Det er 45 år siden NASAs Voyager-romfartøy eksploderte fra jorden, men tvillingutforskerne ringer fortsatt hjem fra milliarder av miles unna.
“Vi gjør “Hei, er du OK?” ring en gang i uken,” sa Suzanne Dodd, prosjektleder for det langvarige oppdraget ved Jet Propulsion Laboratory i La Canada Flintridge.
Innsjekkingene gir Voyager 1 og Voyager 2 en sjanse til å dele sine eksakte plasseringer på den andre siden av heliosfæren, et fjernt område av solsystemet hvis magnetiske felt skjermer Jorden og de andre planetene mot galaktiske kosmiske stråler.
Det var under en av disse samtalene i mai at Voyager 1 sendte et forvirrende signal.
Data fra datamaskinen som kontrollerer orienteringen “kom tilbake i rotete biter, roterte enere og nuller,” sa Dodd. Og det fortsatte å se ut som vrøvl.
“Det er som om kontrollampen ble slått på,” la Bruce Waggoner til, en JPL-ingeniør som fører tilsyn med operasjonene til Voyager-oppdragene. “Vi kunne ikke isolere det til et bestemt område.”
Denne datamaskinen er kritisk fordi den holder Voyager 1s kommunikasjonsantenne rettet i jordens retning. Enhver funksjonsfeil eller tap av strøm vil kutte menneskehetens lengste telefonsamtale for alltid.
Voyager 1 er mer enn 14 milliarder miles fra jorden. Den ble skutt opp fra Kennedy Space Center i 1977, ankom Jupiter i 1979 og nådde Saturn i 1980. Og så fortsatte den bare.
I 1998 var det blitt det fjerneste menneskeskapte objektet, og flyr lenger fra solen enn romsonden Pioneer 10. Den forlot heliosfæren og kom inn i det interstellare rommet i 2012 (selv om forskerne ikke var i stand til å bekrefte dette før i 2013). Voyager 2 fulgte i 2018.
Bill Nye, administrerende direktør i Planetary Society, kalte de to romfartøyene “fortroppet av menneskelig intellekt og skatt”, og rangerte dem sammen med dekodingen av det menneskelige genomet og formuleringen av teorien om generell relativitet som fremste vitenskapelige prestasjoner.
“Det som er unikt med Voyager-oppdragene er hvor mye de har inspirert folk i et halvt århundre,” sa han.
Voyager 1 er nå så langt unna at det tar nesten 22 timer for overføringer fra fartøyet å nå Jorden – og reiser med lysets hastighet.
De er verdt å vente på. Sendingene inkluderer verdifulle vitenskapelige data om interstellare magnetiske felt, kosmiske stråler og plasmabølger.
Sendinger fra Voyagers mottas av Deep Space Network, en trio av kolossale radioantenner i Californias Mojave-ørken, Australia og Spania. De er spredt over hele kloden for å sikre at minst én av dem kan siktes mot ethvert punkt på himmelen.
Alle tre nettstedene har en 230 fots antenne bygget spesielt for å lytte til Voyagers. Jo lenger de går, jo vanskeligere er de å høre.
Voyagers radioer sender signaler på bare 23 watt. Når disse signalene når jorden, er de redusert til den svakeste av hvisking, bare en milliarddel av en watt.
Romfartøyene blir også svakere. Hvert år mister batteriene deres opptil 4 watt strøm på grunn av nedbrytningen av plutonium-238, radioisotopen som driver dem. (Solenergi er ikke et alternativ fordi solen er så langt unna.)
Overlevelse er en serie av avveininger. Hva kan ofres med en begrenset energikilde? Hva kan bevares?
Fra sine avsidesliggende steder danner de to Voyagers det perfekte laboratoriet – faktisk det eneste laboratoriet – for å studere grensesnittet mellom en stjerne og dens omgivelser.
“Det er veldig spennende for meg å kunne gå ut i det mediet og gjøre målinger og forstå hva som skjer der ute,” sa Bill Kurth, en heliofysiker ved University of Iowa som studerer interstellare plasmabølger. “Det hjelper oss å forstå hvordan miljøet rundt andre stjerner kan være.”
Men det er ikke lett. Signalene er så svake at selv de 230 fot lange antennene til Deep Space Network er for små til å høre dem. For å fange opp plasmabølgedataene hans, bruker Kurth dem sammen med tre 112 fots antenner, “og det er så vidt nok,” sa han.
Utfordringen legger til at nettverket også sjonglerer kommunikasjon med dusinvis av andre romfartøyer, Mars-rovere og nå James Webb-romteleskopet. Den kommuniserer med Voyagers bare i noen timer i strekk.
Dette er ikke optimalt siden Voyagers har begrenset kapasitet til å lagre målingene de gjør, og tvinger dem til å overføre dataene sine i en kontinuerlig strøm. Informasjon som er savnet kan fylles ut etter kontekst, som måten en baseballfan som bommet på noen få slag kan fortelle hva som skjedde basert på hvem som er på banen, poengsummen, antall outs og publikumsreaksjonen.
Alle samtaler med Voyagers er svake, periodiske og sakte. Hvis det var en nødsituasjon, sa Wagoner, “vi måtte sende en kommando, vente to dager eller mer, og så se hva det gjorde.”
Så når abnormiteter som den som startet i mai oppstår, må forskerne være ekstra oppmerksomme.
De første uregelmessige signalene antydet at noe hadde gått galt med datamaskinen for holdningskontroll som orienterer Voyager 1 i verdensrommet. Men teamet visste at datamaskinen faktisk gjorde jobben sin – hadde antennen blitt pekt i feil retning, ville Deep Space Network ha sett en degradering i signalstyrken.
Det er derfor Dodd ikke var så urolig over dette problemet. Likevel var det fortsatt høy prioritet å ordne opp.
Kanskje de høyenergiske galaktiske kosmiske strålene som Voyager 1 ikke lenger er beskyttet mot har slått atomer av halvlederbrikkene og påvirket elektronikken, sa Dodd. Eller kanskje det flere tiår gamle datasystemet feiler på grunn av forringelse over tid.
Etter flere måneder med etterforskning identifiserte JPL-teamet den skyldige denne uken: Voyager 1s holdningskontrollsystem begynte å sende overføringsdata gjennom en ødelagt datamaskin som forvansket dataene. Problemet ble løst ved å instruere romfartøyet til å gå tilbake til å bruke riktig datamaskin.
Hvorfor Voyager 1 byttet i utgangspunktet er fortsatt et mysterium, og det er verdt å løse siden det antyder at noe annet ikke er helt riktig ombord i romfartøyet.
Selv om dette problemet viser seg å være uvesentlig, er Dodd og hennes JPL-kolleger klar over ett problem som avslutter oppdraget som er uunngåelig – tap av makt. Det tvinger dem til å spille et eksternt spill for å overleve i det dype rommet.
“Det er en konstant spenning mellom instrumentkraft og termiske styringssystemer på Voyager,” sa Dodd.
Voyager 1s instrumentvarmere bruker mye energi, så i 2012 begynte forskere å slå av noen av dem for å spare strøm til kommunikasjon og andre kritiske systemer. Heldigvis fortsatte instrumentene å returnere data til tross for at de fungerte under mye kjøligere forhold enn de var designet for.
Over tid måtte misjonsforskere bli mer kreative. De slo av thrusterne som gjør ekstremt fine justeringer for å kontrollere antenneretningen i 2019 og brukte de mer energieffektive romfartøynavigasjonsthrusterne for å flytte hele sonden i stedet.
“Vi har vanskeligere beslutninger fremover,” sa Dodd. Individuelle vitenskapelige instrumenter må kanskje slås av og på, og operere noen få om gangen.
Voyager 2, som er 12 milliarder miles unna, står overfor de samme batteriproblemene. I 2020 stengte en feilsikker mekanisme utløst av to strømkrevende systemer som uventet opererte samtidig, alle vitenskapelige instrumenter i flere dager. (De fungerer bra nå.)
Dodd håper at romfartøyet vil fortsette å snakke med oss i fem år til. “Jeg vil ha den store festen på 50-tallet,” sa hun, et jubileum for oppdraget i 2027.
Det blir en tøff dag når linjen til den siste av Voyagers går død.
“Vi vil prøve alt vi kan for å finne ut hva som er galt,” sa JPL-planetforsker Linda Spilker, assisterende prosjektforsker for Voyager-oppdraget. “Men på et tidspunkt må vi bare innse, OK, kanskje noe virkelig gikk i stykker denne gangen.”
___
© 2022 Los Angeles Times Distributed by Tribune Content Agency, LLC