Модель космического корабля НАСА «Вояджер». Два зонда «Вояджер» используются с 1977 года и исследуют внешние регионы нашей Солнечной системы. Изображение предоставлено: НАСА/Лаборатория реактивного движения-Калтех.
Инженерам, работающим над зондом НАСА «Вояджер-1», удалось решить проблему с двигателями космического корабля, которые удерживают зонд направленным на Землю, чтобы он мог получать команды, отправлять технические данные и предоставлять уникальные научные данные, которые он собирает.
Через 47 лет топливная трубка двигателей засорилась диоксидом кремния — побочным продуктом, образовавшимся со временем из резиновой мембраны в топливном баке космического корабля. Блокировка снижает эффективность, с которой двигатели могут производить мощность. После нескольких недель тщательного планирования команда переключила космический корабль на другой двигатель.
Двигатели работают на жидком гидразине, который преобразуется в газ и высвобождается импульсами продолжительностью в десятки миллисекунд, мягко наклоняя антенну космического корабля в сторону Земли. Если бы с засоренным двигателем все было в порядке, ему пришлось бы делать около 40 таких коротких всплесков в день.
Оба зонда «Вояджер» оснащены тремя наборами или ветвями двигателей: двумя наборами двигателей ориентации и одним набором маневровых двигателей для коррекции траектории. Во время облётов планет миссии оба типа двигателей использовались для разных целей. Однако, поскольку «Вояджер-1» летит по неизменному маршруту за пределы Солнечной системы, требования к его двигателям проще, и любая из двух ветвей двигателей может использоваться для наведения космического корабля на Землю.
В 2002 году инженерная группа миссии, базирующаяся в Лаборатории реактивного движения НАСА в Южной Калифорнии, заметила, что некоторые топливные шланги в ветви двигателя, используемой для центровки, были засорены. Поэтому команда перешла на вторую ветку. Когда в 2018 году на этой ветке появились признаки засорения, команда перешла на двигатели маневра коррекции траектории и с тех пор использует эту ветку.
Теперь эти трубки двигателя коррекции траектории засорены еще сильнее, чем первоначальные ветки, когда команда заменила их в 2018 году.
Засоренные трубки располагаются внутри двигателей и направляют топливо в слои катализатора, где оно преобразуется в газы. (Они отличаются от топливных трубок, по которым гидразин поступает в двигатели.) Первоначально диаметр отверстия трубки составлял всего 0,01 дюйма (0,25 миллиметра), но из-за закупорки его размер уменьшился до 0,0015 дюйма (0,035 мм), т. е. примерно. половины ширины человеческого волоса. Поэтому команде пришлось снова переключиться на одну из ветвей двигателей для ориентации.
Прогрев двигателей
В миссии 1980 или даже 2002 года перейти на другие двигатели было бы относительно легко. Но возраст космического корабля принес новые проблемы, особенно с точки зрения мощности и температуры. В ходе миссии все второстепенные бортовые системы на обоих космических кораблях, включая некоторые обогреватели, были отключены, чтобы сохранить постепенно истощающийся источник питания, вырабатываемый распадающимся плутонием.
Хотя эти меры помогли снизить мощность, они также привели к тому, что космический корабль стал холоднее. Эффект, который усугублялся отказом других второстепенных систем, генерирующих тепло. В результате ветви ориентации двигателей остыли, и включение их в таком состоянии может привести к их повреждению и выводу двигателей из строя.
Команда пришла к выводу, что лучшим вариантом будет прогрев двигателей перед переключением путем включения обогревателей, которые считаются несущественными. Однако, как и в случае со многими проблемами, с которыми столкнулась команда «Вояджера», это представляло собой загадку: источник питания космического корабля настолько слаб, что для включения второстепенных обогревателей миссии потребуется отключить что-то еще, чтобы обеспечить питание обогревателей для обеспечения достаточной мощности. и все, что сейчас находится в эксплуатации, считается жизненно важным.
При исследовании проблемы они исключили возможность отключения какого-либо из научных инструментов, все еще работающих, на ограниченное время из-за риска того, что инструмент не вернется в строй. После дальнейшего изучения и планирования команда инженеров пришла к выводу, что они могут безопасно отключить один из основных обогревателей космического корабля на срок до часа, высвободив достаточно энергии для включения обогревателей двигателя.
Это сработало. 27 августа они подтвердили, что необходимая ветвь двигателя снова работает и помогает «Вояджеру-1» направиться к Земле.
«Любые решения, которые нам придется принять в будущем, потребуют гораздо большего анализа и осторожности, чем раньше», — сказала Сюзанна Додд, менеджер проекта «Вояджер» в Лаборатории реактивного движения, которая управляет «Вояджером» для НАСА.
Космические зонды исследуют межзвездное пространство, то есть область за пределами пузыря частиц и магнитного поля, созданного Солнцем, которого, вероятно, еще долгое время не достигнет ни один другой космический корабль. Команда научной миссии работает над тем, чтобы «Вояджер» оставался в рабочем состоянии как можно дольше, чтобы он мог продолжать предоставлять информацию о межзвездной среде.
