Avec une planification minutieuse et des pincées de créativité, Les ingénieurs ont pu faire voler les vaisseaux spatiaux Voyager 1 et 2 de la NASA pendant près de 42 ans, plus longtemps que tout autre vaisseau spatial de l'histoire. Pour s'assurer que ces robots vintage continuent de renvoyer les meilleures données scientifiques possibles des frontières de l'espace, les ingénieurs de mission mettent en œuvre un nouveau plan pour les gérer. Et cela implique de faire des choix difficiles, en particulier sur les instruments et les propulseurs.

Un problème clé est que les deux Voyagers, lancé en 1977, ont de moins en moins d'énergie disponible au fil du temps pour faire fonctionner leurs instruments scientifiques et les appareils de chauffage qui les maintiennent au chaud dans la froideur de l'espace lointain. Les ingénieurs ont dû décider quelles pièces étaient alimentées et quelles pièces devaient être éteintes sur les deux engins spatiaux. Mais ces décisions doivent être prises plus tôt pour Voyager 2 que pour Voyager 1, car Voyager 2 dispose d'un instrument scientifique de plus pour collecter des données - et puiser de l'énergie - que son frère.

Après de longues discussions avec l'équipe scientifique, les chefs de mission ont récemment éteint un chauffage pour l'instrument du sous-système de rayons cosmiques (CRS) sur Voyager 2 dans le cadre du nouveau plan de gestion de l'alimentation. L'instrument à rayons cosmiques a joué un rôle crucial en novembre dernier pour déterminer que Voyager 2 était sorti de l'héliosphère, la bulle protectrice créée par un flux constant (ou vent) de particules ionisées du Soleil. Depuis, les deux Voyagers ont renvoyé des détails sur la façon dont notre héliosphère interagit avec le vent circulant dans l'espace interstellaire, l'espace entre les étoiles.

Non seulement les découvertes de la mission Voyager fournissent à l'humanité des observations de territoires vraiment inexplorés, mais ils nous aident à comprendre la nature même de l'énergie et du rayonnement dans l'espace, des informations clés pour protéger les missions et les astronautes de la NASA, même plus près de chez nous.

Les membres de l'équipe de mission peuvent maintenant confirmer à titre préliminaire que l'instrument à rayons cosmiques de Voyager 2 renvoie toujours des données, malgré une chute à un froid de moins 74 degrés Fahrenheit (moins 59 degrés Celsius). Ceci est inférieur aux températures auxquelles le CRS a été testé il y a plus de 42 ans (jusqu'à moins 49 degrés Fahrenheit, ou moins 45 degrés Celsius). Un autre instrument Voyager a également continué à fonctionner pendant des années après être tombé en dessous des températures auxquelles il avait été testé.

"C'est incroyable que les instruments des Voyagers se soient avérés si robustes, " a déclaré Suzanne Dodd, chef de projet Voyager, qui est basé au Jet Propulsion Laboratory de la NASA à Pasadena, Californie. "Nous sommes fiers qu'ils aient résisté à l'épreuve du temps. La longue durée de vie du vaisseau spatial signifie que nous sommes confrontés à des scénarios que nous n'aurions jamais pensé rencontrer. Nous continuerons d'explorer toutes les options dont nous disposons afin de garder les Voyagers faire la meilleure science possible."

Voyager 2 continue de renvoyer les données de cinq instruments alors qu'il voyage dans l'espace interstellaire. En plus de l'instrument à rayons cosmiques, qui détecte les particules en mouvement rapide qui peuvent provenir du Soleil ou de sources extérieures à notre système solaire, le vaisseau spatial exploite deux instruments dédiés à l'étude du plasma (un gaz dans lequel les atomes ont été ionisés et les électrons flottent librement) et un magnétomètre (qui mesure les champs magnétiques) pour comprendre les nuages ​​clairsemés de matière dans l'espace interstellaire.

Prendre des données dans diverses directions, l'instrument à particules chargées de basse énergie est particulièrement utile pour étudier la transition de la sonde loin de notre héliosphère. Parce que CRS ne peut regarder que dans certaines directions fixes, l'équipe scientifique de Voyager a décidé d'éteindre d'abord le chauffage de CRS.

Voyageur 1, qui a traversé l'espace interstellaire en août 2012, continue également de collecter des données de son instrument à rayons cosmiques, plus d'un instrument à plasma, le magnétomètre et l'instrument à particules chargées de faible énergie.

Pourquoi éteindre les radiateurs ?

Lancé séparément en 1977, les deux Voyager sont maintenant à plus de 18 milliards de kilomètres du Soleil et loin de sa chaleur. Les ingénieurs doivent contrôler soigneusement la température des deux engins spatiaux pour les maintenir en fonctionnement. Par exemple, si les conduites de carburant alimentant les propulseurs qui maintiennent le vaisseau spatial orienté devaient geler, les antennes des Voyagers pourraient cesser de pointer vers la Terre. Cela empêcherait les ingénieurs d'envoyer des commandes au vaisseau spatial ou de recevoir des données scientifiques. Les vaisseaux spatiaux ont donc été conçus pour se chauffer.

Mais faire fonctionner les appareils de chauffage et les instruments nécessite de l'énergie, qui diminue constamment sur les deux Voyager.

Chacune des sondes est alimentée par trois générateurs thermoélectriques à radio-isotopes, ou RTG, qui produisent de la chaleur via la désintégration naturelle des radio-isotopes du plutonium-238 et convertissent cette chaleur en énergie électrique. Parce que l'énergie thermique du plutonium dans les RTG diminue et que leur efficacité interne diminue avec le temps, chaque vaisseau spatial produit environ 4 watts d'électricité de moins chaque année. Cela signifie que les générateurs produisent environ 40 % de moins que ce qu'ils faisaient au lancement il y a près de 42 ans, limiter le nombre de systèmes pouvant fonctionner sur le vaisseau spatial.

Le nouveau plan de gestion de l'alimentation de la mission explore plusieurs options pour faire face à la diminution de l'alimentation électrique des deux engins spatiaux, y compris l'arrêt des réchauffeurs d'instruments supplémentaires au cours des prochaines années.

Revigorer les vieux jet packs

Un autre défi auquel les ingénieurs ont été confrontés est de gérer la dégradation de certains des propulseurs d'engins spatiaux, qui tirent par petites impulsions, ou des bouffées, pour faire pivoter subtilement le vaisseau spatial. Cela est devenu un problème en 2017, lorsque les contrôleurs de mission ont remarqué qu'un ensemble de propulseurs sur Voyager 1 devait émettre plus de bouffées pour maintenir l'antenne du vaisseau spatial pointée vers la Terre. Pour s'assurer que le vaisseau spatial puisse continuer à maintenir une orientation appropriée, l'équipe a mis le feu à un autre ensemble de propulseurs sur Voyager 1 qui n'avait pas été utilisé depuis 37 ans.

Les propulseurs actuels de Voyager 2 ont commencé à se dégrader, trop. Les chefs de mission ont décidé de faire le même commutateur de propulseur sur cette sonde ce mois-ci. Voyager 2 a utilisé ces propulseurs pour la dernière fois (appelés propulseurs de manœuvre de correction de trajectoire) lors de sa rencontre avec Neptune en 1989.

Beaucoup de kilomètres à parcourir avant de dormir

Le plan des ingénieurs pour gérer la puissance et les pièces vieillissantes devrait garantir que Voyager 1 et 2 puissent continuer à collecter des données de l'espace interstellaire pendant plusieurs années à venir. Les données des Voyagers continuent de fournir aux scientifiques des observations inédites de notre frontière avec l'espace interstellaire, en complément de l'Explorateur des limites interstellaires de la NASA (IBEX), une mission qui détecte à distance cette frontière. La NASA prépare également la sonde de cartographie et d'accélération interstellaire (IMAP), dont le lancement est prévu en 2024, capitaliser sur les observations des Voyagers.

"Les deux sondes Voyager explorent des régions jamais visitées auparavant, alors chaque jour est un jour de découverte, " a déclaré Ed Stone, scientifique du projet Voyager, qui est basé à Caltech. "Voyager va continuer à nous surprendre avec de nouvelles idées sur l'espace lointain."