Med noggrann planering och lite kreativitet, ingenjörer har kunnat hålla NASAs Voyager 1 och 2 rymdfarkoster flygande i nästan 42 år - längre än någon annan rymdfarkost i historien. För att säkerställa att dessa vintagerobotar fortsätter att returnera bästa möjliga vetenskapliga data från rymdens gränser, uppdragsingenjörer implementerar en ny plan för att hantera dem. Och det innebär att göra svåra val, särskilt om instrument och propeller.

En nyckelfråga är att både Voyagers, lanserades 1977, har mindre och mindre kraft tillgänglig över tid för att driva sina vetenskapsinstrument och värmare som håller dem varma i kylan i rymden. Ingenjörer har varit tvungna att bestämma vilka delar som får ström och vilka delar som måste stängas av på båda rymdfarkosterna. Men dessa beslut måste fattas tidigare för Voyager 2 än för Voyager 1 eftersom Voyager 2 har ett mer vetenskapligt instrument som samlar in data – och drar kraft – än sitt syskon.

Efter omfattande diskussioner med forskarteamet, uppdragschefer stängde nyligen av en värmare för det kosmiska strålsystemets instrument (CRS) på Voyager 2 som en del av den nya energihanteringsplanen. Det kosmiska strålinstrumentet spelade en avgörande roll i november förra året för att fastställa att Voyager 2 hade lämnat heliosfären, den skyddande bubblan som skapas av ett konstant utflöde (eller vind) av joniserade partiklar från solen. Alltsedan, de två Voyagers har skickat tillbaka detaljer om hur vår heliosfär interagerar med vinden som strömmar i det interstellära rymden, utrymmet mellan stjärnorna.

Voyager-uppdragsfynden ger inte bara mänskligheten observationer av verkligt okänt territorium, men de hjälper oss att förstå själva naturen av energi och strålning i rymden – nyckelinformation för att skydda NASA:s uppdrag och astronauter även när de är närmare hemmet.

Missionsteammedlemmar kan nu preliminärt bekräfta att Voyager 2:s kosmiska strålinstrument fortfarande returnerar data, trots att det sjunkit till kyliga minus 74 grader Fahrenheit (minus 59 grader Celsius). Detta är lägre än de temperaturer vid vilka CRS testades för mer än 42 år sedan (ned till minus 49 grader Fahrenheit, eller minus 45 grader Celsius). Ett annat Voyager-instrument fortsatte också att fungera i flera år efter att det sjunkit under de temperaturer som det testades vid.

"Det är otroligt att Voyagers instrument har visat sig så tåliga, " sa Voyager Project Manager Suzanne Dodd, som är baserad på NASA:s Jet Propulsion Laboratory i Pasadena, Kalifornien. "Vi är stolta över att de har stått emot tidens tand. Rymdfarkostens långa livslängd innebär att vi hanterar scenarier som vi aldrig trodde att vi skulle stöta på. Vi kommer att fortsätta att utforska alla alternativ vi har för att behålla Voyagers gör bästa möjliga vetenskap."

Voyager 2 fortsätter att returnera data från fem instrument när den färdas genom det interstellära rymden. Förutom det kosmiska strålinstrumentet, som upptäcker snabbrörliga partiklar som kan komma från solen eller från källor utanför vårt solsystem, rymdfarkosten använder två instrument dedikerade till att studera plasma (en gas där atomer har joniserats och elektroner flyter fritt) och en magnetometer (som mäter magnetfält) för att förstå de glesa molnen av material i det interstellära rymden.

tar data från en rad olika riktningar, det lågenergiladdade partikelinstrumentet är särskilt användbart för att studera sondens övergång bort från vår heliosfär. Eftersom CRS bara kan titta i vissa fasta riktningar, Voyagers forskarteam bestämde sig för att stänga av CRS:s värmare först.

Voyager 1, som korsade in i det interstellära rymden i augusti 2012, fortsätter att samla in data från sitt kosmiska strålinstrument också, plus från ett plasmainstrument, magnetometern och det lågenergiladdade partikelinstrumentet.

Varför stänga av värmare?

Lanserades separat 1977, de två Voyagers är nu över 11 miljarder miles (18 miljarder kilometer) från solen och långt från dess värme. Ingenjörer måste noggrant kontrollera temperaturen på båda rymdfarkosterna för att hålla dem i drift. Till exempel, om bränsleledningar som driver drivmotorerna som håller rymdfarkosten orienterad skulle frysa, Voyagers antenner kan sluta peka mot jorden. Det skulle hindra ingenjörer från att skicka kommandon till rymdfarkosten eller ta emot vetenskapliga data. Så rymdfarkosterna var designade för att värma sig själva.

Men drift av värmare – och instrument – ​​kräver ström, som ständigt minskar på båda Voyagers.

Var och en av sonderna drivs av tre radioisotop termoelektriska generatorer, eller RTG, som producerar värme via det naturliga sönderfallet av plutonium-238 radioisotoper och omvandlar den värmen till elektrisk kraft. Eftersom värmeenergin hos plutoniumet i RTG:erna minskar och deras inre effektivitet minskar med tiden, varje rymdfarkost producerar cirka 4 färre watt elektrisk kraft varje år. Det betyder att generatorerna producerar cirka 40 % mindre än vad de gjorde vid lanseringen för nästan 42 år sedan, begränsa antalet system som kan köras på rymdfarkosten.

Uppdragets nya energihanteringsplan utforskar flera alternativ för att hantera den minskande strömförsörjningen på båda rymdfarkosterna, inklusive att stänga av ytterligare instrumentvärmare under de närmaste åren.

Vänd upp gamla jetpaket

En annan utmaning som ingenjörer har ställts inför är att hantera nedbrytningen av några av rymdskeppspropellerna, som avfyrar i små pulser, eller puffar, för att subtilt rotera rymdfarkosten. Detta blev ett problem 2017, när uppdragskontrollanter märkte att en uppsättning thrusters på Voyager 1 behövde avge fler bloss för att hålla rymdfarkostens antenn riktad mot jorden. För att se till att rymdfarkosten kunde fortsätta att hålla rätt orientering, teamet startade ytterligare en uppsättning propeller på Voyager 1 som inte hade använts på 37 år.

Voyager 2:s nuvarande thrusters har börjat försämras, för. Uppdragschefer har beslutat att göra samma propellomkopplare på den sonden denna månad. Voyager 2 använde senast dessa thrusters (kända som trajectory correction maneuver thrusters) under mötet med Neptunus 1989.

Många mil kvar innan de somnar

Ingenjörernas plan för att hantera kraft och åldrande delar bör säkerställa att Voyager 1 och 2 kan fortsätta att samla in data från interstellärt utrymme under flera år framöver. Data från Voyagers fortsätter att förse forskare med aldrig tidigare skådade observationer av vår gräns mot det interstellära rymden, som komplement till NASA:s Interstellar Boundary Explorer (IBEX), ett uppdrag som fjärravkänner den gränsen. NASA förbereder också Interstellar Mapping and Acceleration Probe (IMAP), kommer att lanseras 2024, att dra nytta av Voyagers observationer.

"Båda Voyager-sonderna utforskar regioner som aldrig tidigare besökts, så varje dag är en dag av upptäckt, " sa Voyager Project Scientist Ed Stone, som är baserad på Caltech. "Voyager kommer att fortsätta överraska oss med nya insikter om rymden."