Programma Voyager

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Una sonda spaziale Voyager

Il programma Voyager (Voyager in inglese significa Viaggiatore) consistette in due sonde spaziali, la Voyager 1 e la Voyager 2, lanciate nel 1977. Il loro obiettivo era lo studio dei pianeti Giove e Saturno, usando un allineamento planetario vantaggioso che si verificò alla fine degli anni '70. I progettisti della missione avevano però da tempo adocchiato una possibile estensione della missione verso i pianeti più esterni, anche loro allineati in modo favorevole, e il Voyager 2 proseguì per esplorare Urano e Nettuno. Le due sonde erano originariamente parte del programma Mariner, col nome di Mariner 11 e Mariner 12, ma divennero poi un progetto separato.

Entrambe le missioni hanno prodotto grandi quantità di informazioni sui giganti gassosi del sistema solare. Inoltre, sono state usate per porre dei limiti all'ipotetica esistenza di un pianeta post-plutoniano (detto comunemente Pianeta X).

I contatti con le sonde sono state mantenuti fino ad oggi, mentre stanno viaggiando verso l'esterno del sistema solare. Le loro batterie radiattive sono state utilizzate con parsimonia nella speranza che possano durare abbastanza per poter trovare l'eliopausa. Alla fine del 2003, il Voyager 1 ha mandato dei dati che potrebbero indicare l'attraversamento dell'eliopausa, ma non ve ne è certezza, mentre il 15 Agosto 2006 ha raggiunto una distanza di 100 Unità Astronomiche dal sole.

Le due sonde sono state costruite al Jet Propulsion Laboratory, finanziato dalla NASA. A bordo di ognuna di esse si trova una copia del Voyager Golden Record, un disco registrato d'oro che contiene immagini e suoni della Terra, assieme a qualche istruzione su come suonarlo, nel caso qualcuno lo trovasse.

[modifica] La sonda spaziale Voyager

Il disco d'oro a bordo delle Voyager

Le due identiche sonde spaziali Voyager sono sistemi stabilizzati su tre assi, che usano un controllo di orientamento giroscopico oppure a navigazione celeste per mantenere il puntamento dell'antenna ad alto guadagno verso la Terra.Le Voyager dispongono di tre microprocessori RCA 1802 a 6,3 MHz, e il carico scientifico delle sonde consiste di 10 strumenti (per un totale di 11 ricerche, comprendendo la radioastronomia fatta col segnale di collegamento). Solo cinque di questi sono adesso in operazione, anche se vengono raccolti i dati di altri due strumenti.

I dati sono gestiti dal Flight Data Subsystem (FDS, Sottosistema dei dati di volo) e da un singolo registratore a nastro (DTR) ad otto tracce. L'FDS coordina le operazioni dei vari strumenti, raccoglie dati ingegneristici e scientifici e li prepara per la trasmissione a Terra. il DTR è utilizzato per registrare dati ad alta velocità dal plasma Wave Subsystem (PWS). I dati contenuti sul nastro sono mandati a Terra ogni sei mesi.

Il computer command subsystem (CCS, sottosistema del computer di comando) fornisce funzioni di controllo e di coordinazione. Il CCS contiene routine fisse, come la decodifica dei comandi e cosa fare in caso di errori.

Lo Attitude and Articulation Control Subsystem (AACS, Sottosistenma di controllo dell'orientamento e dei bracci meccanici) controlla l'orientamento della sonda, mantiene il puntamento preciso dell'antenna ad alto guadagno verso la Terra, controlla le manovre di orientamento e posiziona le piattaforme con gli strumenti.

La comunicazione verso la sonda è fatta in banda S a 16 bit per secondo, mentre un trasmettitore in banda X rimanda a Terra i dati rilevati a 160 bit/sec, con punte di 1,4 kbit/sec per i dati ad alta velocità del PWS. Tutti i dati sono trasmessi e ricevuti tramite l'antenna ad alto guadagno di 3,7 metri di diametro.

La corrente elettrica necessaria al funzionamento della sonda e degli strumenti è fornita da tre generatori termoelettrici a radioisotopi (RTG). Attualmente essi forniscono circa 315 Watt ad ogni sonda. Via via che la potenza fornita dai generatori diminuisce, alcune parti della sonda devono essere spente. Oggi la piattaforma di entrambe le sonde, e con essa gli strumenti contenuti, è spenta. Lo spettrometro ultravioletto del Voyager 1 è rimasto acceso fino al 2003, quando anch'esso è stato spento. I giroscopi continueranno a funzionare fino al 2010 per il Voyager 2 e fino al 2011 per il Voyager 1. Sono utilizzati per ruotare la sonda su sé stessa di 360 gradi una volta ogni due mesi. Questo consente di misurare il campo magnetico della sonda stessa, che è poi sottratto dai dati scientifici del magnetometro.

Le due sonde sono ancora capaci di operare e di mandare a Terra dati scientifici. Entrambe hanno abbastanza energia elettrica e carburante per poter funzionare fino a circa il 2020, quando la potenza elettrica disponibile non sarà più sufficiente per alimentare alcuno strumento scientifico.

I generatori termoelettrici a radioisotopi sono alimentati dal plutonio, e fornivano circa 470 Watt di potenza a 30 volt DC al momento del lancio. Il plutonio-238 è radioattivo, e decade con un'emivita di circa 85 anni, perciò gli RTG che lo usano perdono un fattore $1 - \sqrt[85]{0.5}$ , o circa lo 0,81%, di potenza ogni anno. Dopo 23 anni dal lancio, questi RTG fornirebbero circa 390 Watt, o circa l'83% della potenza iniziale. Ma le termocoppie usate per convertire l'energia termica in energia elettrica si degradano anch'esse: all'inizio del 2001, la potenza elettrica disponibile per il Voyager 1 era di 315 Watt, e di 319 per il Voyager 2, perciò le termocoppie funzionano solo all'80% della loro efficienza originaria. Questi numeri sono comunque migliori delle previsioni fatte prima del lancio.