Voyager 1 entgeht Milliarden Meilen entfernt der Triebwerksblockade

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Ingenieuren der US-Weltraumbehörde NASA gelang es, eine Reihe von Antriebsmotoren zu betreiben, die seit Jahrzehnten nicht mehr von der Raumsonde Voyager 1 verwendet wurden, um ein Problem zu lösen, das die Kommunikation der 47 Jahre alten Raumsonde mit der Erde verhindern könnte aus Milliarden von Kilometern Entfernung.

Als Voyager 1 am 5. September 1977 ins All startete, rechnete niemand damit, dass die Sonde heute noch einsatzbereit sein würde.

Aufgrund der außergewöhnlich langen Missionsdauer hat Voyager 1 Probleme mit der Alterung seiner Teile in den kalten Außenregionen außerhalb unseres Sonnensystems. 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 ist derzeit das am weitesten von der Erde entfernte Raumschiff, etwa 15 Milliarden Meilen (24 Milliarden Kilometer). Die Raumsonde 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 abtasten.

Anfang dieses Jahres entdeckten Ingenieure ein Problem, als eine Treibstoffleitung in einem der Triebwerke der Voyager verstopft war. Wenn die Triebwerke verstopft sind, können sie nicht genug Strom erzeugen, um das Raumschiff stabil zu halten. Die Triebwerke der Voyager halten das Raumschiff in einer Ausrichtung, die es ihm ermöglicht, mit der Erde zu kommunizieren.

Wenn Voyager 1 nicht so positioniert wäre, dass seine Antenne auf die Erde gerichtet wäre, wäre das Raumschiff nicht in der Lage, Befehle vom Kontrollzentrum zu „hören“ oder Daten zu übertragen, so Kala Cofield, Spezialistin für Medienarbeit am JPL.

„Wenn die Motoren, die die Antenne auf die Erde richten, blockiert werden, ist die Mission beendet“, sagte sie.

Das Team erkannte, dass es Befehle an das Raumschiff senden musste, um auf einen anderen Triebwerkssatz umzuschalten, aber die Lösung würde nicht einfach sein.

Dies ist nicht das erste Mal in den letzten Jahrzehnten, dass Voyager 1 auf einen anderen Satz Triebwerke umsteigen musste. Glücklicherweise verfügt das Raumschiff über drei Triebwerkssätze: zwei Triebwerkssätze für den Schub und einen Satz für Kurskorrekturmanöver.

Voyager 1 nutzte seine Triebwerke während seiner Vorbeiflüge an Jupiter und Saturn 1979 bzw. 1980 für verschiedene Zwecke.

Jetzt befindet sich die Raumsonde auf einer festen Flugbahn weg von unserem Sonnensystem und benötigt daher nur noch einen Satz Triebwerke, um ihre Antenne auf die Erde zu richten. Um die Triebwerke zu befeuern, wird flüssiges Hydrazin in ein Gas umgewandelt und in etwa 40 kurzen Stößen pro Tag freigesetzt, um Voyager 1 in der richtigen Ausrichtung zu halten.

Im Laufe der Zeit stellten die Ingenieure fest, dass der Treibstoffschlauch im Inneren der Triebwerke durch Siliziumdioxid verstopfen könnte, ein Nebenprodukt der Alterung der Gummimembran im Treibstofftank. Wenn die Laufräder verstopft sind, erzeugen sie weniger Leistung.

Im Jahr 2002 befahl das Team Voyager 1, auf einen zweiten Satz Umkehrschubtriebwerke umzusteigen, als der erste Satz Anzeichen einer Blockierung zeigte. Im Jahr 2018 wechselten die Ingenieure dann erneut zur Baugruppe des Umkehrschubmotors, als auch die zweite Baugruppe Anzeichen einer Blockierung aufwies.

Doch als das Team kürzlich den Zustand der Kurskorrekturmotoren der Voyager untersuchte, stellte sich heraus, dass diese stärker verstopft waren als die beiden vorherigen Motorensätze.

Als das Team die Voyager vor sechs Jahren erstmals auf kurskorrigierende Triebwerke umstellte, war die Rohröffnung 0,01 Zoll (0,25 Millimeter) breit. Aber jetzt ist es durch die Blockade auf 0,0015 Zoll (0,035 Millimeter) geschrumpft – laut NASA auf die Hälfte der Breite eines menschlichen Haares.

Es ist Zeit, zu einem anderen Satz einstellungsspezifischer Antriebsstränge zurückzukehren.

Mit zunehmendem Alter von Voyager 1 und seiner Zwillingssonde Voyager 2 schaltet das Missionsteam nicht unbedingt notwendige Systeme beider Raumschiffe langsam ab, um Energie zu sparen, einschließlich Heizungen. Infolgedessen waren die Komponenten von Voyager 1 jetzt viel kühler, und das Team wusste, dass es nicht einfach einen Befehl an Voyager 1 senden konnte, um sofort auf eines der Einwegtriebwerke 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, als dass sie ausgeschaltet werden könnten, wenn sie sich nicht wieder einschalten, sagte das Team.

Nachdem das Team zum Zeichenbrett zurückgekehrt war, stellte es fest, dass es möglich war, eine der Hauptheizungen des Raumfahrzeugs für etwa eine Stunde auszuschalten, was es den Ingenieuren ermöglichen würde, die Triebwerksheizungen einzuschalten und den Wechsel sicher durchzuführen.

Dieser Plan ging auf, und am 27. August war Voyager 1 wieder auf eine seiner ursprünglichen Antriebsgruppen angewiesen, um den Kontakt zur Erde aufrechtzuerhalten.

„Das Team hat Schritte unternommen, um seine Triebwerke weniger zu nutzen, und geht davon aus, dass die ursprüngliche Charge noch zwei bis drei Jahre lang genutzt werden kann“, sagte Todd Barber, der Antriebsingenieur der Voyager.

Sobald das Raumschiff diesen Satz Triebwerke erschöpft hat, bleibt Voyager 1 nur noch ein weiterer Satz Triebwerke, der bereits verstopft ist.

„Alle Entscheidungen, die wir in Zukunft treffen müssen, erfordern viel mehr Analyse und Vorsicht als bisher“, sagte Voyager-Projektmanagerin Susan Dodd in einer Erklärung.

Auch bei Voyager 2 wurden 1999 und 2019 Antriebe ausgetauscht, und „die Situation dort ist weniger schlimm“, sagte Barber. Voyager 2 hat mehr als 20 Milliarden Kilometer von der Erde entfernt.

Die von diesen langlebigen Sonden gesammelten Informationen helfen Wissenschaftlern dabei, mehr über die kometenähnliche Form der Heliosphäre zu erfahren und herauszufinden, wie sie die Erde vor energiereichen Teilchen und Strahlung im interstellaren Raum schützt.