12 миллиардов миль: Космический аппарат НАСА «Вояджер-2» продолжает научные поиски с помощью инновационной стратегии энергоснабжения

На этом рисунке изображен космический аппарат НАСА «Вояджер» на фоне звездного поля во мраке космоса. Два космических аппарата «Вояджер» все дальше и дальше удаляются от Земли, совершая путешествие в межзвездное пространство, и в конце концов обогнут центр галактики Млечный Путь. Credit: NASA/JPL-Caltech

Благодаря этому плану научные приборы «Вояджера-2» будут включены на несколько лет дольше, чем предполагалось ранее, что позволит сделать еще больше открытий из межзвездного пространства.

Запущенный в 1977 году космический аппарат «Вояджер-2» находится на расстоянии более 12 млрд. миль (20 млрд. км) от Земли и использует пять научных приборов для изучения межзвездного пространства. Для поддержания работы этих приборов, несмотря на уменьшающееся энергоснабжение, стареющий аппарат начал использовать небольшой резервный запас энергии, предусмотренный бортовым механизмом безопасности. Это позволит отложить отключение одного из научных приборов до 2026 года, а не в этом году.

Выключение научного прибора не приведет к завершению миссии. После отключения одного прибора в 2026 году зонд продолжит работу с четырьмя научными приборами до тех пор, пока уменьшающийся источник питания не потребует отключения еще одного. Если «Вояджер-2» останется здоровым, то, по мнению специалистов, миссия может продолжаться еще долгие годы.

Испытательная модель «Вояджера», показанная в камере космического тренажера в JPL в 1976 году, была копией космических зондов-близнецов «Вояджер», запущенных в 1977 году. Сканирующая платформа модели вытянута вправо и удерживает несколько научных приборов космического аппарата в развернутом положении. Credit: NASA/JPL-Caltech

Вояджер-2″ и его близнец «Вояджер-1» — единственные космические аппараты, когда-либо работавшие за пределами гелиосферы — защитного пузыря из частиц и магнитных полей, создаваемых Солнцем. Зонды помогают ученым ответить на вопросы о форме гелиосферы и ее роли в защите Земли от энергичных частиц и других излучений, присутствующих в межзвездной среде.

Научные данные, получаемые «Вояджерами», становятся тем ценнее, чем дальше от Солнца они находятся, поэтому мы заинтересованы в том, чтобы как можно дольше сохранить работоспособность как можно большего числа научных приборов», — говорит Линда Спилкер, научный сотрудник проекта «Вояджер» из Лаборатории реактивного движения НАСА в Южной Калифорнии, которая управляет миссией по заказу НАСА.

Питание зондов

Оба зонда «Вояджер» питаются от радиоизотопных термоэлектрических генераторов (РТГ), которые преобразуют тепло распадающегося плутония в электроэнергию. Непрерывный процесс распада приводит к тому, что с каждым годом генератор вырабатывает немного меньше энергии. Пока снижение мощности генератора не влияет на научные результаты миссии, но для компенсации потерь инженеры отключают нагреватели и другие системы, которые не являются необходимыми для поддержания полета космического аппарата.

Поскольку на «Вояджере-2» эти возможности уже исчерпаны, следующим в списке оказался один из пяти научных приборов аппарата. (На «Вояджере-1» работает на один научный прибор меньше, чем на его близнеце, поскольку один из приборов вышел из строя в самом начале полета. В результате решение об отключении того или иного прибора на «Вояджере-1» будет принято только в следующем году).

Каждый из зондов НАСА «Вояджер» оснащен тремя радиоизотопными термоэлектрическими генераторами (РТГ), включая тот, что показан здесь. РТГ обеспечивают питание космических аппаратов, преобразуя тепло, выделяемое при распаде плутония-238, в электроэнергию. Credit: NASA/JPL-Caltech

В поисках способа избежать отключения одного из научных приборов «Вояджера-2» команда исследователей обратила пристальное внимание на защитный механизм, предназначенный для защиты приборов в случае значительного изменения напряжения на космическом аппарате — потока электроэнергии. Поскольку колебания напряжения могут повредить приборы, «Вояджер» оснащен регулятором напряжения, который в этом случае запускает резервную схему. Эта схема может получить доступ к небольшому количеству энергии от RTG, выделенному для этой цели. Вместо того чтобы резервировать эту энергию, космический аппарат теперь будет использовать ее для поддержания работы научных приборов.

Хотя в результате напряжение на космическом аппарате не будет жестко регулироваться, даже после более чем 45 лет полета электрические системы обоих зондов остаются относительно стабильными, что сводит к минимуму необходимость в защитной сетке. Кроме того, команда инженеров может контролировать напряжение и реагировать на его резкие колебания. Если новый подход хорошо зарекомендует себя на «Вояджере-2», команда может применить его и на «Вояджере-1».

«Переменное напряжение представляет риск для приборов, но мы пришли к выводу, что этот риск невелик, а альтернатива дает большую выгоду — возможность дольше держать научные приборы включенными», — сказала Сюзанна Додд, руководитель проекта «Вояджер» в JPL. «Мы наблюдали за космическим аппаратом в течение нескольких недель, и, похоже, что новый подход работает».

Первоначально планировалось, что миссия «Вояджера» продлится всего четыре года и оба зонда пролетят мимо Сатурна и Юпитера. НАСА продлило срок миссии, чтобы «Вояджер-2» смог посетить Нептун и Уран; он до сих пор остается единственным космическим аппаратом, когда-либо встречавшимся с ледяными гигантами. В 1990 году НАСА вновь продлило миссию, на этот раз с целью отправки зондов за пределы гелиосферы. Вояджер-1 достиг этой границы в 2012 году, а Вояджер-2 (двигавшийся медленнее и в другом направлении, чем его близнец) — в 2018 году.

Подробнее о миссии

Лаборатория реактивного движения (JPL), подразделение Калифорнийского технологического института в Пасадене, построила и эксплуатирует космические аппараты «Вояджер». Миссии «Вояджер» являются частью обсерватории НАСА «Гелиофизическая система», спонсируемой Отделом гелиофизики Управления научных миссий в Вашингтоне.