Bildkredit: NASA
Djupt utrymme är kallt. Väldigt kallt. Det är ett problem - särskilt om du flyger i ett gammalt rymdskepp. Och dina nätaggregat minskar. Och bränsleledningarna kunde frysa när som helst. Åh, och förresten måste du fortsätta flyga i tretton år till.
Det låter som en science fiction-thriller, men detta händer verkligen med NASA / European Space Agency rymdskepp Ulysses.
Ulysses lanserades 1990 på ett femårigt uppdrag att studera solen. Hantverket samlade in nya data om solvindens hastighet och riktning. Den upptäckte 3D-formen på solens magnetfält. Det spelade in solfack på solen och supersolfack från avlägsna neutronstjärnor. Ulysses flög till och med genom kometen Hyakutakes svans, ett oväntat möte som glädde astronomer.
Uppdraget skulle avslutas 1995, men Ulysses var för framgångsrik att sluta. NASA och ESA har beviljat tre förlängningar, senast i februari 2004. Ulysses är planerat att fortsätta fram till 2008, tretton år längre än ursprungligen planerat.
Ulysses utökade uppdrag, som tidigare, är att studera solen. Men just nu är Ulysses långt ifrån vår stjärna. Den har ett möte med Jupiter och studerar jätteplaneten och dess magnetfält. Solljus där ute är 25 gånger mindre intensivt än vad vi upplever på jorden, och Ulysses blir farligt kallt.
Redan på 1980-talet, när Ulysses fortfarande var på jorden och samlades, visste uppdragsplanerare att rymdskeppet skulle tåla några låga temperaturer. Så de placerade dussintals värmare ombord, alla drivs av en radioisotop termoelektrisk generator, eller "RTG." Dessa värmare har hållit Ulysses bekvämt varmt.
Men det finns ett problem: RTG bleknar.
"RTG: s kraftuttag har sjunkit sedan rymdskeppet lanserades," säger Nigel Angold, Ulysses ESA: s rymdskeppsoperatör på JPL. RTG-kraften bleknar naturligt när dess radioaktiva källa minskar. Det är som förväntat. Vad planerare inte förväntade sig var 13 år med extra operationer.
”När Ulysses lanserades 1990 producerade RTG 285 watt. Nu är det ner till 207 watt - knappt tillräckligt med kraft för att köra vetenskapliga instrument och värmare samtidigt, ”konstaterar Angold.
Inuti Ulysses varierar temperaturen från plats till plats. "Många av de vetenskapliga instrumenten är redan under frysning (0 C)," säger Ulysses termingenjör Fernando Castro. "Det är OK, för de kan arbeta vid låg temperatur." Men bränsleledningarna är en annan fråga. De svävar cirka 3 grader över noll, "och om de fryser är vi i problem."
Bränsleledningar är avgörande för uppdraget. De levererar hydrazin drivmedel till fartygets åtta drivare. Varje vecka eller så avfyr markkontrollörer thrusterarna för att hålla Ulysses radioantenn pekande mot jorden. Strömmarna fungerar inte om hydrazin fryser. Inga thrusterar betyder ingen kommunikation. Uppdraget skulle gå förlorat.
Cirka åtta meter bränsleledning orm genom rymdskeppet. Varje vrid och sväng är en möjlig kall plats, en plats där hydrazinen kan börja stelna. "Om hydrazin fryser någonstans, vet jag inte om vi säkert kan tina upp det igen", oroar Castro. När hydrazin tinar, expanderar det, eventuellt tillräckligt för att spränga bränsleledningarna. Ulysses drivmedel skulle snubbla värdelöst ut i rymden.
Temperaturen vid en given punkt längs bränslelinjerna är förvirrande känslig för vad som händer någon annanstans i rymdskeppet. Att slå på ett vetenskapligt instrument "här" kan orsaka kyla "där borta" eftersom det tar bort makten från en av värmaren. Avfyra en thruster, spela upp eller spela in data: nästan allt kan störa Ulysses känsliga termiska balans.
Ovan: Ulysses komplicerade inredning. Mörka block är vetenskapliga instrument och andra enheter. Bränsleledningar, betecknade med rött, blått och grönt, leder från en central hydrazinbehållare till thrusterarna. Klicka här för att se områden som är mest utsatta för frysning.
Till och med den enkla handlingen att skicka rymdskeppet ett meddelande kan orsaka problem. Systemingenjör Andy McGarry påminner om, ”förra månaden skickade vi några nya kommandon till Ulysses när temperaturen började sjunka, så mycket som 0,8 grader C nära bränslelinjerna. Vi var mindre än en grad från fryspunkten för hydrazin - för nära för komfort. ”
Ingenjörerna räknade snabbt ut problemet. "Alla Ulysses vetenskapliga instrument hade aktiverats för att studera Jupiter," förklarar McGarry, "och detta ansträngde RTG till sin gräns." Ulysses skulle ha problem med att stödja ännu en enhet till. Men när en signal kom från Jorden, aktiverades en annan enhet automatiskt: avkodaren, som översätter radiosignaler till en ström av binära och nollor som förstås av Ulysses datorer. "Avkodaren stjal strömmen från värmare."
Sedan dess har markkontroller lärt sig att hålla sina överföringar till Ulysses kort, så temperaturen kan inte sjunka så långt.
Ulysses är på väg att vända sig från Jupiter och gå tillbaka till solen. Så småningom kommer solvärme att hålla hydrazinen varm och ombordvärmare kan stängas av, "men det kommer inte att ske förrän 2007," säger Angold. Under tiden håller ingenjörer på JPL en konstant vakt på rymdskeppet.
Uppdragsforskaren Steve Suess vid NASA Marshall Space Flight Center tror att det är värt ansträngningen. "Det utökade uppdraget ger oss en chans att lära oss mycket mer om solen." Av särskilt intresse är solminimumet. Solaktiviteten växer och avtar vart elfte år, förklarar han. Ulysses studerade solens tystfas, Solar Minimum, mellan 1994 och 1995. Nu får Ulysses göra det igen. "Nästa solminimum beror runt 2006," säger Suess, "men det kommer inte att vara detsamma som tidigare." År 2001 vred solens magnetfält. Nordpolen skiftade söderut och vice versa. Magnetiskt sett är solen nu upp och ner. Hur kommer det att påverka Solar Minimum?
Kanske kommer Ulysses ta reda på det? om det inte fryser till döds först.
Originalkälla: NASA Science Story
