NASA mantém missão da Voyager 1 com troca de propulsores obstruídos

• A Voyager 1, em voo há 47 anos, passou a ter dificuldade para manter a orientação de comunicação com a Terra por causa da obstrução de propulsores, e a NASA deu continuidade à missão ao mudar para outro conjunto de propulsores
• A obstrução é resultado do acúmulo de dióxido de silício nas linhas de combustível, causado pelo envelhecimento do tanque de combustível, e o diâmetro do tubo dos propulsores de correção de trajetória caiu de 0,01 polegada para 0,0015 polegada
• A espaçonave tem 2 conjuntos para controle de atitude e 1 conjunto para correção de trajetória, e desde os sinais de obstrução em 2002 e 2018 as opções utilizáveis vêm diminuindo continuamente
• O procedimento de troca também foi complexo por causa das restrições de energia e temperatura, e a NASA garantiu tempo para aquecer os propulsores necessários desligando o aquecedor principal por cerca de 1 hora
• A Voyager 1 foi a primeira espaçonave a entrar no espaço interestelar, em agosto de 2012, e atualmente se move a 38.000 milhas por hora a 15,14 bilhões de milhas da Terra, o que torna a operação cada vez mais difícil

---

Troca de propulsores em uma espaçonave de 47 anos

• A Voyager 1 vem voando pelo espaço há 47 anos, coletando dados além do Sistema Solar, e o envelhecimento do hardware ao longo desse longo período se tornou uma variável central para a continuidade da missão
• Engenheiros da NASA recentemente resolveram um problema nos propulsores ao mudar para outro conjunto, em vez de continuar dependendo do conjunto usado até então
• Segundo o anúncio da NASA, não apenas os propulsores antigos, mas também os propulsores escolhidos para a troca ainda apresentam obstruções

Obstrução nas linhas de combustível e as opções restantes

• Dióxido de silício se acumulou nas linhas de combustível internas dos propulsores, um efeito colateral do envelhecimento do interior do tanque de combustível da espaçonave
• A Voyager 1 usa seus propulsores para manter a orientação voltada para a Terra e preservar a ligação de comunicação com o controle em solo
• A espaçonave tem ao todo 3 conjuntos de propulsores
  • 2 conjuntos de propulsores para controle de atitude
  • 1 conjunto de propulsores para manobras de correção de trajetória
• No início da missão, o papel de cada tipo de propulsor era importante para os voos rasantes pelos planetas, mas agora, como segue quase em linha reta para fora do Sistema Solar, importa menos qual conjunto está sendo usado

Histórico de trocas com obstrução acumulada

• Em 2002, a equipe da missão no Jet Propulsion Laboratory da NASA confirmou que algumas linhas de combustível do conjunto de propulsores de controle de atitude começaram a obstruir
• Depois disso, houve a troca para o segundo conjunto de propulsores de controle de atitude, mas sinais de obstrução também apareceram nesse conjunto em 2018
• Desde então, os engenheiros passaram a depender do conjunto de propulsores de correção de trajetória
• Nos últimos 6 anos, os propulsores de correção de trajetória sofreram obstrução mais severa do que os outros dois conjuntos
  • Originalmente, o diâmetro da entrada da linha de combustível era de 0,01 polegada, ou 0,25 mm
  • Atualmente, caiu para 0,0015 polegada, ou 0,035 mm
  • Isso equivale a cerca de metade da largura de um fio de cabelo humano
• No fim, a NASA precisou voltar a um dos dois conjuntos de propulsores de controle de atitude

Um procedimento que superou restrições de energia e temperatura

• Uma troca de propulsores que antes era simples se tornou um procedimento muito mais delicado na Voyager 1 atual, por causa do envelhecimento do hardware
• A equipe de controle havia mantido desligados alguns sistemas de bordo não essenciais e aquecedores para reduzir o consumo de energia
• Isso economizou energia, mas também reduziu a temperatura da espaçonave, e ligar propulsores que estavam sem uso enquanto ainda estavam frios trazia risco de danos
• Como faltava energia a ponto de que religar aquecedores não essenciais exigiria desligar outros equipamentos, os engenheiros garantiram tempo para aquecer os propulsores desligando o aquecedor principal por cerca de 1 hora
• Depois desse procedimento, a ramificação necessária dos propulsores funcionou normalmente

Missão que continua no espaço interestelar

• A gerente do projeto Voyager, Suzanne Dodd, disse que todas as decisões daqui para frente exigirão muito mais análise e cuidado do que no passado
• A Voyager 1 foi lançada em 1977 e seguiu para o espaço menos de um mês antes de sua sonda gêmea, a Voyager 2
• Ao escolher uma rota mais rápida, saiu primeiro do cinturão de asteroides e passou por Júpiter e Saturno
  • Descobriu as luas Thebe e Metis de Júpiter
  • Descobriu 5 novas luas ao redor de Saturno e um novo anel chamado G-ring
• Em agosto de 2012, tornou-se a primeira espaçonave a cruzar a fronteira do Sistema Solar e entrar no espaço interestelar
• A Voyager 1 está atualmente a 15,14 bilhões de milhas da Terra, ou 24,4 bilhões de km
• Sua velocidade atual é de 38.000 milhas por hora, ou 61.155 km/h
• No início deste ano, depois de enviar por alguns meses dados inutilizáveis ao controle em solo, se recuperou de uma anomalia de comunicação
• Manter a missão está ficando cada vez mais difícil, mas a NASA continua operando a Voyager 1

[GN⁺]

Opiniões no Hacker News

• Continua sendo impressionante como a equipe da Voyager consegue fazer essas coisas. 1) Conseguir diagnosticar remotamente problemas a uma distância tão grande e em hardware tão antigo; fico especialmente curioso sobre como medem o tamanho do furo nos tubos dos propulsores
  2) O processo de decidir que ação tomar também é fascinante. Não deve haver equipamento de teste em campo para experimentar; e, mesmo que houvesse, parece difícil reproduzir as condições reais. Uma escolha errada poderia encerrar a missão, e se danificarem a Voyager 1 não há substituto
  3) Também é incrível poder controlar com tanta precisão e reconfigurar remotamente um equipamento feito nos anos 1970, com RAM medida em kB. Parece que houve uma visão de futuro enorme no projeto

  • As sondas Voyager foram projetadas com base na experiência de projeto e operação obtida com a Mariner e a Pioneer, para operar automaticamente por muito tempo sem intervenção manual demais. Os principais sistemas têm múltiplas redundâncias e podem ser ligados e desligados remotamente
    O pessoal do programa foi sendo substituído ao longo do tempo, mas não a ponto de colocar a continuidade em risco. Além disso, a gestão do programa foi hábil em lidar com a imprensa e com conexões políticas, garantindo orçamento de operação continuamente. Isso contrasta com missões como a Magellan, que foi retirada da órbita de Vênus deixando algumas regiões sem mapeamento, embora ainda houvesse propelente
    Pelo que sei, o JPL tinha, ou já teve, um sistema de crachá de aposentado que permitia que ex-funcionários continuassem frequentando os escritórios. Muitos programas foram muito ajudados por especialistas obstinados que, na prática, apareciam todos os dias sem receber, e aprender com essas pessoas era realmente um privilégio
  • É impressionante o quanto de conhecimento organizacional é necessário para continuar operando depois de tantos anos. Não é algo que se resolva entregando algumas páginas de manual para alguém recém-chegado
    Muita gente já deve ter se aposentado, mas eles ainda entendem a complexidade do projeto. Também precisamos entender e priorizar esse tipo de coisa nos sistemas que construímos hoje
  • Há um documentário sobre a equipe que mantém a missão Voyager viva, It's Quieter in the Twilight: https://www.youtube.com/watch?v=8vJT8AW0wYw
  • Sobre “não deve haver equipamento de teste local, certo?”, acho bem provável que exista um ou mais simuladores. Em termos atuais, algo próximo de um gêmeo digital
    Imagino que um deles seja mantido sempre refletindo o estado atual da sonda, sincronizado periodicamente com os dados de estado recebidos da sonda real. Outros simuladores poderiam ser usados para testar mudanças de gerenciamento e verificar a reação do sistema
  • Recentemente eles também se recuperaram de um problema em um módulo de RAM defeituoso, e a velocidade do link de rádio agora talvez esteja abaixo de kbit/s

• Dizem que “os tubos de combustível dentro dos propulsores foram obstruídos por dióxido de silício, um efeito colateral do envelhecimento no interior dos tanques de combustível da espaçonave”; fico curioso de onde exatamente vem esse SiO2 em uma espaçonave. Seria algum material à base de silicone?
  Vi mais detalhes: “obstruído por dióxido de silício, um subproduto gerado pelo envelhecimento do diafragma de borracha do tanque de combustível da espaçonave”[0]. Provavelmente é borracha de silicone. Eu não sabia que borracha podia se decompor e virar areia
  [0] https://science.nasa.gov/missions/voyager-program/voyager-1/...

  • A estrutura usa hélio para inflar, dentro de um antigo tanque de Ti, uma bexiga de borracha contendo Teflon, que empurra o combustível de hidrazina (N2H4) para fora. Pelo visto, o N2H4 era agressivo o bastante para degradar até esses materiais da era espacial
    1: https://ntrs.nasa.gov/api/citations/19810001583/downloads/19...
  • Borracha de silicone parece ser extraída de SiO2, então pode ser uma impureza. Ou talvez haja alguma reação em que Si e O se desprendem do polímero, mas não sei bem se isso é possível
    https://en.wikipedia.org/wiki/Silicone_rubber
  • Não precisa necessariamente ser silicone. SiO2 é um componente necessário em todas as formulações de borracha

• Duas semanas atrás, na !!Con, Bruce Wagoner, do programa Voyager, apresentou como eles se recuperaram do problema de memória CMOS ocorrido um ano antes
  É basicamente depuração às cegas com uma latência de ida e volta de 45 horas
  A apresentação é excelente e mostra bem a arquitetura dos computadores da espaçonave e as dificuldades de lidar com uma situação em que tudo é tão antigo que a documentação entra em conflito ou está ilegível
  https://youtu.be/dF_9YcehCZo?si=W_b3NJ7vgxaYS1__

• A missão Voyager é uma realização realmente extraordinária. O projeto e a habilidade de fabricação sublimes que devem ter entrado no hardware, e o conhecimento profundo em nível institucional necessário para mantê-lo funcionando até hoje, causam admiração

• Talvez este seja um link melhor: https://science.nasa.gov/missions/voyager-program/voyager-1/...

• É bom ver que deram mais tempo à Voyager. Vi recentemente este excelente documentário sobre a Voyager: https://www.itsquieterfilm.com/

• Tive o grande prazer de assistir Bruce Waggoner, da equipe Voyager, fazendo a palestra de abertura na !!Con no mês passado. A gravação foi publicada no YouTube há alguns dias, então o timing é bom: https://www.youtube.com/watch?v=dF_9YcehCZo

• Depois de 47 anos em operação, ainda há combustível para correção de atitude. Fico curioso para saber como conseguiram isso

  • Não quero diminuir o quanto as sondas Voyager são impressionantes, mas parece que elas levaram bastante hidrazina desde o início. Segundo “Engineering the Voyager Uranus mission”, a missão estendida após Saturno não era um requisito de projeto, mas sempre foi preservada como opção, desde que não prejudicasse os objetivos principais em Júpiter ou Saturno
    A probabilidade de a Voyager 2 durar mais 5 anos foi calculada em 60–70%, bem abaixo do critério usual de probabilidade de sucesso da NASA, mas ainda assim decidiram enviá-la a Urano
    Mesmo depois do sobrevoo de Urano, a Voyager 2 ainda tinha 48% da hidrazina que havia sido colocada no tanque pela primeira vez oito anos e meio antes
    [1]: doi:10.1016/0094-5765(87)90096-8 (pode ser encontrado no science hub)
  • Se minha memória não falha, ela usa algum tipo de fonte de energia nuclear. Não é algo como um reator, mas um dispositivo muito mais simples que gera eletricidade a partir do calor produzido pelo decaimento radioativo
  • Seria energia solar?

• Ouvi dizer que os documentários sobre a Voyager são bons e queria ver um com minha filha, mas a NASA continua fazendo documentários com materiais antiquados e incompletos. Quantas histórias incríveis mais terão surgido quando a Voyager estiver realmente além dos limites do que conhecemos?

  • Se você fala de documentários sobre a Voyager sem dizer qual é, não dá para saber. Há muitos, e é difícil julgar o que é bom antes de assistir até o fim. Seria bom dizer qual você queria ver
    Sinceramente, é triste que tantos documentos tenham se tornado inacessíveis agora

• Comunicado oficial: https://science.nasa.gov/missions/voyager-program/voyager-1/...
  (https://news.ycombinator.com/item?id=41505008)