Den an der NASA-Sonde Voyager 1 arbeitenden Ingenieuren ist es gelungen, ein Problem mit den Triebwerken der Raumsonde zu beheben, die die Sonde auf die Erde ausgerichtet halten, damit sie Befehle empfangen, technische Daten senden und die einzigartigen wissenschaftlichen Daten bereitstellen kann, die sie sammelt.
Nach 47 Jahren ist ein Treibstoffrohr in den Triebwerken mit Siliziumdioxid verstopft, einem Nebenprodukt, das mit der Zeit aus einer Gummimembran im Treibstofftank des Raumfahrzeugs entsteht. Die Verstopfung verringert die Effizienz, mit der die Triebwerke Kraft erzeugen können. Nach wochenlanger sorgfältiger Planung hat das Team das Raumfahrzeug auf ein anderes Triebwerk umgestellt.
Die Triebwerke werden mit flüssigem Hydrazin betrieben, das in Gas umgewandelt und in Zehnmillisekunden langen Stößen freigesetzt wird, um die Antenne des Raumfahrzeugs sanft zur Erde zu neigen. Wäre das verstopfte Triebwerk in Ordnung, müsste es etwa 40 dieser kurzen Stöße pro Tag durchführen.
Beide Voyager-Sonden sind mit drei Triebwerkssätzen oder -zweigen ausgestattet: zwei Sätze von Lagetriebwerken und ein Satz von Manövertriebwerken zur Flugbahnkorrektur. Während der Planetenvorbeiflüge der Mission wurden beide Triebwerkstypen für unterschiedliche Zwecke eingesetzt. Da Voyager 1 jedoch auf einem unveränderlichen Weg aus dem Sonnensystem herausfliegt, sind seine Triebwerksanforderungen einfacher und jeder der beiden Triebwerkszweige kann verwendet werden, um die Raumsonde auf die Erde auszurichten.
Im Jahr 2002 bemerkte das Ingenieurteam der Mission, das am Jet Propulsion Laboratory der NASA in Südkalifornien stationiert war, dass einige Treibstoffschläuche im zur Ausrichtung verwendeten Triebwerkszweig verstopft waren. Daher wechselte das Team zum zweiten Zweig. Als dieser Zweig 2018 Anzeichen einer Verstopfung zeigte, wechselte das Team zu den Triebwerken für das Flugbahnkorrekturmanöver und verwendet diesen Zweig seitdem.
Jetzt sind diese Triebwerksrohre zur Flugbahnkorrektur noch stärker verstopft als die ursprünglichen Abzweigungen, als das Team sie im Jahr 2018 austauschte.
Die verstopften Rohre befinden sich im Inneren der Triebwerke und leiten den Treibstoff zu den Katalysatorbetten, wo er in Gase umgewandelt wird. (Sie unterscheiden sich von den Treibstoffrohren, die Hydrazin zu den Triebwerken leiten.) Die Rohröffnung hatte ursprünglich einen Durchmesser von nur 0,01 Zoll (0,25 Millimeter), doch durch die Verstopfung wurde sie auf 0,0015 Zoll (0,035 mm) verkleinert, also etwa die Hälfte der Breite eines menschlichen Haares. Daher musste das Team auf einen der Triebwerkszweige für die Lageregelung zurückwechseln.
Aufwärmen der Triebwerke
Bei der Mission 1980 oder sogar 2002 wäre das Umschalten auf andere Triebwerke relativ einfach gewesen. Doch das Alter der Raumsonde brachte neue Herausforderungen mit sich, vor allem in Bezug auf Stromversorgung und Temperatur. Im Zuge der Mission wurden an beiden Raumsonden alle nicht unbedingt notwendigen Bordsysteme, darunter auch einige Heizgeräte, abgeschaltet, um ihre allmählich schrumpfende Stromversorgung zu schonen, die durch zerfallendes Plutonium erzeugt wird.
Diese Maßnahmen haben zwar zur Leistungsreduzierung beigetragen, führten aber auch dazu, dass das Raumschiff kälter wurde. Ein Effekt, der durch den Ausfall anderer nicht unbedingt notwendiger Systeme, die Wärme erzeugten, noch verstärkt wurde. Infolgedessen sind die Triebwerkszweige der Lageregelung kalt geworden, und das Einschalten in diesem Zustand könnte sie beschädigen und die Triebwerke unbrauchbar machen.
Das Team kam zu dem Schluss, dass die beste Option darin bestünde, die Triebwerke vor dem Umschalten aufzuwärmen, indem man als nicht unbedingt erforderlich erachtete Heizgeräte einschaltet. Wie bei so vielen Herausforderungen, denen sich das Voyager-Team stellen musste, stellte dies jedoch ein Rätsel dar: Die Stromversorgung des Raumfahrzeugs ist so schwach, dass das Einschalten nicht unbedingt erforderlicher Heizgeräte erfordern würde, dass die Mission etwas anderes abschaltet, um die Heizgeräte ausreichend mit Strom zu versorgen, und alles, was derzeit in Betrieb ist, wird als unbedingt erforderlich erachtet.
Bei der Untersuchung des Problems schlossen sie aus, eines der noch in Betrieb befindlichen wissenschaftlichen Instrumente für eine begrenzte Zeit abzuschalten, da das Risiko besteht, dass das Instrument nicht wieder online gehen würde. Nach weiteren Studien und Planungen kam das Ingenieurteam zu dem Schluss, dass sie eine der Hauptheizungen des Raumfahrzeugs bis zu einer Stunde lang sicher abschalten könnten, wodurch genügend Energie frei würde, um die Triebwerksheizungen einzuschalten.
Es funktionierte. Am 27. August bestätigten sie, dass der benötigte Triebwerkszweig wieder einsatzbereit war und Voyager 1 dabei half, Richtung Erde auszurichten.
„Alle Entscheidungen, die wir in Zukunft treffen müssen, werden viel mehr Analyse und Vorsicht erfordern als früher“, sagte Suzanne Dodd, Voyager-Projektmanagerin am Jet Propulsion Laboratory, das Voyager für die NASA verwaltet.
Die Raumsonden erforschen den interstellaren Raum, also die Region außerhalb der von der Sonne erzeugten Teilchen- und Magnetfeldblase, die vermutlich über lange Zeit kein anderes Raumschiff erreichen wird. Das wissenschaftliche Missionsteam arbeitet daran, die Voyager so lange wie möglich in Betrieb zu halten, damit sie weiterhin Aufschluss über die interstellare Umgebung geben können.