مرت 45 عامًا منذ انطلاق مركبة الفضاء فوييجر التابعة لناسا من الأرض ، لكن المستكشفين التوأمين ما زالا يتصلان بالمنزل من على بعد مليارات الأميال.
“نحن نفعل” مرحبا ، هل أنت بخير؟ ” قالت سوزان دود ، مديرة المشروع للبعثة طويلة الأمد في مختبر الدفع النفاث في لاكنادا فلينتريدج: “اتصل مرة واحدة في الأسبوع”.
تمنح عمليات تسجيل الوصول Voyager 1 و Voyager 2 فرصة لمشاركة مواقعهم الدقيقة على الجانب الآخر من الغلاف الشمسي ، وهي منطقة بعيدة من النظام الشمسي يحمي مجالها المغناطيسي الأرض والكواكب الأخرى من الأشعة الكونية المجرية.
خلال إحدى هذه المكالمات في مايو ، أرسل فوييجر 1 إشارة محيرة.
قال دود إن البيانات من الكمبيوتر الذي يتحكم في اتجاهه “عادت في أجزاء مختلطة ، وأصفار وأصفار مختلطة”. وظل يبدو وكأنه رطانة.
وأضاف بروس واجنر ، مهندس مختبر الدفع النفاث الذي يشرف على عمليات مهمات فوييجر: “إنه مثل ضوء فحص المحرك قيد التشغيل”. لم نتمكن من عزلها في منطقة معينة ».
هذا الكمبيوتر بالغ الأهمية لأنه يحافظ على هوائي اتصالات Voyager 1 موجهًا بقوة في اتجاه الأرض. أي عطل أو فقدان للطاقة من شأنه أن يقطع أطول مسافة مكالمة هاتفية للبشرية إلى الأبد.
يصور الرسم التوضيحي لهذا الفنان فوييجر 1 وهي تدخل الفضاء بين النجوم ، والذي تهيمن عليه البلازما التي ألقاها النجوم العملاقة منذ ملايين السنين.
(ناسا / مختبر الدفع النفاث- معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا)
تبعد فوييجر 1 أكثر من 14 مليار ميل عن الأرض. تم إطلاقه من مركز كينيدي للفضاء في عام 1977 ، ووصل إلى كوكب المشتري في عام 1979 ووصل إلى زحل في عام 1980. ثم استمر.
بحلول عام 1998 ، أصبح الكائن الأكثر بعدًا من صنع الإنسان ، وحلّق بعيدًا عن الشمس مقارنةً بمسبار الفضاء بايونير 10. غادرت الغلاف الشمسي ودخلت الفضاء بين النجوم في عام 2012 (على الرغم من أن العلماء لم يتمكنوا من تأكيد ذلك حتى عام 2013). تم اتباع Voyager 2 في عام 2018.
وصف بيل ناي ، الرئيس التنفيذي لجمعية الكواكب ، المركبتين الفضائيتين “بطليعة الفكر والكنز البشريين” ، وصنفهما جنبًا إلى جنب مع فك تشفير الجينوم البشري وصياغة نظرية النسبية العامة باعتبارهما من الإنجازات العلمية الأولى.
وقال: “ما يميز بعثات Voyager هو مدى إلهامها للناس لمدة نصف قرن”.
فوييجر 1 الآن بعيد جدًا لدرجة أن وصول الإرسال من المركبة إلينا يستغرق ما يقرب من 22 ساعة – السفر بسرعة الضوء.
إنهم يستحقون الانتظار. تتضمن الإرساليات بيانات علمية قيمة حول المجالات المغناطيسية بين النجوم والأشعة الكونية وموجات البلازما.
يتم استقبال البث من Voyagers بواسطة شبكة الفضاء العميقة ، وهي عبارة عن ثلاثة هوائيات لاسلكية ضخمة في صحراء موهافي بكاليفورنيا وأستراليا وإسبانيا. إنهم منتشرون في جميع أنحاء العالم للتأكد من أن واحدًا منهم على الأقل يمكن أن يستهدف أي نقطة في السماء.
تحتوي جميع المواقع الثلاثة على هوائي بطول 230 قدمًا مصممًا خصيصًا للاستماع إلى فوييجر. كلما ابتعدوا ، زاد صعوبة سماعهم.
ترسل أجهزة الراديو الخاصة بـ Voyagers الإشارات بقوة 23 واط فقط. بحلول الوقت الذي تصل فيه هذه الإشارات إلى الأرض ، يتم تقليلها إلى أضعف الهمسات ، فقط جزء من المليار من واط.
المركبة الفضائية تزداد ضعفًا أيضًا. تفقد بطارياتها كل عام ما يصل إلى 4 واط من الطاقة بسبب اضمحلال البلوتونيوم 238 ، النظائر المشعة التي تغذيها. (الطاقة الشمسية ليست خيارًا لأن الشمس بعيدة جدًا).
البقاء على قيد الحياة عبارة عن سلسلة من المقايضات. بمصدر محدود للطاقة ، ما الذي يمكن التضحية به؟ ما الذي يمكن الحفاظ عليه؟
الهوائي الذي يبلغ ارتفاعه 230 قدمًا في مجمع Goldstone Deep Space Communications التابع لناسا بالقرب من بارستو.
(ناسا / مختبر الدفع النفاث- معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا)
من مواقعهما البعيدة ، يشكل المسافران المختبر المثالي – في الواقع فقط معمل – لدراسة الواجهة بين النجم ومحيطه.
قال بيل كورث ، عالم الفيزياء الشمسية في جامعة أيوا الذي يدرس موجات البلازما بين النجوم: “من المثير للاهتمام حقًا أن أكون قادرًا على الخروج إلى هذا الوسط وإجراء القياسات وفهم ما يحدث هناك”. “إنها تساعدنا على فهم ما قد تكون عليه البيئة المحيطة بالنجوم الأخرى.”
لكنها ليست سهلة. الإشارات خافتة لدرجة أن الهوائيات التي يبلغ ارتفاعها 230 قدمًا لشبكة الفضاء العميقة أصغر من أن تسمعها. لالتقاط بيانات موجات البلازما الخاصة به ، يستخدمها كورث جنبًا إلى جنب مع ثلاثة هوائيات يبلغ ارتفاعها 112 قدمًا ، “وهذا بالكاد يكفي” ، كما قال.
ومما يزيد التحدي هو أن الشبكة تعمل أيضًا على إجراء اتصالات مع العشرات من المركبات الفضائية الأخرى ، مثل مركبات المريخ المتجولة والآن تلسكوب جيمس ويب الفضائي. يتواصل مع فويجرز فقط لبضع ساعات متواصلة.
هذا ليس هو الأمثل لأن Voyagers لديهم سعة محدودة لتخزين القياسات التي يقومون بها ، مما يجبرهم على نقل بياناتهم في دفق مستمر. يمكن ملء المعلومات المفقودة حسب السياق ، مثل الطريقة التي يمكن بها لمشجع البيسبول الذي فاته عدد قليل من المضاربين معرفة ما حدث بناءً على من هو في الملعب والنتيجة وعدد مرات الرافضين ورد فعل الجماهير.
جميع المحادثات مع فوييجر خافتة ومتقطعة وبطيئة. قال واجنر إنه إذا كانت هناك حالة طوارئ ، “فسيتعين علينا إرسال أمر ، والانتظار يومين أو أكثر ، ثم نرى ما حدث”.
لذلك عندما تظهر تشوهات مثل تلك التي بدأت في مايو ، يحتاج العلماء إلى توخي الحذر الشديد.
أشارت الإشارات غير المنتظمة الأولى إلى حدوث خطأ ما في كمبيوتر التحكم في الموقف الذي يوجه Voyager 1 في الفضاء. لكن الفريق كان يعلم أن الكمبيوتر يقوم بعمله بالفعل – لو كان الهوائي موجهًا في الاتجاه الخاطئ ، لكانت شبكة الفضاء السحيق قد شهدت تدهورًا في قوة الإشارة.
لهذا السبب لم يكن دود منزعجًا جدًا من هذه المشكلة. ومع ذلك ، كان تصنيفها لا يزال يمثل أولوية قصوى.
قال دود إنه ربما تكون الأشعة الكونية عالية الطاقة المجرية التي لم تعد فوييجر 1 محمية من طرد الذرات من رقاقات أشباه الموصلات وأثرت على الإلكترونيات. أو ربما يكون نظام الحوسبة الذي مضى عليه عقود من الزمن يعاني من خلل بسبب التدهور بمرور الوقت.
بعد عدة أشهر من التحقيق ، حدد فريق مختبر الدفع النفاث الجاني هذا الأسبوع: بدأ نظام التحكم في المواقف في فوييجر 1 في إرسال بيانات الإرسال الخاصة به من خلال جهاز كمبيوتر معطل قام بتشويه البيانات. تم حل المشكلة بإصدار تعليمات للمركبة الفضائية بالعودة إلى استخدام الكمبيوتر الصحيح.
لا يزال سبب إجراء Voyager 1 التبديل في المقام الأول لغزا ، ويستحق الحل لأنه يشير إلى أن شيئًا آخر ليس صحيحًا تمامًا على متن المركبة الفضائية.
رسم توضيحي يصور إحدى المركبات الفضائية التوأم فوييجر التابعة لناسا في الفضاء بين النجوم.
(ناسا / مختبر الدفع النفاث- معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا)
حتى لو تبين أن هذه المشكلة غير منطقية ، فإن دود وزملاؤها في مختبر الدفع النفاث على دراية بمشكلة نهاية المهمة التي لا مفر منها – فقدان القوة. إنه يجبرهم على لعب لعبة البقاء على قيد الحياة عن بُعد.
قال دود: “هناك توتر مستمر بين طاقة الأجهزة وأنظمة الإدارة الحرارية على فوييجر”.
تستخدم سخانات أجهزة Voyager 1 الكثير من الطاقة ، لذلك بدأ العلماء في عام 2012 في إيقاف تشغيل بعضها للحفاظ على الطاقة للاتصالات والأنظمة الحيوية الأخرى. لحسن الحظ ، استمرت الأجهزة في إعادة البيانات على الرغم من أنها تعمل في ظروف أكثر برودة مما صُممت من أجله.
سوزان دود ، من اليسار ، ليندا سبيلكر وبروس واجنر هم فريق قيادة فوييجر في مختبر الدفع النفاث.
(ميونغ جيه تشون / لوس أنجلوس تايمز)
بمرور الوقت ، كان على علماء البعثات أن يصبحوا أكثر إبداعًا. لقد أغلقوا محركات الدفع التي تجري تعديلات دقيقة للغاية للتحكم في اتجاه الهوائي في عام 2019 واستخدموا محركات دفع المركبة الفضائية الأكثر كفاءة في استخدام الطاقة لتحريك المسبار بأكمله بدلاً من ذلك.
قال دود: “لدينا قرارات أصعب في المستقبل”. قد تحتاج الأدوات العلمية الفردية إلى التشغيل والإيقاف ، وتشغيل عدد قليل منها في كل مرة.
تواجه فوييجر 2 ، التي تبعد 12 مليار ميل ، نفس مشكلات البطارية. في عام 2020 ، أدت آلية آمنة من الأعطال أطلقها نظامان متعطشان للطاقة يعملان بشكل غير متوقع في نفس الوقت إلى إغلاق جميع أدواتها العلمية لعدة أيام. (إنهم يعملون بشكل جيد الآن.)
يأمل دود أن تستمر المركبة الفضائية في التحدث إلينا لمدة خمس سنوات أخرى. قالت ، “أريد أن أقيم هذا الحفل الكبير في الخمسين” ، وهي ذكرى ستبدأ المهمة في عام 2027.
سيكون يومًا صعبًا عندما ينتهي الخط المؤدي إلى آخر فويجرز.
قالت ليندا سبيلكر ، عالمة الكواكب في مختبر الدفع النفاث ، نائبة عالم مشروع مهمة فوييجر: “سنحاول كل ما في وسعنا لمعرفة الخطأ”. “لكن في مرحلة ما ، علينا فقط أن ندرك ، حسنًا ، ربما حدث شيء ما هذه المرة.”