Изображение предоставлено NASA
Глубокий космос холодный. Очень холодно. Это проблема, особенно если вы летите на старом космическом корабле. И ваши источники питания уменьшаются. И топливные магистрали могут замерзнуть в любой момент. Да, и, кстати, ты должен летать еще тринадцать лет.
Это звучит как научно-фантастический триллер, но это действительно происходит с космическим кораблем НАСА / Европейским космическим агентством «Улисс».
Ulysses был запущен в 1990 году с пятилетней миссией по изучению солнца. Корабль собрал новые данные о скорости и направлении солнечного ветра. Он обнаружил трехмерную форму солнечного магнитного поля. Он записал солнечные вспышки на солнце и сверхсолнечные вспышки от далеких нейтронных звезд. Улисс даже пролетел через хвост кометы Хякутакэ, неожиданная встреча, которая порадовала астрономов.
Миссия должна была закончиться в 1995 году, но Улисс был слишком успешным, чтобы бросить. НАСА и ЕКА предоставили три расширения, последний раз в феврале 2004 года. Планируется, что Улисс продолжит работу до 2008 года, на тринадцать лет дольше, чем планировалось изначально.
Расширенная миссия Улисса, как и прежде, состоит в том, чтобы изучать солнце. Но на данный момент Ulysses далеко от нашей звезды. У него встреча с Юпитером, изучение гигантской планеты и ее магнитного поля. Солнечный свет там в 25 раз менее интенсивен, чем то, что мы испытываем на Земле, и Улиссу становится очень холодно.
Еще в 1980-х годах, когда Улисс еще находился на Земле и собирался, планировщики миссий знали, что космический корабль должен будет выдерживать некоторые низкие температуры. Таким образом, они установили на борт десятки нагревателей, все из которых оснащены радиоизотопным термоэлектрическим генератором или «RTG». Эти обогреватели сохранили Ulysses комфортно тепло.
Но есть проблема: RTG исчезает.
«Выходная мощность RTG снижалась с момента запуска космического корабля», - говорит Найджел Ангольд, менеджер по эксплуатации космического корабля Ulysses ESA в JPL. Мощность РИТЭГов естественным образом снижается по мере распада радиоактивного источника. Это как и ожидалось. То, что планировщики не ожидали, было 13 лет дополнительных операций.
«Когда Ulysses был запущен в 1990 году, RTG вырабатывал 285 Вт. Теперь его мощность составляет 207 Вт - едва достаточная мощность для одновременной работы научных приборов и обогревателей », - отмечает Ангольд.
Внутри Улисса температура меняется от места к месту. «Многие из научных приборов уже ниже нуля (0 C)», - говорит инженер-термист из Ulysses Фернандо Кастро. «Это нормально, потому что они могут работать при низкой температуре». Но топливопроводы это другое дело. Они колеблются около 3 градусов выше нуля, «и если они замерзнут, у нас проблемы».
Топливопроводы имеют решающее значение для миссии. Они доставляют гидразиновое топливо на восемь судовых двигателей. Каждую неделю или около того наземные диспетчеры запускают двигатели, чтобы радио-антенна Улисса указывала на Землю. Двигатели не будут работать, если гидразин замерзнет. Отсутствие движителей означает отсутствие общения. Миссия будет потеряна.
Около восьми метров топливопровода пролегает через космический корабль. Каждый поворот - возможное холодное место, место, где гидразин может начать затвердевать. «Если гидразин где-нибудь замерзнет, я не знаю, сможем ли мы снова его безопасно разморозить», - беспокоится Кастро. Когда гидразин оттаивает, он расширяется, возможно, достаточно, чтобы разорвать топливопроводы. Топливо Улисса бесполезно влетит в космос.
Температура в любой заданной точке вдоль топливопроводов изумительно чувствительна к тому, что происходит в других местах космического корабля. Включение научного прибора «здесь» может вызвать озноб «там», потому что он отнимает энергию у одного из нагревателей. Запуск двигателя, воспроизведение или запись данных: почти все может нарушить тонкий тепловой баланс Улисса.
Вверху: сложный интерьер Улисса. Темные блоки - это научные инструменты и другие устройства. Топливопроводы, обозначенные красным, синим и зеленым, ведут из центрального бака с гидразином в двигатели. Нажмите здесь, чтобы увидеть области, наиболее уязвимые для замерзания.
Даже простой акт отправки сообщения космическому кораблю может вызвать проблемы. Системный инженер Энди МакГарри вспоминает: «В прошлом месяце мы посылали несколько новых команд Улиссу, когда температура начала падать, на целых 0,8 градуса по Цельсию, возле топливопроводов. Мы были менее чем в градусе от точки замерзания гидразина - слишком близко для комфорта ».
Инженеры быстро разобрались с проблемой. «Все научные инструменты Улисса были активированы для изучения Юпитера, - объясняет МакГарри, - и это сильно напрягало РТГ до предела». У Улисса возникнут проблемы с поддержкой еще одного устройства. Но когда сигнал пришел с Земли, автоматически включилось другое устройство: декодер, который переводит радиосигналы в поток двоичных единиц и нулей, понятных компьютерам Улисса. «Декодер отбирал энергию у нагревателей».
С тех пор наземные диспетчеры научились кратко передавать свои сигналы Улиссу, поэтому температура не может сильно упасть.
Улисс собирается отвернуться от Юпитера и вернуться к солнцу. В конечном итоге солнечное отопление будет держать гидразин в тепле, и бортовые нагреватели можно будет отключить, «но этого не произойдет до 2007 года», говорит Ангольд. Тем временем инженеры JPL постоянно следят за космическим кораблем.
Исследователь миссии Стив Суесс в Центре космических полетов имени Маршалла НАСА считает, что оно того стоит. «Расширенная миссия дает нам возможность узнать больше о солнце». Особый интерес представляет Солнечный минимум. Солнечная активность нарастает и убывает каждые 11 лет, объясняет он. Улисс изучил спокойную фазу Солнца, Солнечный минимум, между 1994 и 1995 годами. Теперь Улиссу удастся сделать это снова. «Следующий Солнечный минимум будет намечен на 2006 год, - говорит Суесс, - но он не будет таким, как прежде». В 2001 году магнитное поле солнца перевернулось. Северный полюс сместился на юг, и наоборот. Магнитно говоря, солнце сейчас перевернуто. Как это повлияет на Солнечный минимум?
Возможно, Улисс узнает? если он не замерзнет в первую очередь.
Первоначальный источник: NASA Science Story
