فوياجر 1 يتجاوز أحدث تحدياته للاستمرار في العمل على بعد أكثر من 15 مليار ميل

قام مهندسو ناسا باستعادة الاتصال مع فوياجر 1 بنجاح وتعمل المركبة الفضائية بشكل طبيعي بعد أن تسبب تضاؤل إمدادات الطاقة في انقطاع التيار الكهربائي عنها لمدة أسابيع.

بدأت المشكلة في أكتوبر عندما تحول المسبار المتقادم تلقائيًا عن جهاز الإرسال اللاسلكي الأساسي الخاص به على النطاق X وبدأ الاعتماد على جهاز إرسال لاسلكي أضعف بكثير على النطاق S للتواصل مع فريق مهمته على الأرض. وتستكشف فوياجر 1، وهي أبعد مركبة فضائية عن الأرض، حالياً منطقة مجهولة تبعد حوالي 15.4 مليار ميل (24.9 مليار كيلومتر).

أجرى المسبار عملية تبديل جهاز الإرسال بشكل مستقل عندما قرر جهاز الكمبيوتر الخاص به أن فوياجر 1 لديه طاقة قليلة جداً بعد أن أرسل فريق المهمة أمراً بتشغيل أحد أجهزة التدفئة الخاصة به.

وقد منع هذا التغيير غير المتوقع المهندسين من تلقي معلومات عن حالة فوياجر 1، بالإضافة إلى البيانات العلمية التي جمعتها أجهزة المركبة الفضائية لمدة شهر تقريباً.

وبعد بعض الحلول الذكية للمشاكل، تمكّن الفريق من إعادة تشغيل جهاز الإرسال اللاسلكي في فوياجر 1 إلى جهاز الإرسال اللاسلكي على النطاق X واستقبال تدفق البيانات اليومية مرة أخرى ابتداءً من منتصف نوفمبر.

"وقال كريم بدار الدين، مدير مهمة فوياجر في مختبر الدفع النفاث التابع لناسا في باسادينا بكاليفورنيا، في رسالة بالبريد الإلكتروني: "لم يتم تصميم المسبارين ليتم تشغيلهما بهذه الطريقة أبداً، ويتعلم الفريق أشياء جديدة يوماً بعد يوم. "لحسن الحظ أنهم تمكنوا من التعافي من هذه المشكلة وتعلموا بعض الأشياء."

ولكن هذا ليس سوى واحد من التحديات العديدة التي واجهها فريق المهمة في السنوات الأخيرة مع استمرار فوياجر 1، ومسباره التوأم فوياجر 2، في تحدي الصعاب واستكشاف الفضاء بعد أكثر من 47 عاماً من انطلاقهما.

انخفاض الطاقة، حلول مبتكرة

لقد صمد المسباران، اللذان أُطلقا بفارق أسابيع عن بعضهما البعض في عام 1977، لفترة طويلة بعد أن تجاوزا مهمتهما الأصلية، حيث صُمما للتحليق حول أكبر الكواكب في نظامنا الشمسي على مدار أربع سنوات.

والآن، أصبحا في الفضاء بين النجوم والمركبة الفضائية الوحيدة التي تعمل خارج الغلاف الشمسي، وهي فقاعة الشمس من المجالات المغناطيسية والجسيمات التي تمتد إلى ما وراء مدار بلوتو.

تعمل كلتا المركبتين الفضائيتين بالحرارة الناتجة عن اضمحلال البلوتونيوم الذي يتم تحويله إلى كهرباء. كل عام، يفقد المسباران حوالي 4 واط من الطاقة، وفقاً لوكالة ناسا. وهذا يعادل مصباح صغير موفر للطاقة.

وقال بدر الدين: "لقد عرفنا أن الطاقة تنفد (على متن) المسبارين لبعض الوقت". "هذا العام أجبر ذلك البعثة على إيقاف تشغيل جهاز علمي على متن فوياجر 2. لكن هذين المسبارين استمرا لفترة أطول بكثير مما توقعه أي شخص، ومن المدهش أننا نستخرج كل جزء من الطاقة (والعلوم!) منهما."

بدأ فريق المهمة بإيقاف تشغيل أي أنظمة لم تكن ضرورية لتحليق المسبارين منذ حوالي خمس سنوات. وشملت بعض هذه الأنظمة أجهزة التدفئة المصممة للحفاظ على عمل الأجهزة العلمية في درجة الحرارة الصحيحة.

ولكن ما أثار دهشتهم هو أن جميع الأجهزة استمرت في العمل، حتى في درجات حرارة أقل من تلك التي تم اختبارها فيها قبل عقود.

من حين لآخر، يرسل المهندسون من حين لآخر أوامر إلى فوياجر 1 لتشغيل بعض السخانات وتدفئة المكونات التي تعرضت لأضرار إشعاعية على مدى عقود، حسبما قال بروس واغونر، مدير ضمان مهمة فوياجر لشبكة CNN في نوفمبر/تشرين الثاني. وقال إن الحرارة يمكن أن تساعد في عكس الضرر الإشعاعي، الذي يؤدي إلى تدهور أداء مكونات المركبة الفضائية.

لكن الأمر الذي تم إرساله إلى السخان في 16 أكتوبر/تشرين الأول أدى إلى تشغيل نظام الحماية من الأعطال الذاتي للمركبة الفضائية. إذا استهلكت المركبة الفضائية طاقة أكثر مما ينبغي، يقوم نظام الحماية من الأعطال تلقائياً بإيقاف تشغيل الأنظمة غير الضرورية للحفاظ على الطاقة. اكتشف الفريق المشكلة الأخيرة عندما لم يتمكن من اكتشاف إشارة استجابة من المركبة الفضائية في 18 أكتوبر/تشرين الأول.

ونظراً لأن مسبار فوياجر قد أوقف بالفعل جميع أنظمته غير الأساسية باستثناء الأجهزة العلمية، فقد أوقف نظام الحماية من الأعطال جهاز الإرسال على النطاق إكس وتحول إلى جهاز الإرسال على النطاق إس لأن الأخير يستخدم طاقة أقل.

كانت فوياجر 1 تستخدم جهاز الإرسال على النطاق X منذ عقود، لكن لم يتم استخدام النطاق S منذ عام 1981 لأن إشارته أخفت بكثير من إشارة النطاق X. كان على الفريق البحث عن إشارة النطاق S الخافتة قبل أن يتمكنوا من استعادة الاتصال الموثوق به مع المركبة الفضائية.

أمر فريق المهمة بنجاح فوياجر 1 بالعودة إلى جهاز الإرسال على النطاق إكس في 7 نوفمبر/تشرين الثاني وبدأوا في جمع البيانات العلمية في الأسبوع الذي بدأ في 18 نوفمبر/تشرين الثاني، وهم يعملون بنشاط على إعادة ضبط النظام المستخدم لمزامنة أجهزة الكمبيوتر الثلاثة الخاصة بفوياجر. هذه إحدى المهام الأخيرة للتأكد من عودة فوياجر إلى ما كانت عليه قبل مشكلة جهاز الإرسال.

إن تبديل جهاز الإرسال هذا هو مجرد واحد من عدة اختراقات مبتكرة استخدمتها ناسا للتغلب على تحديات الاتصال في المهمة التي استمرت طويلاً هذا العام، بما في ذلك تشغيل أجهزة الدفع القديمة لإبقاء هوائي فوياجر 1 موجهاً نحو الأرض والتوصل إلى حل لخلل في الكمبيوتر أدى إلى إيقاف تدفق البيانات العلمية للمسبار إلى الأرض لعدة أشهر.

إبقاء مسابير فوياجر متصلة بالإنترنت

لدى فريق فوياجر نماذج حاسوبية تساعدهم على التنبؤ بكمية الطاقة التي من المتوقع أن تستخدمها سخانات المركبة الفضائية وأجهزتها. لكن حقيقة أن تشغيل أحد السخانات أدى إلى تشغيل نظام الحماية من الأعطال هو إشارة للفريق بأن مستقبل المسبار غير مؤكد أكثر مما كانوا يدركون.

قال بدار الدين: "هذا يعني أن النموذج الافتراضي الذي يستخدمه الفريق لحساب مقدار الطاقة المتاحة (وبالتالي عدد الأنظمة/الأجهزة التي يمكن تشغيلها) به شكوك و/أو غير مكتمل على المستوى الذي تعمل به البعثة حالياً، والذي غالباً ما ينطوي على هامش أقل من واط واحد". "اعتاد الفريق أن يكون هناك خزان صغير من الطاقة متاح لمثل هذه الحالات، ولكن في وقت سابق من هذا العام اختار الفريق استخدام هذا الخزان للحفاظ على استمرار عمل الأجهزة العلمية لفترة أطول."

بدأ مسبارا فوياجر ب 10 أجهزة علمية لكل منهما. تم إيقاف تشغيل بعض الأدوات في فوياجر 1 في عام 1990 للحفاظ على الطاقة لأن تلك الأدوات لم تعد هناك حاجة إليها بعد أن أكملت المركبة الفضائية تحليقها حول المشتري وزحل.

والآن، تعمل أربعة أجهزة فقط على كل مركبة فضائية، وتستخدم لدراسة الغاز المشحون المسمى بالبلازما والمجالات المغناطيسية والجسيمات في الفضاء بين النجوم، ومسبارا فوياجر هما المركبتان الفضائيتان الوحيدتان اللتان تدرسان هذه المنطقة المجهولة.

يرسل فوياجر 1 وتوأمه البيانات العلمية باستمرار من خلال شبكة الفضاء السحيق، وهي نظام من الهوائيات اللاسلكية على الأرض، حيث تعود حوالي ست إلى ثماني ساعات من اكتشافات المسبارين كل يوم. لا يتم تخزين البيانات على متن المسبارين، لذا فإن أي شيء أرسله فوياجر 1 إلى الوطن أثناء مشكلة جهاز الإرسال قد فُقد.

"وقال بدر الدين: "ومع ذلك، فإن العلم الذي يقوم به فوياجر الآن يتعلق حقاً بالصورة الكبيرة والملاحظات طويلة الأجل، لذا فإن الفريق ليس قلقاً للغاية بشأن هذا الانقطاع. "المشكلة الأكبر هي إلى متى يمكننا الحفاظ على استمرار عمل الأجهزة العلمية بالطاقة الحالية المتاحة."