Função As sondas Voyager entraram numa nova fase de operação. Como os acontecimentos recentes demonstraram, manter a venerável nave espacial operacional é um desafio próximo do fim da sua missão.
Como a maioria da equipe da Voyager hoje, Kareem Badaruddin, um veterano de 30 anos no Laboratório de Propulsão a Jato (JPL) da NASA, divide seu tempo entre a espaçonave gêmea Voyager e outros projetos de voo. Ele se descreve como supervisor dos engenheiros-chefes, mas aproveitou a oportunidade para ocupar seu cargo no projeto Voyager.
Suzanne DoddDiretor do JPL da Diretoria de Rede Interplanetária, gerente de projeto da missão interestelar Voyager.
“Ele sabia que o projeto estava entrando em uma espécie de nova fase onde provavelmente haveria muitos problemas técnicos”, disse Badaruddin. O Registro. “E é isso que os engenheiros-chefes fazem. Eles resolvem problemas para diferentes projetos de aviação.”
Dodd precisava desse apoio para a Voyager. Normalmente, Badaruddin teria encontrado alguém de seu grupo, “mas eu estava tão animado com a Voyager que disse, você sabe, não procure mais, certo? Eu sou o homem certo para o trabalho. Sou seu engenheiro. Você sabe, por favor me escolha.”
Badaruddin passou os últimos dois anos trabalhando no projeto Voyager. Depois de décadas de operação relativamente rotineira, seguindo planos definidos anteriormente na missão, quando a equipa era muito maior, as sondas Voyager enfrentam desafios técnicos crescentes à medida que os veículos envelhecem e o desempenho diminui.
O último problema Isso aconteceu quando os engenheiros aqueceram parte da espaçonave na esperança de que alguns dos circuitos danificados fossem “curados” por meio de um processo de recozimento. “Você tem esses transistores de efeito de campo de junção em um circuito específico que foram degradados devido à radiação”, explicou Badaruddin. “Não temos muita proteção contra a radiação num meio interestelar porque estamos fora da heliosfera, onde muitas dessas coisas estão bloqueadas.
“Portanto, esses componentes eletrônicos apresentam essa degradação e foi demonstrado que são capazes de se curar sozinhos se forem aquecidos por tempo suficiente.
“E então sabíamos que tínhamos alguma reserva de energia e esperávamos ter reserva de energia suficiente para ligar o aquecedor… e, como descobrimos, não tínhamos.
“Assumimos um risco para tentar resolver um problema que temos com nossos eletrônicos. Portanto, o problema persiste e percebemos que não podemos resolvê-lo dessa forma. Portanto, somos forçados a encontrar outra solução criativa.”
O problema era que era necessária mais corrente do que o sistema poderia fornecer. Um regulador de tensão pode ter suavizado as coisas, mas as Voyagers não temos mais esse luxo. Em vez disso, os engenheiros assumiram um risco calculado e entraram em conflito com o então inovador software a bordo da nave espacial.
A rotina de subtensão do software de proteção contra falhas desliga as cargas da fonte de alimentação, mas como a equipe da Voyager desligou tudo o que não é essencial, não sobrou muita coisa.
“Portanto, a resposta de baixa tensão não faz muito, exceto desligar o transmissor da banda X e ligar o transmissor da banda S”, explicou Badaruddin. “E isso ocorre porque o transmissor da banda S usa menos energia, então é como a última rede de segurança que pode salvar você.”
E salve a missão que você completou. Embora a banda S seja ótima para operações próximas à Terra, como a Lua, é quase inútil à distância da espaçonave Voyager. No entanto, ao detectar o sinal fraco da transmissão da banda S, a equipe conseguiu identificar um problema com o aquecimento ligando mesmo sem a telemetria da espaçonave.
Para os engenheiros, o desafio não é apenas o tempo que as Voyagers levam para receber um comando e obter uma resposta (aparentemente não tão frustrante quanto você imagina – Badaruddin disse: “É o ritmo em que trabalhamos, estamos acostumado com isso… era um atraso muito pequeno e gradualmente foi ficando cada vez mais longo com o passar dos anos”), mas também verificando e verificando novamente cada comando enviado à espaçonave.
Com o desaparecimento do hardware físico, a equipe tem uma variedade de simuladores. “Temos uma compreensão muito clara do hardware”, disse Badaruddin. “Sabemos exatamente o que é o circuito, o que são os computadores e onde o software é executado”.
E o software? É complicado.
Houve tantos ajustes e mudanças ao longo dos anos que é complicado desenvolver uma revisão exata de cada parte do código da Voyager. “Normalmente é mais fácil pedir à espaçonave uma leitura da memória para ver o que está lá”, disse Badaruddin.
Temos certeza de que existem muitos engenheiros na Terra que não têm certeza de quais sistemas estão executando. O desafio para a equipe da Voyager é que a espaçonave está se aproximando da marca de meio século, assim como a documentação.
“Temos documentos que foram datilografados nos anos 70 que descrevem o software, mas há revisões… e assim, à medida que construímos os simuladores, nos sentimos muito confortáveis com o hardware… mas nos sentimos um pouco menos confortáveis com exatamente entendemos o que cada instrução faz.”
A gravação mais recente foi causada por uma falha num dos circuitos integrados da Voyager 1, que manifestados como dados sem sentido ano passado.
Badaruddin explicou o processo: “O problema básico era descobrir o que havia de errado com a falta de informação. Vimos uma portadora; sabíamos que estávamos transmitindo na banda X… sabíamos que a espaçonave estava nos observando, e sabíamos a espaçonave está apontando para a Terra, caso contrário não receberemos nenhum sinal.
Os engenheiros analisaram a árvore de falhas e finalmente conseguiram colocar um programa mínimo na espaçonave que forneceria uma leitura de memória. Esta leitura pode ser comparada àquela obtida quando a espaçonave estava saudável. 256 palavras estão corrompidas, indicando um circuito integrado específico. Eles então escreveram um código para mover instruções pela área defeituosa.
“O problema era que o código era muito compacto. Não havia espaço livre para aproveitar. Então tivemos que sacrificar alguma coisa.”
Esse algo foi um dos modos de maior taxa de dados da Voyager 1 usados durante sobrevôos interplanetários.
O desafio atual é gerenciar os propulsores das sondas. O silício das bolhas dentro dos tanques de combustível começou a se infiltrar no propelente hidrazina. Como o silício não entra em ignição como a hidrazina, ele é produzido em pequenas quantidades depositado nos propulsores e acumula-se lentamente nos capilares do empurrador. Badaruddin usa a analogia das artérias obstruídas. Finalmente, o bloqueio impede que a espaçonave dispare seus propulsores na direção da Terra.
No entanto, os propulsores de inclinação e inclinação, cada um com três ramificações, obstruem em taxas diferentes. O software atual funciona com base na utilização da ramificação 1, 2 ou 3. Mas é possível operá-lo em modo misto, onde o ramal 2 é o propulsor de passo, mas o ramal 3 é a guinada?
“Portanto, é uma solução criativa. Seria muito complicado… seria outra modificação de software no espaço interestelar.”
Acertar na primeira vez não é apenas uma coisa boa; quase essencial. No momento em que o resultado de um comando chega da espaçonave Voyager, é impossível lidar com as consequências do mau funcionamento.
É improvável que a Voyager sobreviva por mais uma década. A potência eventualmente diminui a ponto de as operações se tornarem impossíveis. Altas taxas de dados (relativamente falando – a alta taxa de dados da Voyager é de 1,4 kilobits/s) só serão suportadas pela atual Deep Space Network (DSN) até 2027 ou 2028. Depois disso, será necessária criatividade adicional para operar o gravador digital da Voyager 1.
Badaruddin acredita que desligar o outro aquecedor usado nos computadores (o aquecedor Bay One) liberaria energia para o gravador, de acordo com o modelo térmico, mas será um delicado ato de equilíbrio. E, claro, o recente experimento de recozimento mostrou as limitações da modelagem e das simulações na Terra.
Badaruddin tem uma das duas naves espaciais favorita?
“Bem, a Voyager 2 é a que voou mais longe, e a Voyager 1 é a que está mais longe da Terra. Portanto, ambas têm direito à fama.”
Para usar outra analogia: “Essencialmente, eles são gêmeos… são basicamente a mesma pessoa, mas vivem vidas diferentes e têm problemas e experiências de saúde diferentes”.
Badaruddin espera continuar com a missão até a transmissão final da espaçonave.
“Eu amo a Voyager. Adoro esse trabalho. Adoro o que faço. É muito legal. Sinto que tenho o melhor emprego no JPL.” ®
