Despues de 48 años en el espacio, Voyager 1 necesita arreglos
Mientras se reparan los propulsores de la nave espacial Voyager 1, echemos un vistazo a esta misión de larga duración que generó asombro mundial cuando fue lanzada en 1977. El publico se entusiasmo no solo por los 11 instrumentos científicos, sino también porque ambas naves llevaban el famoso Disco de Oro, curado por un equipo liderado por Carl Sagan, y llevando un gesto simbólico para comunicar la existencia, diversidad y curiosidad de la humanidad a cualquier civilización extraterrestre que el Voyager encuentre en su camino
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Voyager 1 es una de las dos naves espaciales que la NASA lanzó en el verano de 1977 para estudiar Júpiter y Saturno. Sin embargo, la misión visito 4 planetas convirtió en una de cuatro planetas, y su original duración de cinco años se extendió a mas de 48 años
En los primeros 12 años, Voyager 1 y 2 exploraron todos los planetas gigantes exteriores de nuestro sistema solar y 48 de sus lunas. Tras completar estos objetivos, ambas naves continuaron su viaje hacia la siguiente fase: la región de choque de terminación del Sol, el límite de la influencia solar, luego hacia la heliosheath y finalmente al espacio interestelar (ISM), más de 30 años después del lanzamiento. Desde el encuentro de estas naves con el ISM, JPL de la NASA ha recopilado grandes cantidades de información sin precedentes, información que nos ayudan a corroborar algunas teorías sobre el material que permea la galaxia y esta entre las estrellas.
Cómo fue esto posible llegar hasta el ISM?
Cuando fueron lanzados, el equipo de JPL de la NASA no estaba seguro de cuanto duraría el combustible. Sin embargo, a medida que la misión continuaba, algunos eventos contribuyeron a extender su vida. Por ejemplo, los Subsistemas de Espectrómetro Ultravioleta (UVS), dejaron de funcionar. En el 2007, JPL de la NASA decidió apagar el sistema de Ciencia de Plasma (PLS) en Voyager 1 debido a su rendimiento degradado. Otros instrumentos, como la Investigación de Radioastronomía Planetaria (PRA) en Voyager 1 y 2 y el sistema de Ciencia de Plasma (PLS) en Voyager 2, fueron apagados a principios de 2008 y otoño de 2024, respectivamente, para ahorrar energía. El JPL de la NASA también reprogramó las Voyager para otorgarles más capacidades, permitiendo que la misión se extendiera más allá de sus objetivos originales.
La misión Voyager
Los objetivos principales de las Voyager eran realizar sobrevuelos cercanos para realizar estudios intensivos de Júpiter y su gran luna, Io, y Saturno y su gran luna, Titan. En el caso de Voyager 2, la trayectoria elegida también preservó la opción de continuar hacia Urano y Neptuno. Esta misión planetaria extendida seria posible debido a la rara alineación geométrica que los planetas exteriores tuvieron a finales de los años 70 y 80. Este arreglo de planetas es raro, ocurre aproximadamente cada 175 años, pero proporciono el efecto de "honda gravitacional" necesario para pasar de un planeta a otro con el pequeño sistema de propulsión de el Voyager, usando un mínimo de propelente y en un corto tiempo.
Ambas Voyager fueron lanzadas desde el Centro Espacial Kennedy de la NASA en Cabo Cañaveral, Florida, a bordo de cohetes desechables Titan-Centaur. Voyager 2 se lanzó primero el 20 de agosto de 1977, mientras que Voyager 1 se lanzó en una trayectoria más rápida y más corta el 5 de septiembre de 1977. Voyager 1 llegó a Júpiter el 5 de marzo de 1979 y a Saturno el 12 de noviembre de 1980, seguida por Voyager 2 a Júpiter el 9 de julio de 1979 y a Saturno el 25 de agosto de 1981.
Visitando Júpiter
En total, las naves tomaron alrededor de 52,000 imágenes de Júpiter y sus lunas. Con estas imágenes, los astrónomos pudieron entender sobre los procesos físicos, geológicos y atmosféricos críticos del planeta, sus satélites y su magnetosfera. Descubrieron volcanes activos en la luna Io, siendo la primera vez que se observaban volcanes activos en otro cuerpo del sistema solar.
Visitando Saturno
Con los encuentros de Voyager 1 y 2 con Saturno el equipo científico aprendió que la atmósfera de este planeta es principalmente hidrógeno y helio y tiene vientos que soplan a altas velocidades. Voyager 2 utilizó su haz de radio para penetrar la atmósfera superior, midiendo temperaturas mínimas de 82 Kelvin (-191 grados Celsius) a 143 Kelvin (-130 grados Celsius) en los niveles más profundos. Cerca del polo norte, las temperaturas eran de aproximadamente 10 grados Celsius (-8 grados Celsius). Las naves Voyager también encontraron emisiones ultravioleta similares a auroras de hidrógeno en latitudes medias y auroras en latitudes polares (por encima de 65 grados). Ambas naves Voyager midieron la rotación de Saturno (la duración de un día) a ser 10 horas, 39 minutos y 24 segundos.
Dando la vuelta hacia el ISM
Tras la visita de Voyager 1 a la luna de Saturno, Titán, su trayectoria se desvió 35 grados hacia el norte, fuera de la eclíptica, el plano donde orbitan los planetas del sistema solar. Este camino llevó a la nave en un curso directo fuera del sistema solar a una velocidad de aproximadamente 520 millones de kilómetros por año.
Voyager 2 visitando Urano y Neptuno
Por otro lado, Voyager 2 continuó su viaje hacia Urano y Neptuno. Voyager 2 encontró Urano el 24 de enero de 1986 y Neptuno el 25 de agosto de 1989. Las imágenes de las cinco lunas más grandes alrededor de Urano tomadas por Voyager 2 revelaron superficies complejas que indicaron pasados geológicos variados. También detectó 11 lunas previamente desconocidas. Descubrió detalles finos de los anillos ya conocidos y de dos recién detectados. También mostró que el planeta tiene un campo magnético que es grande y poco común. Finalmente, midió que el planeta tiene una tasa de rotación de 17 horas y 14 minutos.
Tras visitar Neptuno, Voyager 2 también se dirigió fuera del sistema solar, sumergiéndose por debajo del plano eclíptico en un ángulo de aproximadamente 48 grados y a una velocidad de unos 470 millones de kilómetros por año.
Estudiando el medio interestelar
Una vez completados los sobrevuelos planetarios, comenzó la Misión Interestelar Voyager (IMV). Utilizando los cuatro instrumentos operativos restantes a bordo de Voyager 1 y Voyager 2, los equipos científicos comenzaron a recopilar datos enfocados en cuatro objetivos científicos:
La fuerza y orientación del campo magnético del Sol.
La composición, dirección y espectros de energía de las partículas del viento solar y los rayos cósmicos interestelares.
La fuerza de las emisiones de radio que se cree que provienen de la heliopausa, más allá de la cual está el espacio interestelar.
La distribución del hidrógeno dentro de la heliosfera exterior.
Estos objetivos se realizaron en cuatro fases, la primera se completó cuando Voyager 1 atravesó el Choque de Terminación en diciembre de 2004 a 94 UA (1 AU es la distancia Sol-TIerra), y Voyager 2 a 84 UA en agosto de 2007. A continuación, la misión comenzó la fase de exploración de la heliosheath, o la capa exterior de la heliosfera que aún está dominada por el campo magnético del Sol y las partículas del viento solar. Finalmente, el 25 de agosto de 2012, Voyager 1 entró en el espacio interestelar (ISM) a unas 122 UA, o aproximadamente 18 mil millones de kilómetros del Sol, convirtiéndose en el primer objeto hecho por humanos en hacerlo. Voyager 2 cruzó este límite el 5 de noviembre de 2018, confirmado por datos de sus instrumentos de partículas y plasma.
Tras 45 años, Voyager 1 esta a aproximadamente 24.88 mil millones de kilómetros y Voyager 2 a 20.83 mil millones de kilómetros de la Tierra. La misión aún continua midiendo los campos magnéticos interestelares, partículas y ondas de plasma en el espacio interestelar y nos envía esta información diariamente en conexiones directas por 6 a 8 horas. Durante este intervalo de tiempo, datos científicos son recopilados y con ello permitiéndonos aprender más sobre la composición, densidad y temperatura del gas cerca de la heliosfera. También seguimos recopilando datos del campo magnético interestelar para medir su fuerza y dirección y seguimos aprendiendo sobre la turbulencia magnética del ISM y las interacciones dinámicas que ocurren allí. También descubrimos que la influencia solar se extiende más allá de lo esperado.
Crédito: NASA JPL
Los propulsores
La misión Voyager continuará estudiando el ISM mientras el combustible disponible pueda mantener los instrumentos funcionando y los propulsores mantengan las antenas de las naves alineadas con la Red de Espacio Profundo (DSN por sus siglas en ingles) de la NASA. La DSN es un conjunto de tres grandes antenas en EE. UU., España y Australia que recopilar datos y enviar comandos a las naves.
Desafortunadamente, los propulsores se obstruyen con el tiempo, volviéndose inutilizables y amenazando con el fin de la misión. Cada Voyager tiene 12 propulsores: dos propulsores principales de control de actitud para mantener la orientación de la nave y sus respaldos. Dos propulsores controlan el movimiento de rotación de la nave, manteniendo las naves Voyager apuntando a una estrella guía que usa para orientarse; estos propulsores también tienen un respaldo. Un conjunto de propulsores que ayudaron en los primeros años con el cambio de trayectoria de las naves durante los sobrevuelos de los planetas exteriores y sus respaldos.
Obstrucción de los propulsores de rotación
En Voyager 1, los propulsores principales de rotación dejaron de funcionar en 2004 tras perder energía en dos pequeños calentadores internos. Tras esta falla los ingenieros han tenido que depender únicamente de los propulsores de rotación de respaldo de Voyager 1 para orientar el rastreador estelar. Otros propulsores, como los de trayectoria, quedaron inactivos en 1980 para Voyager 1 y en 1989 para Voyager 2. Desafortunadamente, aunque el JPL de la NASA los reactivó en 2018 y 2019, estos no pueden inducir movimiento de rotación.
El equipo del JPL de la NASA empezó a preocuparse que tras 20 años de uso de los propulsores de rotación de respaldo, estos podrían obstruirse en el otoño de 2025. Desafortunadamente, sin la capacidad de controlar el movimiento de rotación de la nave, varios problemas podrían terminar la misión.
Reparando los propulsores
Esta preocupación motivó al equipo del JPL a reexaminar la falla del propulsor que ocurrió en 2004. Sospechando que un interruptor de los calentadores se había movido a la posición incorrecta, decidieron intentar devolverlo a su posición original y ver si los calentadores podrían funcionar nuevamente, permitiendo reactivar los propulsores principales de rotación.
Sin embargo, esto debía hacerse antes del 4 de mayo de 2025, cuando la antena de la Estación de Espacio Profundo 43 (DSS-43) en Canberra, Australia, parte de la DSN de la NASA, sería apagada por casi 11 meses para someterse a mejoras. La DSS-43 es una antena de 70 metros de ancho y la única de las tres de la DSN con suficiente potencia de señal para enviar comandos a las naves Voyager.
Por eso, el 20 de marzo de 2025, el equipo alineó el rastreador estelar lo más precisamente posible, envió comandos para encender los propulsores de rotación inactivos y luego intentó reparar y reiniciar los calentadores. Dado que la distancia de las naves a la Tierra, el equipo tuvo que esperar 23 horas para que la señal viajara de la nave a la Tierra; sin embargo, en 20 minutos de recolección de datos, el equipo vio que la temperatura de los calentadores de los propulsores aumentaba drásticamente y supo que había tenido éxito.
Con los propulsores de rotación nuevamente en línea, podemos esperar que la misión Voyager continúe recopilando información sobre el ISM durante muchos años más, hasta que el combustible se agote en algún momento de la década de 2030.