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Den NASA-Ingenieuren ist es gelungen, eine Reihe von Triebwerken zu betreiben, die Voyager 1 seit Jahrzehnten nicht mehr verwendet hat, um ein Problem zu lösen, das die 47 Jahre alte Raumsonde daran hindern könnte, mit der Erde in einer Entfernung von mehreren Milliarden Kilometern zu kommunizieren.
Als Voyager 1 am 5. September 1977 ins All startete, ahnte niemand, dass die Sonde heute noch einsatzbereit sein würde.
Aufgrund seiner außergewöhnlich langen Mission hat Voyager 1 Probleme, da seine Komponenten in den kalten Regionen unseres Sonnensystems altern. Wenn ein Problem auftritt, müssen Ingenieure im Jet Propulsion Laboratory der NASA in Pasadena, Kalifornien, kreativ werden und gleichzeitig darauf achten, wie das Raumschiff auf Änderungen reagiert.
Voyager 1, das am weitesten von der Erde entfernte Raumschiff, ist etwa 24 Milliarden Kilometer von der Erde entfernt. Die Sonde operiert außerhalb der Heliosphäre (der Blase aus Magnetfeldern und Teilchen der Sonne, die sich weit über die Umlaufbahn von Pluto hinaus erstreckt), wo ihre Instrumente den interstellaren Raum direkt untersuchen.
Anfang dieses Jahres entdeckten Ingenieure ein Problem, als der Treibstoffschlauch in einem der Triebwerke der Voyager verstopft war. Wenn die Triebwerke verstopft sind, können sie nicht genug Kraft erzeugen, um das Raumschiff stabil zu halten. Die Triebwerke der Voyager halten das Raumschiff so ausgerichtet, dass es mit der Erde kommunizieren kann.
Wenn Voyager 1 nicht so positioniert ist, dass seine Antenne auf die Erde gerichtet ist, kann das Raumschiff keine Befehle von der Missionskontrolle „hören“ oder Daten zurücksenden, so Calla Cofield, Kommunikationsspezialistin am JPL.
„Wenn die Triebwerke, die die Antenne auf die Erde richten, verstopfen, ist das das Ende der Mission“, sagte sie.
Das Team erkannte, dass es Befehle an das Raumschiff senden musste, um auf einen anderen Satz Triebwerke umzuschalten, aber die Lösung würde nicht einfach sein.
Ein wiederkehrendes Problem
Dies ist nicht das erste Mal in den letzten Jahrzehnten, dass Voyager 1 die Propeller wechseln musste. Glücklicherweise verfügt das Raumschiff über drei Triebwerksgruppen: zwei Triebwerksgruppen für den Lageantrieb und eine Gruppe für Flugbahnkorrekturmanöver.
Voyager 1 nutzte die Triebwerke für verschiedene Zwecke, als es 1979 bzw. 1980 an Planeten wie Jupiter und Saturn vorbeiflog.
Die Raumsonde folgt nun einer unveränderten Flugbahn weg von unserem Sonnensystem. Daher ist nur ein Satz Triebwerke erforderlich, um die Antenne auf die Erde auszurichten. Um die Triebwerke anzutreiben, wird flüssiges Hydrazin in Gas umgewandelt und in etwa 40 Stößen pro Tag freigesetzt, um Voyager 1 in der richtigen Ausrichtung zu halten.
Im Laufe der Zeit stellten Ingenieure fest, dass ein Treibstoffschlauch im Inneren der Triebwerke mit Siliziumdioxid verstopfen könnte, einem Nebenprodukt der Alterung der Gummimembran des Treibstofftanks. Wenn die Triebwerke verstopft sind, erzeugen sie weniger Kraft.
Im Jahr 2002 befahl das Team Voyager 1, auf den zweiten Satz Lageantriebstriebwerke umzusteigen, als der erste Satz Anzeichen einer Verstopfung zeigte. Die Ingenieure wechselten 2018 erneut zum Flugbahnkorrektur-Triebwerk, als auch der zweite Satz blockiert zu sein schien.
Aber als das Team kürzlich den Status der Flugbahnkorrektur-Triebwerke der Voyager überprüfte, waren diese noch stärker verstopft als die beiden vorherigen Triebwerkssätze.
Als das Team vor sechs Jahren die Voyager auf bahnkorrigierende Triebwerke umrüstete, war die Rohröffnung 0,25 mm breit. Aber heute hat das Hindernis ihn laut NASA auf eine Breite von 0,35 mm oder die Hälfte der Breite eines menschlichen Haares reduziert.
Es war Zeit, zu einem anderen Satz von Lageantriebstriebwerken zurückzukehren.
Einen schwierigen Austausch durchführen
Da Voyager 1 und ihre Schwestersonde Voyager 2 älter geworden sind, hat das Missionsteam nach und nach nicht unbedingt notwendige Systeme beider Raumschiffe abgeschaltet, um Energie zu sparen, darunter auch Heizungen. Infolgedessen sind die Komponenten von Voyager 1 jetzt kühler, und das Team wusste, dass es nicht einfach einen Befehl an Voyager 1 senden konnte, um sofort auf eines der Lageantriebstriebwerke umzuschalten, ohne etwas zu unternehmen, um sie aufzuwärmen.
Aber Voyager 1 verfügt nicht über genügend Energie, um die Heizungen wieder einzuschalten, ohne etwas anderes auszuschalten, und seine wissenschaftlichen Instrumente sind zu wertvoll, um sie auszuschalten, falls sie sich nicht wieder einschalten lassen, sagte das Team.
Nachdem das Team wieder ans Zeichenbrett gegangen war, stellte es fest, dass es eine der Hauptheizungen des Raumfahrzeugs für etwa eine Stunde ausschalten konnte, was es den Ingenieuren ermöglichen würde, die Triebwerksheizungen einzuschalten und die Änderung sicher durchzuführen.
Dieser Plan ging auf, und am 27. August war Voyager 1 wieder auf eines seiner ursprünglichen Triebwerke angewiesen, um den Kontakt zur Erde zu halten.
Das Team habe Schritte unternommen, um den Einsatz von Triebwerken zu reduzieren, und hofft, das ursprüngliche System noch zwei bis drei Jahre lang betreiben zu können, sagte Todd Barber, Antriebsingenieur der Voyager.
Sobald das Raumschiff diesen Triebwerkssatz erschöpft hat, bleibt Voyager 1 der andere, bereits überfüllte Lageantriebstriebwerkssatz.
„Alle Entscheidungen, die wir in Zukunft treffen müssen, erfordern viel mehr Analyse und Vorsicht als bisher“, sagte Voyager-Projektmanagerin Suzanne Dodd in einer Erklärung.
Auch bei Voyager 2 wurden in den Jahren 1999 und 2019 Antriebswechsel vorgenommen, und „die Situation ist weniger schlimm“, sagte Barber. Voyager 2 flog mehr als 20 Milliarden Kilometer von der Erde entfernt.
Die von diesen langlebigen Sonden gesammelten Informationen helfen Wissenschaftlern, die Kometenform der Heliosphäre besser zu verstehen und wie sie die Erde vor energiereichen Teilchen und Strahlung im interstellaren Raum schützt.
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