Voyager-2 fa economie

 Gli ingegneri della missione hanno spento lo strumento che misura il plasma a bordo della sonda spaziale Voyager 2, per far fronte al costante calo di alimentazione elettrica disponibile dai generatori di bordo. In precedenza, avevano cercato di prolungare il più possibile lo spegnimento di uno strumento scientifico, dal momento che nessun altro veicolo creato dall'uomo ha mai operato nello spazio interstellare, la regione al di fuori dell'eliosfera.

 Lo strumento di scienza del plasma misura la quantità di plasma (atomi elettricamente carichi) e la direzione in cui scorre. Ha raccolto dati limitati negli ultimi anni a causa del suo orientamento rispetto alla direzione in cui scorre il plasma nello spazio interstellare.

 Entrambe le sonde sono alimentate dal plutonio in decadimento e perdono circa 3,5 watt di potenza ogni anno. Dopo che le due sonde Voyager completarono l'esplorazione dei pianeti giganti negli anni '80, il team della missione spense diversi strumenti scientifici che non sarebbero stati utilizzati nello studio dello spazio interstellare. Ciò diede alla sonda un sacco di potenza extra fino a qualche anno fa. Da allora, il team ha spento tutti i sistemi di bordo non essenziali per il funzionamento delle sonde, compresi alcuni riscaldatori. Per rinviare la necessità di dover spegnere un altro strumento scientifico, hanno anche modificato il modo in cui viene monitorata la tensione della Voyager 2.


Risultati del monitoraggio

 Il 26 settembre, gli ingegneri hanno inviato dal "Deep Space Network" il comando di spegnere lo strumento scientifico PLS; ci sono volute 19 ore perché raggiungesse Voyager 2, e il segnale di conferma ne ha richieste altrettante. In queste situazioni, vengono monitorati attentamente gli effetti delle modifiche apportate sul veicolo, per assicurarsi che non generino effetti secondari indesiderati. Il team ha confermato che il comando di spegnimento è stato eseguito senza incidenti e che la sonda sta funzionando normalmente.

 Nel 2018, lo strumento scientifico del plasma si era rivelato fondamentale per determinare che Voyager 2 aveva lasciato l'eliosfera. Il confine tra l'eliosfera e lo spazio interstellare è demarcato da cambiamenti negli atomi, nelle particelle e nei campi magnetici che gli strumenti sui Voyager possono rilevare. All'interno dell'eliosfera, le particelle emesse dal Sole fluiscono verso l'esterno, mentre in prossimità dell'interfaccia con il mezzo interstellare, il plasma fluisce quasi nella direzione opposta alle particelle solari.

 Lo strumento scientifico del plasma è costituito da quattro "coppe". Tre coppe puntano nella direzione del Sole e hanno osservato il vento solare mentre si trovavano all'interno dell'eliosfera. Una quarta punta ad angolo retto rispetto alla direzione delle altre tre e ha osservato il plasma nelle magnetosfere planetarie, nell'eliosfera e ora nello spazio interstellare.

MIT Voyager PLS Signoff 02 PRESS

Lo strumento PLS installato su Voyager - Credit: NASA/JPL-Caltech/MIT

Quando la Voyager 2 uscì dall'eliosfera , il flusso di plasma nelle tre coppe rivolte verso il Sole crollò drasticamente. I dati più utili della quarta coppa arrivano solo una volta ogni tre mesi, quando la sonda compie una virata di 360 gradi sull'asse puntato verso il Sole. Questo fattore ha influito sulla decisione della missione di spegnere questo strumento prima di altri.

Lo strumento di scienza del plasma sulla Voyager 1 ha smesso di funzionare nel 1980 ed è stato spento nel 2007 per risparmiare energia. Un altro strumento a bordo della Voyager 2, chiamato sottosistema di onde di plasma, può stimare la densità del plasma quando le eruzioni dal Sole guidano gli shock attraverso il mezzo interstellare, producendo onde di plasma.

Il team della Voyager continua a monitorare lo stato di salute della sonda e le risorse disponibili per prendere decisioni ingegneristiche che massimizzino i risultati scientifici della missione.


Voyager 1 col raffreddore

 Già un mese fa, gli ingegneri che lavorano sulla gemella Voyager 1 sono riusciti a risolvere un problema con i propulsori della sonda, che la mantengono puntata verso la Terra in modo che possa ricevere comandi, inviare dati tecnici e fornire gli esclusivi dati scientifici che sta raccogliendo.

 Dopo 47 anni, un tubo del carburante all'interno dei propulsori si è intasato di biossido di silicio, un sottoprodotto che si forma con l'età da un diaframma di gomma nel serbatoio del carburante della navicella. L'intasamento riduce l'efficienza con cui i propulsori possono generare forza. Un anno fa si era cercato di porre rimedio al problema tramite una modifica software che, di fatto, era volta a ridurre lo sfruttamento dei propulsorie quindi l'accumulo di tali scorie. Adesso, dopo settimane di attenta pianificazione, il team ha cambiato strategia adottando un diverso set di propulsori.

 I propulsori sono alimentati da idrazina liquida, che viene trasformata in gas e rilasciata in sbuffi della durata di decine di millisecondi, per inclinare delicatamente l'antenna di bordo verso la Terra. Se il propulsore non fosse intasato, dovrebbe condurre circa 40 di questi brevi impulsi al giorno.  Entrambe le sonde Voyager sono dotate di tre set, o rami, di propulsori: due per il controllo di assetto e uno destinato alle manovre di correzione della traiettoria. Durante i sorvoli planetari della missione, entrambi i tipi di propulsori sono stati utilizzati per scopi diversi. Ma poiché Voyager 1 viaggia su un percorso invariato fuori dal sistema solare, le sue esigenze di propulsore sono più semplici e entrambi i rami di propulsore possono essere utilizzati per puntare la navicella spaziale verso la Terra.

 Nel 2002 il team di ingegneri della missione, con sede presso il Jet Propulsion Laboratory della NASA nella California meridionale, notò che alcuni tubi del carburante nel ramo del propulsore di propulsione di assetto utilizzato per il puntamento si stavano ostruendo, quindi il team passò al secondo ramo. Quando quel ramo mostrò segni di ostruzione nel 2018 , il team passò ai propulsori di manovra di correzione della traiettoria e da allora ha utilizzato quel ramo.

 Ora quei tubi dei propulsori di correzione della traiettoria sono ancora più intasati rispetto a quanto lo fossero i rami originali quando il team li ha sostituiti nel 2018. I tubi intasati si trovano all'interno dei propulsori e indirizzano il carburante ai letti del catalizzatore, dove viene trasformato in gas (questi sono diversi dai tubi del carburante che inviano idrazina ai propulsori). Laddove l'apertura del tubo era originariamente 0,25 millimetri di diametro, l'intasamento l'ha ridotta a soli 35 μm, circa un terzo della larghezza di un capello umano. Di conseguenza, il team ha dovuto tornare a uno dei rami dei propulsori di assetto.


Riscaldamento dei propulsori

 Passare a propulsori diversi sarebbe stata un'operazione relativamente semplice per la missione nel 1980 o addirittura nel 2002. Ma l'età della navicella spaziale ha introdotto nuove sfide, principalmente legate all'alimentazione elettrica e alla temperatura. La missione ha spento tutti i sistemi di bordo non essenziali, inclusi alcuni riscaldatori, su entrambe le navicelle spaziali per conservare la loro alimentazione elettrica in graduale riduzione, generata dal decadimento del plutonio.

 Sebbene questi provvedimenti abbiano funzionato per ridurre la potenza, hanno anche portato ad un raffreddamento della navicella spaziale, un effetto aggravato dalla perdita di altri sistemi non essenziali che producevano calore. Di conseguenza, i rami dei propulsori per il controllo dell'assetto si sono raffreddati e accenderli in quello stato potrebbe danneggiarli, rendendo i propulsori inutilizzabili.

 Il team ha stabilito che l'opzione migliore sarebbe stata quella di riscaldare i propulsori a monte dell'interruttore, accendendo quelli che erano stati considerati riscaldatori non essenziali. Tuttavia, come per tante sfide che il team Voyager ha dovuto affrontare, questo ha presentato un enigma: l'alimentazione della navicella spaziale è così bassa che accendere i riscaldatori non essenziali richiederebbe alla missione di spegnere qualcos'altro per fornire ai riscaldatori un'elettricità adeguata, e tutto ciò che è attualmente in funzione è considerato essenziale.

Studiando il problema, hanno escluso l'idea di spegnere uno degli strumenti scientifici ancora in funzione per un periodo di tempo limitato, perché c'è il rischio che lo strumento non torni online. Dopo ulteriori studi e pianificazioni, il team di ingegneri ha stabilito che potevano spegnere in sicurezza uno dei riscaldatori principali della navicella per un'ora, rendendo disponibile abbastanza energia per accendere i riscaldatori dei propulsori. L'idea ha funzionato e, lo scorso 27 agosto, hanno confermato che il ramo propulsore necessario era tornato in azione, aiutando a puntare la Voyager 1 verso la Terra.

"Tutte le decisioni che dovremo prendere in futuro richiederanno ancora più analisi e cautele di prima", ha affermato Suzanne Dodd, project manager della Voyager presso il Jet Propulsion Laboratory, che gestisce la Voyager per la NASA.


Una missione unica e preziosa

 Viaggiando a 20,6 e 24,7 miliardi di chilometri dalla Terra, le due sonde veterane utilizzano adesso la stessa suite di quattro strumenti scientifici per studiare la regione al di fuori della nostra eliosfera, la bolla protettiva di particelle e campi magnetici creata dal Sole. Di seguito, l'elenco aggiornato degli strumenti funzionanti (in verde) e quelli spenti (in rosa).

Credits: NASA/JPL - Processing: Marco Di Lorenzo

 Le due Voyager si stanno addentrando nello spazio interstellare, la regione al di fuori della bolla di particelle e campi magnetici creata dal Sole che nessun'altra sonda spaziale probabilmente visiterà per molto tempo. Il team scientifico della missione sta lavorando per far sì che entrambe continuino a funzionare il più a lungo possibile, in modo che possano continuare a rivelare com'è l'ambiente interstellare; grazie agli ultimi accorgimenti, le due Voyager dovrebbero ora disporre di potenza sufficiente ad alimentare uno strumento scientifico e l'antenna per altri 6 anni o quasi.