Figura 1. Concepción artística de la nave Voyager. Cortesía NASA.
A cuarenta años después de
que partieron de la Tierra, las naves Voyager 1 y Voyager 2 de la NASA
siguen comunicándose con nosotros mientras se adentran cada vez más en el
espacio profundo. Las dos naves espaciales están mucho más allá de los planetas
del Sistema Solar y la Voyager 1 actualmente está acelerando a través del
espacio interestelar, más allá de la heliosfera.
Orígenes
La misión Voyager fue diseñada para aprovechar una rara alineación de
los planetas exteriores que se dió a fines de los años 70. Esto permitió
realizar una travesía por los cuatro planetas con un mínimo de gasto de propelente
y tiempo de viaje.
Esta posición relativa de Júpiter, Saturno,
Urano y Neptuno, que ocurre cada 175 años, permite que una nave espacial en una
trayectoria de vuelo diseñada ex-profeso, navegue de un planeta a otro sin la
necesidad de emplear grandes sistemas de propulsión a bordo.
El vuelo sobre cada planeta modifica la
trayectoria de la nave y aumenta su velocidad lo suficiente como para
entregarla al siguiente destino. Usando esta técnica de "asistencia
gravitatoria", demostrada por primera vez con la misión Mariner 10 Venus /
Mercury de la NASA en 1973-74, el tiempo de vuelo a Neptuno se redujo de 30 a
12 años.
Si bien se sabía que la misión de cuatro
planetas era posible, se consideró que era demasiado costoso construir una nave
espacial que pudiera recorrer la distancia, llevar los instrumentos necesarios
y durar el tiempo suficiente para lograr una misión tan larga. Por lo tanto,
las Voyager fueron financiadas para llevar a cabo estudios intensivos de
sobrevuelo de Júpiter y Saturno solamente.
Se estudiaron más de 10,000 trayectorias
antes de elegir las dos que permitirían estrechos acercamientos a Júpiter y su
gran luna Io; a Saturno y su gran luna Titán; la ruta de vuelo elegida para la
Voyager 2 también conserva la opción de continuar hacia Urano y Neptuno.
Las Voyager 1 y Voyager 2 fueron lanzadas por la NASA en el verano de
1977 desde Cabo Cañaveral, Florida.
La Voyager 2 se lanzó el 20 de agosto de
1977, primero que la Voyager 1, lo cual es una fuente de confusión.
Posteriormente, el 5 de septiembre de 1977, se lanzó la Voyager 1.
De acuerdo al diseño original de la misión,
las Voyager realizarían estudios sobre Júpiter y Saturno, los anillos de
Saturno y las lunas más grandes de los dos planetas.
Sin embargo, a medida que las naves volaron a través del sistema solar,
se fueron reprogramando para dotarlas de mayores capacidades de las que poseían
cuando abandonaron la Tierra.
Su misión de dos planetas se convirtió en
cuatro. Eventualmente, entre las dos, Voyager 1 y 2 explorarían todos los
planetas exteriores gigantes de nuestro Sistema Solar, 48 de sus lunas y los
sistemas únicos de anillos y campos magnéticos que poseen esos planetas. Sus
vidas de cinco años se extendieron a 12 y más.
En la Figura 2 se muestra la trayectoria de
las dos sondas en su viaje sobre el sistema solar.
Figura 2. Trayectoria de las sondas Voyager. Cortesía JPL.
Tecnología
resistente al tiempo.
Las sondas Voyager se fabricaron con tecnología de los años 70 del siglo
pasado, por lo que en comparación a la tecnología actual son muy primitivas.
Sin embargo, fueron diseñadas tan bien, que
hasta la fecha muchas de sus funciones operan todavía.
Por ejemplo, las computadoras a bordo de las sondas Voyager contienen un
total de 68 kilobytes de memoria.
Eso es suficiente para almacenar un archivo
promedio jpeg. Los datos que registran se almacenan en grabadoras magnéticas
digitales de 8 pistas, las cuales se sobre-escriben con nueva información una
vez que ésta se transmite a la Tierra.
Las computadoras de las sondas Voyager son
capaces de ejecutar aproximadamente 81,000 instrucciones por segundo. En
comparación, un teléfono inteligente típico que es unas 7.500 veces más rápido.
Las comunicaciones de enlace ascendente se realizan a través de la banda
S (velocidad de comando de 16 bits/seg) mientras que un transmisor de banda X
proporciona telemetría de enlace descendente a 160 bits/seg normalmente y 1.4
kbps para la reproducción de datos de ondas de plasma de alta velocidad.
Todos los datos se transmiten y reciben en
la nave espacial a través de la antena de alta ganancia (HGA) de 3,7 metros. En
comparación, una conexión de internet lenta puede entregar al menos 56 kilobits
por segundo.
El subsistema de control de orientación y articulación (AACS) controla
la orientación de la nave espacial, mantiene
el apuntamiento de la antena de alta ganancia hacia la Tierra, controla las
maniobras de orientación y posiciona la plataforma de exploración.
La Voyager 1 tiene tres generadores termoeléctricos de radioisótopos
(RTG) que utilizan el calor generado por una reacción nuclear que utiliza el
isótopo de plutonio 238 para calentar termopares y transformar el calor
directamente en energía eléctrica.
Estos generadores producían en total
aproximadamente 470 Watts de potencia eléctrica en el momento del lanzamiento.
Como la potencia que generan los RTG disminuye con el tiempo (debido a la vida
media de 87.7 años del combustible y la degradación de los termopares), en la
actualidad la potencia que entregan es de menos de 250 Watts.
A medida que la potencia eléctrica
disminuye, las cargas de potencia en la nave espacial deben apagarse para
evitar que la demanda exceda el suministro. A medida que se desconectan las
cargas, se eliminan algunas capacidades de la nave espacial.
Operación
constante
Cuando se lanzaron, se supuso que las naves Voyager perderían contacto
con la Tierra a los pocos años de iniciada la misión. Sin embargo, incluso con
40 años de vuelo espacial, las Voyager todavía están enviando datos valiosos.
Es por esto que, de acuerdo a Suzanne Dodd, la gerente del proyecto Voyager, “...Hoy las Voyager 1 y 2 son tan saludables
como pueden ser las personas mayores...Cada una de ellas ha tenido diferentes
dolencias a lo largo de los años". Por ejemplo, "Voyager 2 es sorda:
cada vez que enviamos un comando a la nave espacial tenemos que ponerla en dos
frecuencias diferentes para que la nave espacial lo escuche. Voyager 1 no tiene
un instrumento operativo de ciencia de plasma, y lo que eso significa es que no
puede sentir directamente el viento solar y las partículas cargadas de alta
energía provenientes del sol ",
dijo Dodd.
El equipo científico se comunica con la Voyager 1 y 2 todos los días y,
por lo general, necesita al menos cuatro horas para realizar todas sus
comprobaciones de salud y seguridad.
En un día típico, los investigadores
podrían emplear unas 8 horas enviando comandos y recibiendo datos. El software
original de control y análisis de las naves espaciales fue escrito en Fortran 5
(más tarde transferido a Fortran 77). Algunos de los programas se encuentran
todavía en Fortran, aunque algunos módulos han sido traducidos a lenguaje C.
La potencia de transmisión de comunicaciones de la Voyager 1 es de unos 20 Watts, más o menos lo que consume una
bombilla de luz de un refrigerador.
Para cuando la señal llega a la Tierra, la
potencia se ha reducido a aproximadamente a 10-16 Watts. Para recibir la señal,
la NASA opera el Deep Space Network, un sistema de comunicaciones con antenas
en California, España y Australia, (cada una con una separación de
aproximadamente 120 grados, de manera que se cubre toda la Tierra).
En cada uno de estos sitios se tienen
antenas parabólicas muy grandes, -entre 30 y 70 metros de diámetro,
aproximadamente- que reciben las señales y las amplifican a niveles apropiados
para su procesamiento. A la fecha, la operación de las sondas Voyager, es un
ejemplo de lo que la buena ingeniería espacial puede producir.
El
Disco Dorado
Como una botella arrojada al océano cósmico, cada una de las sondas
Voyager 1 y 2, lleva un Disco
Dorado, un disco de cobre cubierto con oro de 12 pulgadas de diámetro
que contiene un mensaje de la humanidad para quien lo recupere.
El contenido del disco fue seleccionado
para la NASA por un comité presidido por Carl Sagan de la Universidad de
Cornell, Alabama.
El disco contiene saludos en 55 idiomas
humanos, así como sonidos naturales tan diversos como el llanto de un niño, el
canto de un gallo y los cantos de las ballenas jorobadas.
También contiene 115 imágenes que muestran
diferentes aspectos de la vida en la Tierra, 27 piezas musicales tradicionales
de diferentes culturas de todo el mundo y un ensayo que cuenta la historia de
nuestro planeta desde su formación más temprana, la evolución de la vida y el
desarrollo de la tecnología hasta el presente.
Cada disco está envuelto en una cubierta
protectora de aluminio junto con un cartucho y una aguja, e instrucciones que
explican cómo reproducir el disco, así como indicaciones del sitio en el que se
originó la nave espacial.
Figura 4. Localización del Disco Dorado en el Voyager 1. Cortesía
NASA.
En el futuro, los científicos de la NASA tendrán que decidir qué
instrumentos apagar para conservar la energía de los generadores nucleares de
la nave espacial, algunos instrumentos estarán funcionando hasta el año 2025, y
quizás más.
Las comunicaciones se mantendrán hasta que
la fuente de energía nuclear de la nave espacial ya no pueda suministrar
suficiente energía eléctrica para alimentar funciones críticas. Hasta entonces,
todavía hay mucho que aprender sobre el límite de nuestra heliosfera y lo que
se encuentra más allá en el espacio entre las estrellas.
Figura 5. Pálido Punto Azul. Cortesía NASA. (es el puntito lado alto derecho)
El
14 de febrero de 1990, Voyager 1 tomó una fotografía de la Tierra desde una distancia de 6,000 millones
de kilómetros y aproximadamente a 32
grados por encima de la eclíptica.
Desde
esa gran distancia, la Tierra es un mero punto de luz, menor que el tamaño de un elemento de
imagen.
Esta fotografía inspiró al científico Carl
Sagan a realizar un video denominado Un pálido punto azul, en el que hace una
reflexión filosófica sobre lo insignificante que es la Tierra en la vastedad
del universo.
Las dos
sondas Voyager han expandido enormemente nuestro conocimiento del espacio
exterior ya que han transmitido asombrosas imágenes del sistema solar que nos
han permitido conocer en mayor detalle los sistemas planetarios de Júpiter,
Saturno, Urano y Neptuno.
A la fecha, Voyager 1 es el objeto fabricado por el ser humano más distante de la Tierra.
La nave
sigue viajando a través del espacio interestelar a aproximadamente a 61,000
kilómetros por hora y se encuentra a una distancia de más de 21 mil millones de
kilómetros de la Tierra.
La Voyager
1, voló más allá de Júpiter y Saturno, y luego se inclinó hacia el norte fuera
del plano de las órbitas de los planetas.
En la
actualidad, la Voyager 2 está mucho
más cerca de la Tierra que la Voyager 1, a casi 18 mil millones de kilómetros
de nosotros y se dirige en dirección opuesta a la Voyager 1, es decir hacia el
polo sur celeste.
La misión de
las Voyager representa hasta la fecha el viaje de descubrimiento más ambicioso
de la humanidad.
La
información que han enviado las dos sondas ha revolucionado las ciencias
planetarias y nos ha dado información valiosa para conocer el origen y evolución
de los planetas en nuestro Sistema Solar.
A la
velocidad a la que se mueven actualmente, las
sondas Voyager, tardarán unos 40,000 años en acercarse a la estrella más
cercana a nuestro Sistema Solar y eventualmente orbitarán toda la galaxia
con un periodo del orden de cientos de millones de años.
Es asombroso
pensar que es muy posible que las sondas continúen su viaje interestelar mucho
tiempo después de que la Tierra se haya desintegrado a causa del envejecimiento
del Sol, y sean testigos silenciosos del desarrollo tecnológico que lograron
los seres humanos en la Tierra.
Para mayor
información sobre la misión Voyager, consultar el sitio oficial de NASA: https://voyager.jpl.nasa.gov/
Fuente: Hacia el espacio (Carlos Duarte Muñoz) 01. agosto.2018
Jet
Propulsion Laboratory -JPL– NASA Voyager
1 y 2
Comentario de Soca: Hoy 15 de
noviembre de 2018, aprox. a las 03:10
UTC, la Nave Voyager 1 se
encuentra a 13.446.156.700 km de la
Tierra y la nave Voyager 2 a 11.110.683.700 km. de la Tierra.
Fuente: JPL Voyager distancias en vivo
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