La missione Voyager fu ufficialmente approvata nel maggio 1972. Attraverso gli sforzi dedicati di molti personale qualificato per oltre tre decenni, i Viaggiatori hanno restituito conoscenze sui pianeti esterni che non erano esistite in tutta la storia precedente dell’astronomia e della scienza planetaria. Le navicelle spaziali Voyager stanno ancora eseguendo come campioni.
Non deve sorprendere che ci siano molti fatti notevoli, “gee-whiz” associati ai vari aspetti della missione Voyager. Questi bocconcini sono stati riassunti di seguito in categorie appropriate. Molti possono sembrare difficili da credere, ma sono tutti veri e precisi.
Missione complessiva
Il costo totale della missione Voyager dal maggio 1972 attraverso il Neptune encounter (inclusi i veicoli di lancio, la fonte di energia radioattiva (RTGs) e il supporto per il tracciamento DSN) è di 865 milioni di dollari. In un primo momento, questo può sembrare molto costoso, ma i rendimenti fantastici sono un affare quando mettiamo i costi nella giusta prospettiva. È importante rendersi conto che:
- su base pro capite, questo è solo 8 centesimi per U. S. residente all’anno, o circa la metà del costo di un candy bar ogni anno dall’inizio del progetto.l’intero costo di Voyager è una frazione degli interessi giornalieri sul debito nazionale degli Stati Uniti.
- Un totale di 11.000 anni di lavoro è stato dedicato al progetto Voyager attraverso l’incontro di Nettuno. Questo equivale a un terzo della quantità di sforzo stimato per completare la grande piramide di Giza a re Cheope.
Un totale di cinque trilioni di bit di dati scientifici erano stati restituiti sulla Terra da entrambi i veicoli spaziali Voyager al completamento dell’incontro di Nettuno. Questo rappresenta abbastanza bit per riempire più di settemila CD musicali.
La sensibilità delle nostre antenne di tracciamento dello spazio profondo situate in tutto il mondo è davvero sorprendente. Le antenne devono catturare informazioni Voyager da un segnale così debole che la potenza che colpisce l’antenna è solo 10 esponente -16 watt (1 parte in 10 quadrilioni). Un orologio digitale elettronico moderno funziona a un livello di potenza 20 miliardi di volte superiore a questo livello debole.
Voyager Navicella
Ogni Voyager navicella comprende 65.000 singole parti. Molte di queste parti hanno un gran numero di parti più piccole “equivalenti” come i transistor. Una sola memoria del computer contiene oltre un milione di parti elettroniche equivalenti, con ogni veicolo spaziale contenente circa cinque milioni di parti equivalenti. Poiché un televisore a colori contiene circa 2500 parti equivalenti, ogni Voyager ha la complessità del circuito elettronico equivalente di circa 2000 televisori a colori.
Come il computer HAL a bordo della nave Discovery dalla famosa storia di fantascienza 2001: Odissea nello spazio, ogni Voyager è dotato di programmazione informatica per la protezione autonoma dai guasti. Il sistema Voyager è uno dei più sofisticati mai progettati per una sonda nello spazio profondo. Ci sono sette routine di protezione dei guasti di primo livello, ciascuna in grado di coprire una moltitudine di possibili guasti. Il veicolo spaziale può posizionarsi in uno stato sicuro in pochi secondi o minuti, un’abilità che è fondamentale per la sua sopravvivenza quando i tempi di comunicazione di andata e ritorno per la Terra si estendono a diverse ore mentre il veicolo spaziale viaggia verso il remoto sistema solare esterno.
Entrambi i Voyager sono stati specificamente progettati e protetti per resistere alla grande dose di radiazioni durante il Jupiter swing-by. Ciò è stato ottenuto selezionando parti indurite alle radiazioni e schermando parti molto sensibili. Un passeggero umano non protetto a bordo della Voyager 1 durante il suo incontro con Giove avrebbe ricevuto una dose di radiazioni pari a mille volte il livello letale.
Il veicolo spaziale Voyager può puntare i suoi strumenti scientifici sulla piattaforma di scansione ad una precisione migliore di un decimo di grado. Questo è paragonabile a bowling strike-after-strike ad infinitum, supponendo che si deve colpire entro un pollice della tasca sciopero ogni volta. Tale precisione è necessaria per centrare correttamente l’immagine ad angolo stretto il cui campo visivo quadrato sarebbe equivalente alla larghezza di un perno da bowling.
Per evitare sbavature nelle immagini televisive di Voyager, i tassi angolari dei veicoli spaziali devono essere estremamente piccoli per mantenere le telecamere il più stabili possibile durante il tempo di esposizione. Ogni veicolo spaziale è così stabile che i tassi angolari sono in genere 15 volte più lenti del movimento della lancetta delle ore di un orologio. Ma anche questo non era abbastanza stabile a Nettuno, dove i livelli di luce sono 900 volte più deboli di quelli sulla Terra. Gli ingegneri di veicoli spaziali hanno escogitato modi per rendere Voyager 30 volte più stabile della lancetta delle ore di un orologio.
L’elettronica e i riscaldatori a bordo di ogni veicolo spaziale Voyager da quasi una tonnellata possono funzionare con soli 400 watt di potenza, o circa un quarto di quello utilizzato da una casa residenziale media negli Stati Uniti occidentali.
Un set di piccoli propulsori fornisce a Voyager la capacità di controllo dell’assetto e correzione della traiettoria. Ognuna di queste piccole assemblee ha una spinta di soli tre once. In assenza di attrito, su una strada pianeggiante, ci vorrebbero quasi sei ore per accelerare una grande auto fino a una velocità di 48 km/h (30 mph) utilizzando uno dei propulsori.
La piattaforma di scansione Voyager può essere spostata su due assi di rotazione. Un motore di dimensioni ridotte nel gruppo di trasmissione del treno di ingranaggi (che gira 9000 giri per ogni singola rivoluzione della piattaforma di scansione) avrà ruotato di cinque milioni di giri dal lancio attraverso l’incontro di Nettuno. Questo è equivalente al numero di giri dell’albero motore dell’automobile durante un viaggio di 2725 km (1700 miglia), circa la distanza da Boston,MA a Dallas,TX.
I giroscopi Voyager possono rilevare il movimento angolare del veicolo spaziale fino a un decimillesimo di grado. Il moto apparente del Sole nel nostro cielo si muove oltre 40 volte quella quantità in un solo secondo.
Il registratore a bordo di ogni Voyager è stato progettato per registrare e riprodurre una grande quantità di dati scientifici. La testa del nastro non dovrebbe iniziare a consumarsi fino a quando il nastro è stato spostato avanti e indietro attraverso una distanza paragonabile a quella attraverso gli Stati Uniti. Immagina di riprodurre una videocassetta di due ore sul tuo videoregistratore di casa una volta al giorno per i prossimi 33 anni, senza un fallimento.
I magnetometri Voyager sono montati su un braccio in fibra di vetro fragile e sottile che è stato dispiegato da una lattina lunga due piedi poco dopo che il veicolo spaziale ha lasciato la Terra. Dopo che il braccio è stato telescopico e ruotato fuori dal contenitore per un’estensione di quasi 13 metri (43 piedi), gli orientamenti dei sensori del magnetometro sono stati controllati con una precisione migliore di due gradi.
Navigazione
Ogni Voyager utilizzava l’enorme campo gravitazionale di Giove per essere lanciato su Saturno, sperimentando un aumento della velocità relativa del Sole di circa 35.700 mph. Poiché l’energia totale all’interno del sistema solare deve essere conservata, Giove fu inizialmente rallentato nella sua orbita solare—ma solo di un piede per trilione di anni. Ulteriori swing-bys gravità-assist di Saturno e Urano erano necessari per Voyager 2 per completare il suo volo Grand Tour a Nettuno, riducendo il tempo di viaggio di quasi venti anni rispetto alla rotta Terra-Nettuno non assistita.
La precisione di consegna Voyager a Nettuno di 100 km (62 miglia), divisa per la distanza percorsa o la lunghezza dell’arco percorsa di 7.128.603.456 km (4.429.508.700 miglia), equivale all’impresa di affondare un putt da golf di 3630 km (2260 miglia), supponendo che il golfista possa effettuare alcune regolazioni di precisione illegali mentre la palla sta rotolando su questo verde incredibilmente lungo.
L’efficienza del carburante di Voyager (in termini di mpg) è piuttosto impressionante. Anche se la maggior parte del peso di 700 tonnellate del veicolo di lancio è dovuta al carburante per razzi, la grande distanza di viaggio di Voyager 2 di 7,1 miliardi di km (4,4 miliardi di miglia) dal lancio a Nettuno ha comportato un risparmio di carburante di circa 13.000 km per litro (30.000 miglia per gallone). Come Voyager 2 striato da Nettuno e coste fuori del sistema solare, questo risparmio di carburante appena ottenuto sempre meglio!
Scienza
La risoluzione delle telecamere Voyager ad angolo stretto è abbastanza nitida da leggere un titolo di giornale a una distanza di 1 km (0.62 miglia).
Pele, il più grande dei vulcani visti sulla luna di Giove Io, sta gettando zolfo e prodotti di anidride solforosa ad altezze 30 volte quella del Monte Everest, e la zona di fallout copre un’area delle dimensioni della Francia. L’eruzione del Monte St. Helens era solo un piccolo singhiozzo in confronto (certo, la gravità a livello di superficie di Io è circa sei volte più debole di quella della Terra).
La superficie liscia di ghiaccio d’acqua della luna di Giove Europa potrebbe nascondere un oceano sotto, ma alcuni scienziati ritengono che gli oceani passati si siano trasformati in fanghiglia o ghiaccio. Nel 2010: Odyssey Due, Arthur C. Clarke avvolge la sua storia intorno alla possibilità che la vita si sviluppi all’interno degli oceani di Europa.
Gli anelli di Saturno apparvero ai Viaggiatori come una collana abbagliante di 10.000 fili. Trilioni di particelle di ghiaccio e bergs di dimensioni automobilistiche corrono lungo ciascuna delle tracce lunghe un milione di chilometri, con il flusso di traffico orchestrato dai rimorchiatori gravitazionali combinati di Saturno, un seguito di lune e lunette e persino particelle ad anello vicine. Gli anelli di Saturno sono così sottili in proporzione alla loro larghezza di 171.000 km (106.000 miglia) che, se un modello in scala reale dovesse essere costruito con lo spessore di un disco fonografico, il modello dovrebbe misurare quattro miglia dal suo bordo interno al suo bordo esterno. Un intricato arazzo di modelli anello-particella è creato da molte interazioni dinamiche complesse che hanno generato nuove teorie del moto delle onde e delle particelle.
La più grande luna di Saturno Titano è stato visto come un mondo strano con la sua atmosfera densa e varietà di idrocarburi che cadono lentamente su mari di etano e metano. Per alcuni scienziati, Titano, con la sua atmosfera principalmente azotata, sembrava una piccola Terra la cui evoluzione era stata da tempo fermata dall’arrivo della sua era glaciale, forse congelando alcune reliquie organiche sotto la sua superficie attuale.
Gli anelli di Urano sono così scuri che la sfida della Voyager di scattare la loro foto era paragonabile al compito di fotografare una pila di bricchette di carbone ai piedi di un albero di Natale, illuminata solo da una lampadina da 1 watt nella parte superiore dell’albero, usando la pellicola ASA-64. E i livelli di luce di Nettuno saranno meno della metà di quelli di Urano.
Il futuro
Nel corso dei secoli, gli astronomi hanno discusso senza concordare dove finisce il sistema solare. Un’opinione è che il confine è dove la gravità del Sole non domina più-un punto oltre i pianeti e oltre la Nube di Oort. Questo confine è approssimativamente circa a metà strada verso la stella più vicina, Proxima Centauri. Viaggiando a velocità di oltre 35.000 miglia all’ora, i Viaggiatori impiegheranno quasi 40.000 anni e avranno percorso una distanza di circa due anni luce per raggiungere questo confine piuttosto indistinto.
Ma c’è una frontiera più definitiva e inequivocabile, che i Viaggiatori si avvicineranno e attraverseranno. Questa è l’eliopausa, che è l’area di confine tra il vento solare e quello interstellare. Quando Voyager 1 attraversa lo shock di terminazione del vento solare, sarà entrato nell’eliosheath, la regione turbolenta che porta all’eliopausa. Quando i Viaggiatori attraverseranno l’eliopausa, si spera che mentre la navicella spaziale sarà ancora in grado di inviare dati scientifici sulla Terra, saranno nello spazio interstellare anche se saranno ancora molto lontani dal “bordo del sistema solare”. Una volta che Voyager è nello spazio interstellare, sarà immerso nella materia che è venuto da esplosioni di stelle vicine. Quindi, in un certo senso, si potrebbe considerare l’eliopausa come l’ultima frontiera.
Salvo gravi guasti al sottosistema di veicoli spaziali, i Voyager possono sopravvivere fino all’inizio del ventunesimo secolo (~ 2025), quando la diminuzione della potenza e dei livelli di idrazina impedirà ulteriori operazioni. Se non fosse per questi consumabili in diminuzione e la possibilità di perdere il blocco sul debole Sole, le nostre antenne di tracciamento potrebbero continuare a “parlare” con i Viaggiatori per un altro secolo o due!