46 Jahre im Weltraum forderten ihren Tribut von der NASA-Zwillingsraumsonde Voyager. Ihre veralteten Computer machen manchmal rätselhafte Dinge, ihre Triebwerke nutzen sich ab und ihre Treibstoffleitungen verstopfen. Etwa die Hälfte ihrer wissenschaftlichen Instrumente liefert keine Daten mehr und ihre Leistung nimmt ab.
Dennoch unternimmt das schlanke Team aus Ingenieuren und Wissenschaftlern, die am Voyager-Programm im Jet Propulsion Laboratory der NASA arbeiten, Schritte, um den einzigen beiden Raumschiffen, die im interstellaren Raum fliegen, dem riesigen Volumen verdünnten Gases außerhalb des Einflusses der Erde, jegliches Leben auszurotten Der Sonnenwind der Sonne.
„Das sind Maßnahmen, die wir ergreifen wollen, um die Lebensdauer der Mission zu verlängern“, sagte Suzanne Dodd, Voyager-Projektmanagerin am JPL, in einem Interview mit Ars.
Die Instrumente der Voyager untersuchen kosmische Vorgänge, das Magnetfeld und die Plasmaumgebung im interstellaren Raum. Sie machen keine Fotos mehr. Beide Sonden sind über die Heliopause hinaus gereist, wo der von der Sonne ausgehende Teilchenstrom in das interstellare Medium mündet.
„Diese beiden Raumschiffe sind immer noch in Betrieb und liefern immer noch einzigartig wertvolle wissenschaftliche Daten, und jeder zusätzliche Tag, an dem wir Daten zurückbekommen, ist ein Segen“, sagte Dodd.
Aber Raumfahrzeugingenieure lieben Redundanz, können sich aber auf den Voyagers nicht mehr den Luxus von Backups leisten. Das bedeutet, dass in einem bestimmten Abschnitt des Raumfahrzeugs der Ausfall eines einzelnen Teils die Mission zum Stillstand bringen könnte.
„Alles auf beiden Raumschiffen ist einsträngig“, sagte Dodd. „Es gibt keine Backup-Funktionen mehr. In einigen Fällen haben wir Geräte ausgeschaltet, um Strom zu sparen, nur um die Instrumente eingeschaltet zu lassen.“
Problemlösung aus mehr als 12 Milliarden Meilen Entfernung
Am Wochenende planten die Bodenkontrolleure am JPL, einen Software-Patch auf Voyager 2 zu übertragen. Es handelt sich um einen Test, bevor das Bodenteam denselben Patch an Voyager 1 sendet, um ein Problem mit einem seiner Bordcomputer zu beheben. Dieses Problem trat erstmals im Jahr 2022 auf, als Ingenieure bemerkten, dass der Computer, der für die Ausrichtung der Raumsonde Voyager 1 verantwortlich war, verstümmelte Statusberichte sendete, obwohl er ansonsten normal funktionierte. Laut NASA stellte sich heraus, dass der Computer irgendwie in einen falschen Modus gewechselt war.
Die Manager wollten den Patch auf Voyager 2 ausprobieren, bevor sie ihn auf Voyager 1 übertragen, die weiter von der Erde entfernt und tiefer in den interstellaren Raum fliegt. Das macht Beobachtungen der Umgebung um Voyager 1 für Wissenschaftler wertvoller.
Gleichzeitig haben Ingenieure ein neues System zur Steuerung der Triebwerke beider Voyager-Raumschiffe entwickelt. Diese kleinen, autonom abgefeuerten Raketentriebwerke sind notwendig, um die Hauptantenne jeder Sonde auf die Erde zu richten. In den schmalen Leitungen, die den Triebwerken Hydrazin-Treibstoff zuführen, sammeln sich Treibstoffreste an. Die NASA sagt, dass die Anhäufung in einigen Linien „erheblich wird“, weshalb Ingenieure in den letzten Wochen neue Befehle an die Raumsonde gesendet haben, um den Sonden zu ermöglichen, sich etwas weiter in jede Richtung zu drehen, bevor sie die Triebwerke abfeuern.
Dies führt dazu, dass das Raumschiff weniger und längere Zündungen ausführt, was jeweils zu einer Vergrößerung der Rückstände in den Treibstoffleitungen führt. Der Nachteil dieser Änderung besteht darin, dass zur Erde zurückgesendete wissenschaftliche Daten gelegentlich verloren gehen könnten, aber im Laufe der Zeit kam das Bodenteam zu dem Schluss, dass der Plan es den Voyagern ermöglichen würde, im Laufe der Zeit mehr Daten zurückzugeben, sagte die NASA.
Mit diesen Schritten gehen die Ingenieure davon aus, dass die Treibstoffeinlassrohre noch mindestens fünf Jahre und „möglicherweise noch viel länger“ vollständig verstopft sein werden, so die NASA. Es gibt noch andere Dinge, die Ingenieure versuchen könnten, um die Lebensdauer der Triebwerke weiter zu verlängern.
„So weit in der Mission steht das Ingenieurteam vor vielen Herausforderungen, für die wir einfach kein Spielbuch haben“, sagte Linda Spilker, Voyager-Projektwissenschaftlerin am JPL, in einer Erklärung. „Aber sie finden weiterhin kreative Lösungen.“
Eine Hochleistungs-Kommunikationsantenne mit einem Durchmesser von 12 Fuß (3,7 Meter) ist eines der größten Merkmale der Raumsonde Voyager. NASA/JPL-Caltech
Dodd sagte gegenüber Ars, dass das Triebwerksproblem wahrscheinlich das schwerwiegendste Problem sei, mit dem die Voyager-Raumsonde konfrontiert sei. Im Jahr 2017 begannen Ingenieure damit, die Voyager-Sonden auf einen Ersatzsatz von Triebwerken umzustellen, nachdem ihre primären Raketentriebwerke Anzeichen einer Verschlechterung zeigten. Beide Voyager sind jetzt voll auf Notantrieb, um ihre Ausrichtung zu steuern, haben aber noch reichlich Treibstoff für weitere 10 bis 15 Jahre.
Die Voyager-Sonden starteten 1977 im Abstand von zwei Wochen und verließen das Sonnensystem auf unterschiedlichen Routen. Voyager 1 flog an Jupiter und Saturn vorbei und nahm dann eine schnellere Flugbahn in den interstellaren Raum, während Voyager 2 auf seiner Hinreise auf Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun traf.
Beide Raumschiffe werden mit Atombatterien betrieben, die die Wärme des zerfallenden Plutoniums in Elektrizität umwandeln. Sie erzeugen jedes Jahr etwas weniger Strom – laut Dodd ein Rückgang von etwa 4 Watt pro Jahr – und werden letztendlich nicht mehr genug Strom für kritische Raumfahrzeugsysteme produzieren. Gegen Ende dieses Jahrzehnts rechnen die Behörden mit einem Szenario, in dem sie die wissenschaftlichen Instrumente der Voyager nacheinander ausschalten müssen.
Aber insgesamt ist die Stromversorgungssituation stabil und vorhersehbar. Anfang des Jahres haben Ingenieure einen Spannungsregler an Voyager 2 umgangen, damit das Raumschiff mehr Strom beziehen kann. Die Entscheidung bedeutet, dass die Bodenkontrolleure eines der fünf verbleibenden wissenschaftlichen Instrumente von Voyager 2 erst im Jahr 2026 abschalten müssen, nachdem zuvor damit gerechnet wurde, eines der Instrumente in diesem Jahr zu deaktivieren. Dodd sagte, Bodenteams würden dasselbe mit Voyager 1 tun, das nur über vier aktive Instrumente verfügt und daher weniger Strom verbraucht.
Wenn man nur die Energiesituation betrachtet, dürften die Voyager bis 2030 und vielleicht etwas länger durchhalten, bevor der Zerfall der Plutonium-Energiequelle die NASA dazu zwingt, alle ihre wissenschaftlichen Instrumente abzuschalten.
„Der Sender benötigt etwa 200 Watt Leistung. Sobald wir also diese Leistung erreicht haben, ist die Mission beendet“, sagte Dodd.
Selbst wenn sie nicht mehr funktionieren, werden die Voyager der NASA weiter zu den Sternen fliegen.
„Viele Dinge könnten kaputt gehen, bevor uns der Strom ausgeht“, sagte sie zu Ars. „So wie dieses Problem mit dem Triebwerk aufgetaucht ist, gibt es noch viele andere Probleme, die auftauchen und dazu führen können, dass eine Mission scheitert.“
Aufgrund ihrer Entfernungen können die Voyager nur über die größten 70-Meter-Antennen im Deep Space Network der NASA kommunizieren oder indem sie mehrere kleinere Antennen zusammenstellen, um die schwachen Signale der Raumsonde zu erkennen. Voyager 1 befindet sich derzeit mehr als 24 Milliarden Kilometer von der Erde entfernt, etwa viermal so groß wie die durchschnittliche Entfernung von Pluto. Voyager 2 ist ein paar Milliarden Meilen näher.
Die NASA nehme immer noch täglich Kontakt mit den Voyagers auf, sagte Dodd. Aber alles wird mit einem kleinen Team von etwa einem Dutzend „Vollzeitäquivalenten“-Mitarbeitern erledigt, und nur etwa die Hälfte davon widmet sich voll und ganz dem Voyager-Programm. Die anderen teilen ihre Zeit mit anderen NASA-Projekten.
Mit 46 Jahren im Weltraum sind die Voyager die langlebigste Mission der NASA, und die Tatsache, dass sie diese Langlebigkeit bei der Erforschung der äußersten Grenze des Sonnensystems erreicht haben, macht ihre Erfolge umso beeindruckender.
„Sie haben viele Probleme überwunden, und die Ingenieure waren bei der Überwindung dieser Probleme sehr geschickt“, sagte Dodd. „Ich denke, der Fokus liegt jetzt darauf, 50 zu erreichen und die größtmögliche Party zu veranstalten.“