz
Doporučujeme
Obě sondy letí prostorem již 42 let a jsou zhruba 18 miliard kilometrů od Slunce, což je moc daleko na to, aby mohly využívat jeho tepla.
Nemůže být sporu o tom, že se žádná kosmická mise neobejde bez pečlivého plánování a často ani bez slušné dávky kreativity. Přesto můžeme říct, že některé mise potřebují těchto předpokladů více. V případě amerických sond Voyager 1 a 2, které cestují kosmickým prostorem již prakticky 42 let, to platí beze zbytku. Jelikož se pohybují v naprosto unikátním prostředí, mají stále ohromný vědecký přínos. Abychom z nich získávali cenné informace zpoza hranic sluneční soustavy co nejdéle, připravily pozemní týmy nový plán jejich fungování. Rozhodování to nebylo jednoduché, protože neexistovalo řešení, které by bylo dobré ve všech ohledech. Nejtěžší rozhodování se týkalo vědeckých přístrojů a trysek.
Jedním z největších problémů je, že sondy Voyager vypuštěné v roce 1977 mají stále méně elektrické energie, kterou potřebují palubní přístroje a ohřívače, které chrání elektroniku před chladem kosmické prázdnoty. Inženýři proto museli důkladně zvažovat, které systémy mají stále dostávat energii a které se vypnou. Na Voyageru 2 je nutné všechno řešit s větší urgencí než na Voyageru 1, protože „dvojka“ má oproti „jedničce“ o jeden funkční vědecký přístroj víc. To však znamená, že „dvojka“ má větší odběr než její dvojče.
Diskuse mezi vědeckým týmem a manažery mise byla velmi dlouhá a komplexní – na jejím konci bylo těžké, ale nevyhnutelné rozhodnutí – v rámci nového energetického plánu vypnout ohřívače přístroje CRS (cosmic ray subsystem) na Voyageru 2. Tento přístroj měřící kosmické záření, sehrál vloni v listopadu klíčovou roli při určení, že Voyager 2 opustil heliosféru – ochrannou bublinu vytvořenou neustálým tokem ionizovaných částic od Slunce. Od té chvíle vysílají obě sesterské sondy Voyager cenné informace o tom, jak naše heliosféra reaguje na tok částic z mezihvězdného prostoru.
Sondy Voyager poskytují lidstvu unikátní pozorování doposud neprozkoumaných oblastí, ale také nám pomáhají lépe porozumět vlastní podstatě energie a záření ve vesmíru. Tyto informace budou mimořádně cenné hlavně v dalších letech, až se lidé vydají mimo nízkou oběžnou dráhu Země, byť budou k domovu stále mnohonásobně blíže, než kde jsou sondy Voyager.
Pozemní operátoři předběžně potvrzují, že přístroj CRS stále posílá data, ačkoliv jeho teplota spadla až na – 59 °C. To je mimochodem ještě nižší teplota, než na jakou byl tento přístroj testován před startem – tehdy byl ochlazen jen na – 45 °C. Ale není to nic nečekaného – jiný přístroj z mise Voyager fungoval dokonce ještě několik let poté, co dosáhl teplot nižších, než na jaké byl testován.
„Je neuvěřitelné, že jsou přístroje na Voyagerech tak odolné,“ smeká pomyslný klobouk Suzanne Dodd, projektová manažerka misí Voyager z Jet Propulsion Laboratory v kalifornské Pasadeně a dodává: „Jsme hrdí, že přístroje obstály v testu dlouhověkosti. Jejich dlouhá životnost znamená, že se musíme zabývat situacemi, na které jsme si nikdy nepomysleli. Budeme i nadále využívat všechny možnosti, které máme k dispozici, abychom udrželi Voyagery ve stavu, kdy mohou dělat nejlepší možná vědecká pozorování.“
Voyager 2 prolétávající mezihvězdným prostorem posílá na Zemi data z pěti vědeckých přístrojů. Kromě již zmíněného přístroje, který detekuje rychle se pohybující částice, které mohou pocházet ze Slunce či zdrojů mimo naši soustavu, bychom na sondě našli ještě dva přístroje určené ke studiu plazmatu (plynu, ve kterém byly atomy ionizovány a elektrony volně plynou) a magnetometr, který měří magnetické pole. Pátým instrumentem je pouze částečně funkční přístroj, který měl u Jupiteru a Saturnu měřit koncentrace elektronů.
Když se vezmou data z různých směrů, je přístroj schopný detekovat částice nabité nízkou energií zvláště vhodný pro sledování přechodu sondy přes okraj heliosféry. Jelikož má CRS své „zorné pole“ definováno fixně, rozhodli se operátoři ze všeho nejdříve vypnout právě jeho ohřívače. Sesterská sonda Voyager 1, která vstoupila do mezihvězdného prostoru v srpnu 2012, má tento přístroj stále aktivní – kromě něj ještě jeden plazmový přístroj, magnetometr a detektor nabitých částic s nízkou energií.
Obě sondy letí prostorem již 42 let a jsou zhruba 18 miliard kilometrů od Slunce, což je moc daleko na to, aby mohly využívat jeho tepla. Aby palubní systémy sond pracovaly, musí k tomu mít odpovídající podmínky – velkou roli hraje právě teplota a její řízení. Kupříkladu, pokud by sondě zamrzla palivová potrubí, nebylo by možné sondu stabilizovat v prostoru a anténa by nemířila k Zemi. Pozemní týmy by nemohly sondě posílat pokyny, ani od ní přijímat vědecká data. Sondy proto byly navrženy tak, aby se samy ohřívaly.
Jenže chod těchto ohřívačů je společně s palubními přístroji velkým konzumentem elektrické energie, které mají Voyagery stále méně. Každá z těchto sond dostala trojici radioizotopových termoelektrických generátorů, které vytváří teplo přirozeným radioaktivním rozpadem plutonia-238, přičemž toto teplo je následně přímo převáděno na elektrickou energii. Jenže v průběhu času přirozeně klesá aktivita radioaktivního materiálu a zdroj tak dostává méně tepla, takže vyrábí méně elektřiny.
Když si k tomu přidáme i postupně klesající účinnost samotného převodu energie, vyjde nám, že každý rok musí každá ze sond Voyager vystačit každý rok s energetickým rozpočtem chudším o 4 watty. Jinými slovy – dnes produkují generátory zhruba o 40 % energie méně než když sondy před 42 lety startovaly. To samozřejmě omezuje počet systémů, které mohou na sondách fungovat. Nový plán hospodaření s energií pokrývá nejen aktuální situaci, ale řeší i další roky. Odborníci vypracovali hned několik scénářů podle budoucího vývoje, které počítají s postupným vypínáním dalších ohřívačů během následujících let.
Inženýři ale stáli i před další výzvou – jak si poradit s degradací některých trysek, které pracují v pulsním režimu. Jinými slovy, vykonávají jen kratičké zážehy, které drobně otočí sondou v prostoru. V roce 2017 se objevil problém – pozemní operátoři zjistili, že Voyager 1 potřebuje k udržení orientace antény vůči Zemi více těchto pulsů. Aby byla zajištěna správná orientace, aktivovali tehdy inženýři jiné trysky, které ležely ladem 37 let.
Problém, který trápil Voyager 1 se nyní projevuje i u sesterské „dvojky“. Pozemní týmy se tedy rozhodly tento měsíc zopakovat stejnou metodu – tedy aktivovat jinou sadu trysek. Jen tak pro zajímavost – ani na dvojce nebyly tyto raketové motory (označované jako trajectory correction maneuver thrusters – volně přeloženo trysky pro manévry upravující trajektorii) dlouho používány. Voyager 2 je naposledy zažehl u Neptunu v roce 1989!
Inženýři jsou optimističtí a věří, že po nasazení nového plánu hospodaření s energií a obejití problému se stárnoucími tryskami, by měly obě sondy sbírat informace o mezihvězdném prostoru ještě několik let. Znovu se sluší zopakovat, že neexistuje žádná jiná sonda, která by umožňovala interakci hranice heliosféry s mezihvězdným prostorem. Máme sice dálková měření tohoto fenoménu ze sondy IBEX (Interstellar Boundary Explorer) a na rok 2024 chystá NASA start družice IMAP (Interstellar Mapping and Acceleration Probe), která má od Země studovat toto rozhraní, ale data z Voyagerů jsou nenahraditelná. „Obě sondy Voyager prozkoumávají oblast, kterou zatím žádná sonda nenavštívila, takže každý den přináší objevy,“ říká hlavní vědecký pracovník programu Voyager, Ed Stone a dodává: „Voyagery nás ještě určitě překvapí dalšími pohledy na hluboký vesmír.“
autor: Dušan Majer
Převzato z Kosmonautix.cz
