Voyager 2 bekommt ein Leben

Rams Skibba

NASA-Ingenieure haben eine Energiesparstrategie entwickelt, um mehr Zeit – und mehr Wissenschaft – aus den Voyager-Sonden herauszuholen, dem am längsten laufenden Raumschiff der Menschheit, während sie sich weiterhin in unerforschte Bereiche des interstellaren Raums vorwagen.

Und die Zeit drängt: Voyager 1 und 2 fliegen seit 1977, und ihre Energiequellen werden allmählich schwächer, was ihre Instrumente gefährdet. Draußen in den riesigen Abgründen des Weltraums, unfassbar weit von unserer Sonne entfernt, ist Solarenergie nicht rentabel. Aus diesem Grund haben die Ingenieure jede Voyager mit einem Trio thermoelektrischer Radioisotopengeneratoren (RTGs) ausgestattet. Diese funktionieren, indem sie die Wärme aus dem Zerfall des Radioisotop-Brennstoffs Plutonium-238 in Elektrizität umwandeln. Es handelt sich im Grunde genommen um Atombatterien – und ihnen geht endlich der Saft aus, und sie verlieren vorhersehbare 4 Watt pro Jahr. Während die Voyager diese Energie nicht für den Antrieb benötigen, ist sie für ihre Fähigkeit, wissenschaftliche Messwerte über weit entfernte geladene Teilchen und Magnetfelder zu sammeln, von entscheidender Bedeutung – bisher die einzige Möglichkeit der Menschheit, diese Daten im interstellaren Raum zu sammeln.

Vor ein paar Jahren begann die NASA mit der Suche nach Möglichkeiten, die Instrumente der Voyager so lange wie möglich am Laufen zu halten. Der erste Schritt im Jahr 2019 bestand darin, die Heizungen für die wissenschaftlichen Instrumente auszuschalten. Das hat funktioniert; Die Geräte funktionierten weiter, obwohl die Temperaturen um etwa 50 Grad Celsius sanken, viel kälter als die Bedingungen, unter denen sie getestet worden waren. Doch das reichte immer noch nicht aus, und so startete ein NASA-Team Ende März eine Energiesparstrategie für die Voyager 2, die eine gewisse Reserveleistung nutzt, um Systeme vor Spannungsspitzen zu schützen.

Obwohl diese Strategie das Raumschiff anfälliger macht, scheint das Risiko solcher Spitzen sehr gering zu sein, sagt Suzanne Dodd, Voyager-Projektmanagerin am Jet Propulsion Laboratory der NASA in Südkalifornien. Vorausgesetzt, dass alles gut geht, werden sie bereits im Herbst mit einem ähnlichen Spannungsmanagement auf Voyager 1 beginnen. Alles in allem glaubt Dodd, dass dies der wissenschaftlichen Mission der Sonden ein paar zusätzliche Jahre verschaffen könnte. Die Voyager sei immer noch eine Entdeckungsmission, sagt sie, und jedes Stück Daten, das die Raumsonde im interstellaren Raum erhalte, sei wertvoll. „Ich bin immer wieder erstaunt über diese Raumschiffe und die Ingenieure, die clevere Wege finden, sie zu betreiben“, sagt Dodd.

Die heute 45 Jahre alten Voyager verbrachten ihre ersten zwei Jahrzehnte damit, durch das Sonnensystem zu fliegen und im Vorbeiflug Fotos von Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun zu machen. Voyager 1 hat auch das ikonische „blassblaue Punkt“-Foto einer winzigen, fernen Erde aufgenommen. Während sie weitermachten, erfassten sie weiterhin Daten. Sie haben ihre Vorgänger Pioneer 10 und 11 um Längen überlebt, die als erste Sonden an den Gasriesen vorbeiflogen, aber vor mehr als 20 Jahren abgeschaltet wurden. Beide Voyager sind weit über den Kuipergürtel hinaus geflogen, eine Region, in der sich Pluto und andere kleine Eiskörper befinden. Im Jahr 2012 verließ Voyager 1 die Heliosphäre, die schützende Blase aus Teilchen und Magnetfeldern, die von der Sonne erzeugt wird und hinter der sich das interstellare Medium befindet. Sein Zwilling folgte sechs Jahre später. Zu diesem Zeitpunkt befanden sich beide offiziell im interstellaren Gebiet und flogen mit 35.000 Meilen pro Stunde ins Unbekannte.

Heute ist Voyager 1 159 Astronomische Einheiten von der Heimat entfernt und Voyager 2 befindet sich auf 133 AE und fliegt in eine andere Richtung. (1 AE ist die Entfernung zwischen der Erde und der Sonne, also etwa 93 Millionen Meilen.) Die Raumsonden zeigen sicherlich Alterserscheinungen – das Team beschäftigte sich letztes Jahr mit Telemetrieproblemen auf Voyager 1 –, aber die kosmischen Arbeitstiere sind weiter unterwegs.

Brenda Stolyar

Will Knight

WIRED-Mitarbeiter

Medea Jordan

Es ist nicht ungewöhnlich, dass NASA-Missionen ihre erwartete Laufzeit bei weitem überschreiten und nach Erreichen ihrer Hauptziele Verlängerungen gewährt werden. Der Opportunity-Marsrover rollte fast 15 Jahre und nicht nur drei Monate. Der Saturn-fokussierte Cassini-Orbiter, den die NASA in Zusammenarbeit mit der Europäischen Weltraumorganisation betrieb, hielt 20 statt vier Jahre durch. Aber die Voyager kriegen mit Sicherheit den kosmischen Kuchen ab. Wenn der energiesparende Schachzug von Dodds Team funktioniert, könnten die beiden das beispiellose Alter von 50 Jahren erreichen – mit dem „Streckziel“, um das Jahr 2035 herum 200 AE zu erreichen.

Dafür müssen jedoch die wissenschaftlichen Instrumente einzeln geopfert werden.

Voyager 2 verfügt immer noch über fünf Instrumente: ein Magnetometer, ein Plasmawellen-Vermessungsgerät, ein plasmawissenschaftliches Experiment, ein Detektor für kosmische Strahlung und ein Detektor für geladene Teilchen mit niedriger Energie. Die ersten beiden benötigen zum Betrieb nur etwa 2 W und ihre Elektronik befindet sich im Körper der Sonde, sodass sie wahrscheinlich die letzten sein werden, die abgeschaltet werden. Die anderen sind auf dem Ausleger des Fahrzeugs untergebracht, wo es kalt ist, und sie verbrauchen jeweils zwischen 3 und 5 Watt, sodass das Ausschalten jedes einzelnen von ihnen ein weiteres Lebensjahr bedeuten würde.

Der interstellare Raum mag völlig leer erscheinen, aber das ist er nicht: Es gibt immer noch Sonnenteilchen und magnetische Phänomene, die untersucht werden müssen. „Je weiter wir uns von der Sonne entfernen, desto interessanter wird es, weil wir wirklich nicht wissen, was wir finden könnten. Und zwei Voyager-Raumschiffe zu haben, ist wie durch ein Fernglas zu sehen“, sagt Linda Spilker, die Voyager-Projektwissenschaftlerin am JPL. Beispielsweise erwarteten Astrophysiker, dass sich das Magnetfeld der Sonne außerhalb der Heliosphäre langsam in Richtung des interstellaren Mediums drehen würde, und die Voyager könnten dies verfolgen. Aber sie haben noch keine solche Rotation gesehen, sagt Spilker, was darauf hindeutet, dass die Modelle der Magnetfelder aktualisiert werden müssen.

Die Raumsonden nutzten ihre Instrumente auch zur Untersuchung interstellaren Materials und zur Entdeckung der Strahlung eines blendend hellen Gammastrahlenausbruchs in einer anderen Galaxie im vergangenen Oktober.

Missionen, die auf neueren Sonden basieren, werden sich die fortlaufende Sonnenforschung der Voyager zunutze machen. Bereits im Jahr 2025 plant die NASA den Start der Interstellar Mapping and Acceleration Probe (IMAP) zur Vermessung der Heliosphäre. Die Voyager befinden sich bereits weit außerhalb der Heliosphäre, sodass die Messungen der entfernten Sonden mit denen der viel näheren neuen Sonde verglichen werden können. „Es wird wirklich wundervoll sein, die Voyagers während der IMAP dort draußen zu haben. Da wir Bildgebung mit IMAP sehen, werden die Voyagers auch vor Ort wertvolle Messungen durchführen“, sagt David McComas, ein Physiker aus Princeton, der die IMAP-Zusammenarbeit leitet. Er vergleicht es damit, dass Ärzte einen CAT-Scan des Gehirns einer Person durchführen, um einen Gesamtüberblick zu erhalten, und zusätzlich eine Biopsie durchführen, um detaillierte Informationen zu erhalten.

Die Voyager sind noch nicht fertig, aber sie haben bereits ein beeindruckendes Erbe vorzuweisen. Dazu gehört auch die NASA-Sonde New Horizons, die 2015 an Pluto vorbeiflog. Diese Raumsonde ist jetzt 55 AE von der Erde entfernt und erkundet den Rand der Heliosphäre mit neueren, besseren Sensoren als die Voyager-Sonde, und sie hat bereits Bilder von Objekten gemacht das war noch nicht einmal entdeckt worden, als die Voyager starteten, wie Plutos Monde und ein Kuipergürtel-Objekt namens Arrokoth. „Für uns alle bei New Horizons, das Voyager-Team, sind sie unsere Helden“, sagt Alan Stern, der Hauptforscher der Zusammenarbeit und Planetenforscher am Southwest Research Institute. New Horizons ist die einzige andere von Menschenhand geschaffene Fernsonde, die noch in Betrieb ist, und sie könnte bis 2050 bestehen, sagt Stern. Das Team sucht nun nach einem neuen Ziel für einen Vorbeiflug.

Inspiriert durch den enormen Erfolg der Voyager entwerfen Ingenieure bereits Raumfahrzeugkonzepte der nächsten Generation, beispielsweise solche, die mit Lasern und Lichtsegeln angetrieben werden könnten und eines Tages schneller und weiter in unsere interstellare Umgebung sausen könnten, als es Sonden aus den 1970er Jahren könnten. Welchen Rat sollten sie aus dem langen und gesunden Leben der Voyager ziehen? Erstens, sagt Dodd, sei es sinnvoll, ausreichend Treibstoff und redundante Systeme zu haben, da selbst robuste Instrumente irgendwann ausfallen. Und es sei wichtig, Wissen weiterzugeben, sagt sie, für den Fall, dass das Handwerk die Generation von Ingenieuren überdauert, die es entworfen haben.