Команда «Вояджера-1» выполнила сложную и опасную смену двигателей

Космический корабль миссии «Вояджер-1» регулярно включает двигатели, чтобы удерживать свою антенну, направленной на Землю для получения команд и отправки технических и научных данных. Но после 47 лет в космосе некоторые топливные трубки засорились. Инженеры миссии успешно устранили эту проблему и после тщательного планирования переключили космический корабль на другой набор двигателей.

Зонд «Вояджер-1» оснащён тремя наборами двигателей: двумя группами двигателей ориентации и одной группой двигателей коррекции траектории. Поскольку «Вояджер-1» движется по неизменному пути из Солнечной системы, любую группу двигателей можно использовать для корректировки положения космического корабля.

Двигатели зонда используют сжиженный гидразин, который при взаимодействии с катализатором превращается в газообразную форму и высвобождается в виде коротких импульсов длительностью в десятки миллисекунд. Чтобы сохранять направление антенны космического корабля на Землю, двигателям необходимо производить до 40 таких импульсов в сутки.

За 47 лет нахождения в космосе трубки, направляющие гидразин в слои катализатора, постепенно засоряются диоксидом кремния, побочным продуктом, который появляется со временем в результате взаимодействия топлива и резиновых уплотнений в топливном баке. Засорение снижает эффективность двигателей и производимую ими тягу.

Ранее, в 2002 году инженерная группа миссии, базирующаяся в Лаборатории реактивного движения NASA в Южной Калифорнии, заметила, что некоторые топливные трубки в группе двигателей ориентации, используемой для наведения, засорились, поэтому команда переключилась на вторую группу. Когда в 2018 году эта ветвь показала признаки засорения, команда переключилась на двигатели коррекции траектории и с тех пор использовала эту группу.

Теперь трубки двигателей коррекции траектории оказались засорены ещё больше, чем трубки двух других групп. Там, где отверстие трубки изначально имело диаметр 0,25 мм, засорение уменьшило его до 0,035 мм (примерно половина толщины человеческого волоса). В результате команде пришлось переключиться обратно на одну из ветвей двигателей ориентации.

Переключение на другую группу двигателей было относительно простой операцией в 1980 или даже 2002 году. Но возраст космического корабля принёс новые проблемы, в первую очередь связанные с электропитанием и температурой. Дело в том, что все необязательные бортовые системы, включая некоторые нагреватели, отключены, чтобы снизить расход электроэнергии, генерируемой плутониевым реактором.

Температура отключённых групп двигателей была столь низкой, что их включение могло привести к непоправимым повреждениям. Необходимо было прогреть двигатели перед переключением, что требовало отключения других потребителей. Отключение одного из все ещё работающих научных приборов могло привести к невозможности его повторного включения.

После дополнительного изучения и планирования инженеры пришли к выводу, что можно безопасно отключить один из основных нагревателей космического корабля на срок до часа, высвободив достаточно энергии для включения нагревателей двигателей. Это сработало — переключение групп двигателей прошло успешно и «Вояджер-1» снова в состоянии корректировать своё положение относительно Земли.

Космические корабли «Вояджер» исследуют межзвёздное пространство за пределами Солнечной системы. Учёные и инженеры миссии прилагают все усилия, чтобы максимально продлить срок службы зондов, но с каждым разом делать это становится всё труднее. «Все решения, которые нам придётся принимать в будущем, потребуют гораздо большего анализа и осторожности, чем когда-либо», — уверена менеджер проекта «Вояджер» Сюзанна Додд (Suzanne Dodd).