فوياجر 1 تتخطى التحديات للحفاظ على الاتصال

تشغيل محركات مركبة فويجر 1 الفضائية بعد عقود

نجح المهندسون في وكالة ناسا في تشغيل مجموعة من الدافعات التي لم تستخدمها فوياجر 1 منذ عقود لحل مشكلة قد تمنع المركبة الفضائية التي يبلغ عمرها 47 عاماً من التواصل مع الأرض من على بعد مليارات الأميال.

تاريخ انطلاق فوياجر 1 ومهمتها الطويلة

عندما انطلقت المركبة فوياجر 1 إلى الفضاء في 5 سبتمبر 1977، لم يتوقع أحد أن المسبار لا يزال يعمل حتى اليوم.

التحديات التي واجهت فوياجر 1 بسبب التقادم

ونتيجة لمهمته التي استمرت لفترة طويلة بشكل استثنائي، واجه فوياجر 1 مشاكل مع تقادم أجزائه في المناطق الخارجية الباردة خارج نظامنا الشمسي. وعندما تظهر أي مشكلة، يتعين على المهندسين في مختبر الدفع النفاث التابع لناسا في باسادينا، كاليفورنيا، أن يبدعوا في التعامل مع أي تغييرات تطرأ على المركبة الفضائية.

تبعد فوياجر 1، وهي حالياً أبعد مركبة فضائية عن الأرض، حوالي 15 مليار ميل (24 مليار كيلومتر). يعمل المسبار خارج الغلاف الشمسي - فقاعة الشمس من المجالات المغناطيسية والجسيمات التي تمتد إلى ما وراء مدار بلوتو - حيث تقوم أجهزته بأخذ عينات مباشرة من الفضاء بين النجوم.

مشكلة انسداد أنبوب الوقود وتأثيرها على التواصل

في وقت سابق من هذا العام، اكتشف المهندسون مشكلة عندما أصبح أنبوب الوقود داخل أحد دفعي فوياجر مسدوداً. إذا كانت الدافعات مسدودة، فإنها لا تستطيع توليد نفس القدر من القوة للحفاظ على ثبات المركبة الفضائية. تحافظ دافعات فوياجر على توجيه المركبة الفضائية بطريقة تمكنها من التواصل مع الأرض.

إذا لم يتم وضع فوياجر 1 بطريقة تجعل هوائيها موجهاً نحو الأرض، فلن تتمكن المركبة الفضائية من "سماع" الأوامر من مركز التحكم في المهمة أو إرسال البيانات، وفقاً لكالا كوفيلد، أخصائية العلاقات الإعلامية في مختبر الدفع النفاث.

وقالت: "إذا تعطلت الدافعات التي تُبقي الهوائي موجهاً نحو الأرض، فستكون هذه نهاية المهمة".

مشكلات سابقة في أجهزة الدفع لفوياجر 1

أدرك الفريق أنه سيتعين عليه إرسال الأوامر إلى المركبة الفضائية للتبديل إلى مجموعة أخرى من أجهزة الدفع، لكن الإصلاح لن يكون بسيطاً.

التبديل بين مجموعات أجهزة الدفع

ليست هذه هي المرة الأولى التي احتاجت فيها فوياجر 1 إلى التبديل إلى مجموعة أخرى من أجهزة الدفع في العقود الأخيرة. لحسن الحظ، تحتوي المركبة الفضائية على ثلاث مجموعات من أجهزة الدفع: مجموعتان من أجهزة الدفع الخاصة بدفع الموقف ومجموعة واحدة مخصصة لمناورات تصحيح المسار.

واستخدمت فوياجر 1 الدافعات لأغراض متنوعة أثناء تحليقها بالقرب من كواكب مثل المشتري وزحل في عامي 1979 و 1980 على التوالي.

والآن، تسافر المركبة الفضائية في مسار غير متغير بعيداً عن نظامنا الشمسي، لذا فهي تحتاج فقط إلى مجموعة واحدة من الدافعات للمساعدة في إبقاء هوائيتها موجهة نحو الأرض. ولتغذية صواريخ الدفع، يتم تحويل الهيدرازين السائل إلى غاز وإطلاقه في حوالي 40 نفخة قصيرة يومياً للحفاظ على توجيه فوياجر 1 بشكل صحيح.

تأثير انسداد أنبوب الوقود على الأداء

وبمرور الوقت، اكتشف المهندسون أن أنبوب الوقود داخل الدافعات يمكن أن يصبح مسدوداً بثاني أكسيد السيليكون، وهو منتج ثانوي لتقادم الغشاء المطاطي لخزان الوقود. ومع انسداد أجهزة الدفع، فإنها تولد قوة أقل.

في عام 2002، أمر الفريق المركبة "فوياجر 1" بالتبديل إلى المجموعة الثانية من دافعات الدفع عندما ظهرت علامات الانسداد على المجموعة الأولى. وقد قام المهندسون بالتبديل مرة أخرى إلى مجموعة دافعات تصحيح المسار في عام 2018 عندما ظهرت المجموعة الثانية مسدودة أيضاً.

ولكن عندما قام الفريق مؤخراً بفحص حالة أجهزة دفع تصحيح المسار في فوياجر كانت مسدودة أكثر من المجموعتين السابقتين من أجهزة الدفع.

التحديات التي واجهت الفريق الهندسي

عندما قام الفريق في البداية بتحويل فوياجر إلى أجهزة دفع تصحيح المسار قبل ست سنوات، كانت فتحة الأنبوب بعرض 0.01 بوصة (0.25 ملليمتر). ولكن الآن، أدى الانسداد إلى تقليصها إلى 0.0015 بوصة (0.035 مليمتر) - أي نصف عرض شعرة الإنسان، وفقاً لوكالة ناسا.

لقد حان الوقت للدوران مرة أخرى إلى مجموعة أخرى من دافعات الدفع الموضعي.

إجراء المبادلة الصعبة لأجهزة الدفع

مع تقدم فوياجر 1 ومسبارها التوأم، فوياجر 2، في العمر، قام فريق المهمة بإيقاف تشغيل الأنظمة غير الأساسية في كلتا المركبتين الفضائيتين ببطء للحفاظ على الطاقة، بما في ذلك السخانات. ونتيجة لذلك، أصبحت المكونات الموجودة على فوياجر 1 أكثر برودة الآن، وأدرك الفريق أنه لا يمكنه إرسال أمر إلى فوياجر 1 للتبديل الفوري إلى أحد دافعات الدفع في الوضع دون القيام بشيء ما لتدفئتها.

لكن فوياجر 1 لا تملك طاقة كافية لإعادة تشغيل أي من أجهزة التدفئة دون إطفاء شيء آخر، كما أن أجهزتها العلمية قيّمة جداً بحيث لا يمكن إغلاقها في حال لم تعد للعمل، كما قال الفريق.

استراتيجيات الحفاظ على الطاقة في فوياجر 1

بعد العودة إلى لوحة الرسم، أدرك الفريق أن بإمكانه إطفاء إحدى السخانات الرئيسية للمركبة الفضائية لمدة ساعة تقريباً، مما سيمكن المهندسين من تشغيل سخانات الدفع وإجراء التبديل بأمان.

ونجحت هذه الخطة، وبحلول 27 أغسطس، عادت فوياجر 1 إلى الاعتماد على إحدى مجموعات الدفع الأصلية للبقاء على اتصال بالأرض.

الخطوات التي اتخذها الفريق لإعادة التشغيل

وقال تود باربر، مهندس الدفع في فوياجر تود باربر، إن الفريق اتخذ خطوات لاستخدام أجهزة الدفع بشكل أقل، ويتوقع أن يحصل على سنتين إلى ثلاث سنوات أخرى من المجموعة الأصلية.

وبمجرد أن تستنفد المركبة الفضائية مجموعة الدفع هذه، فإن الخيار المتبقي لفوياجر 1 هو المجموعة الأخرى من أجهزة دفع الدفع المسدودة بالفعل.

التوقعات المستقبلية لمهمة فوياجر 1

وقالت سوزان دود، مديرة مشروع فوياجر في بيان لها: "إن جميع القرارات التي سيتعين علينا اتخاذها في المستقبل ستتطلب المزيد من التحليل والحذر أكثر مما كانت عليه من قبل".

التحديات المستقبلية وقرارات الفريق

وقالت باربر إن فوياجر 2 قد مرّت أيضًا بمراحل تبديل محركات الدفع في عامي 1999 و 2019، و"الوضع هناك أقل سوءًا". قطعت فوياجر 2 أكثر من 12 مليار ميل (20 مليار كيلومتر) من الأرض.

أهمية المعلومات المستخلصة من فوياجر 1 و2

وتساعد المعلومات التي جمعها هذان المسباران اللذان عمرا طويلاً العلماء على معرفة شكل الغلاف الشمسي الشبيه بالمذنبات وكيفية حمايته للأرض من الجسيمات والإشعاع النشط في الفضاء بين النجوم.