Źródło zdjęcia: NASA
Głęboka przestrzeń jest zimna. Bardzo zimno. To jest problem - zwłaszcza jeśli lecisz starym statkiem kosmicznym. A twoje zasilacze zanikają. A przewody paliwowe mogą zamarznąć w dowolnym momencie. A tak przy okazji, musisz latać jeszcze przez trzynaście lat.
Brzmi jak thriller science fiction, ale tak naprawdę dzieje się to w przypadku statku kosmicznego Ulysses NASA / Europejskiej Agencji Kosmicznej.
Ulysses został wydany w 1990 roku podczas pięcioletniej misji badania słońca. Statek zebrał nowe dane na temat prędkości i kierunku wiatru słonecznego. Odkrył trójwymiarowy kształt pola magnetycznego Słońca. Nagrywały rozbłyski słoneczne na Słońcu i rozbłyski super-słoneczne z odległych gwiazd neutronowych. Ulisses przeleciał nawet przez ogon komety Hyakutake, nieoczekiwane spotkanie, które zachwyciło astronomów.
Misja miała zakończyć się w 1995 roku, ale Ulissesowi udało się odejść. NASA i ESA przyznały trzy rozszerzenia, ostatnio w lutym 2004 r. Ulysses ma kontynuować działalność do 2008 r., Trzynaście lat dłużej niż pierwotnie planowano.
Dalszą misją Ulyssesa, podobnie jak poprzednio, jest badanie słońca. Ale w tej chwili Ulisses jest daleki od naszej gwiazdy. Ma spotkanie z Jowiszem, badając gigantyczną planetę i jej pole magnetyczne. Światło słoneczne tam jest 25 razy mniej intensywne niż to, czego doświadczamy na Ziemi, a Ulisses jest niebezpiecznie zimno.
W latach 80. XX wieku, kiedy Ulisses był jeszcze na Ziemi i był montowany, planiści misji wiedzieli, że statek kosmiczny będzie musiał znieść pewne niskie temperatury. Umieścili więc na pokładzie dziesiątki grzejników, wszystkie zasilane przez generator termoelektryczny radioizotopowy lub „RTG”. Grzejniki te zapewniły Ulyssesowi ciepło.
Ale jest problem: RTG zanika.
„Moc wyjściowa RTG spada od momentu wystrzelenia statku kosmicznego”, mówi Nigel Angold, menedżer operacji kosmicznych Ulysses ESA w JPL. Energia RTG naturalnie zanika w miarę zanikania źródła promieniotwórczego. Tak jak się spodziewaliśmy. Planiści nie spodziewali się 13 lat dodatkowych operacji.
„Kiedy Ulysses został wydany w 1990 roku, RTG wyprodukowało 285 watów. Teraz spada do 207 watów - ledwo wystarczającej mocy, aby jednocześnie obsługiwać instrumenty naukowe i grzejniki ”- zauważa Angold.
Wewnątrz Ulissesa temperatura zmienia się w zależności od miejsca. „Wiele instrumentów naukowych jest już poniżej zera (0 ° C)”, mówi inżynier termiczny Ulysses, Fernando Castro. „To w porządku, ponieważ mogą działać w niskiej temperaturze”. Ale przewody paliwowe to inna sprawa. Unosi się około 3 stopni powyżej zera, „a jeśli zamarzną, mamy kłopoty”.
Przewody paliwowe mają kluczowe znaczenie dla misji. Dostarczają hydrazynowy gaz pędny do ośmiu silników odrzutowych statku. Co tydzień kontrolery naziemne odpalają silniki odrzutowe, aby antena radiowa Ulyssesa była skierowana w stronę Ziemi. Pędniki nie będą działać, jeśli hydrazyna zamarznie. Brak pędników oznacza brak komunikacji. Misja zostanie utracona.
Około osiem metrów linii paliwowej wije się przez statek kosmiczny. Każdy zwrot jest możliwym zimnym miejscem, miejscem, w którym hydrazyna może zacząć się zestalać. „Jeśli hydrazyna zamarznie gdziekolwiek, nie wiem, czy możemy ją bezpiecznie ponownie rozmrozić”, martwi się Castro. Gdy hydrazyna topnieje, rozszerza się, prawdopodobnie na tyle, aby zerwać przewody paliwowe. Pędnik Ulissesa bezskutecznie rozpłynąłby się w kosmosie.
Temperatura w dowolnym punkcie wzdłuż linii paliwowych jest oszałamiająco wrażliwa na to, co dzieje się gdzie indziej w statku kosmicznym. Włączenie instrumentu naukowego „tutaj” może spowodować chłód „tam”, ponieważ odbiera energię z jednego z grzejników. Odpalanie pędnika, odtwarzanie lub nagrywanie danych: prawie wszystko może zaburzyć delikatny bilans cieplny Ulyssesa.
Powyżej: skomplikowane wnętrze Ulissesa. Ciemne bloki to instrumenty naukowe i inne urządzenia. Przewody paliwowe oznaczone czerwonymi, niebieskim i zielonymi prowadzą z centralnego zbiornika hydrazyny do silników odrzutowych. Kliknij tutaj, aby wyświetlić obszary najbardziej narażone na zamrożenie.
Nawet zwykły akt wysłania statku kosmicznego wiadomość może powodować problemy. Inżynier ds. Systemów, Andy McGarry, wspomina: „W zeszłym miesiącu wysyłaliśmy nowe polecenia do Ulissesa, gdy temperatura zaczęła spadać, nawet o 0,8 ° C w pobliżu przewodów paliwowych. Byliśmy o niecały stopień od punktu zamarzania hydrazyny - zbyt blisko, by czuć się komfortowo. ”
Inżynierowie szybko odkryli problem. „Wszystkie narzędzia naukowe Ulyssesa zostały aktywowane do badania Jowisza”, wyjaśnia McGarry, „i to było nadwyrężeniem RTG do granic możliwości”. Ulisses miałby problem z obsługą jeszcze jednego urządzenia. Ale kiedy przybył sygnał z Ziemi, automatycznie włączyło się inne urządzenie: dekoder, który przekształca sygnały radiowe w strumień binarnych zer i zer rozumianych przez komputery Ulyssesa. „Dekoder kradł energię z grzejników”.
Od tego czasu kontrolerzy naziemni nauczyli się utrzymywać krótkie transmisje do Ulissesa, aby temperatura nie spadła bardzo daleko.
Ulisses zaraz odwróci się od Jowisza i wróci na słońce. W końcu ogrzewanie słoneczne utrzyma ciepło hydrazyny, a grzejniki na pokładzie można wyłączyć, „ale stanie się to dopiero w 2007 r.”, Mówi Angold. Tymczasem inżynierowie z JPL stale obserwują statek kosmiczny.
Naukowiec misji Steve Suess z NASA Marshall Space Flight Center uważa, że warto. „Ta rozszerzona misja daje nam szansę dowiedzieć się znacznie więcej o słońcu.” Szczególnie interesujące jest minimum słoneczne. Wyjaśnia, że aktywność słoneczna rośnie i maleje co 11 lat. Ulisses badał fazę spokoju Słońca, minimum słoneczne, w latach 1994-1995. Teraz Ulisses robi to ponownie. „Następne minimum solarne ma się odbyć około roku 2006”, mówi Suess, „ale nie będzie już takie samo jak wcześniej”. W 2001 roku pole magnetyczne Słońca odwróciło się. Biegun północny przesunął się na południe i odwrotnie. Z magnetycznego punktu widzenia słońce jest teraz do góry nogami. Jak to wpłynie na minimum słoneczne?
Być może Ulisses się dowie? jeśli najpierw nie zamarznie na śmierć.
Oryginalne źródło: NASA Science Story
