NASA desliga instrumento da Voyager 1 para manter a operação da sonda

• Em meio ao agravamento da escassez de energia, foi enviado um comando para desligar o instrumento de observação de partículas carregadas de baixa energia LECP da Voyager 1
• O LECP operou de forma praticamente contínua por 49 anos desde o lançamento em 1977 e coletou dados sobre o interstellar medium e os cosmic rays fora da heliosfera
• Em 27 de fevereiro, durante uma manobra regular de rotação, ocorreu uma queda inesperada de energia, e foi escolhida a resposta de desligar primeiro um instrumento científico antes que o sistema automático de proteção fosse acionado
• Atualmente, a Voyager 1 continua operando com dois instrumentos: o receptor de plasma waves e o medidor de magnetic fields, transmitindo dados de uma região que nenhuma outra espaçonave explorou
• Com o desligamento do LECP, espera-se garantir cerca de 1 ano de margem, seguido pelo teste de um plano maior de economia de energia chamado Big Bang, com potencial de prolongar a operação e possibilitar a reativação do LECP

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Medidas de economia de energia da Voyager 1

• Foi enviado o comando para desligar o Low-energy Charged Particles experiment (LECP) da Voyager 1, com o objetivo de manter a operação da espaçonave
  • Em 17 de abril, engenheiros do JPL no sul da Califórnia enviaram esse comando
  • Diante da redução de energia disponível na espaçonave alimentada por energia nuclear, concluiu-se que desligar o LECP era a escolha mais adequada
• O LECP é um instrumento que operou de forma praticamente ininterrupta por 49 anos desde o lançamento da Voyager 1 em 1977, realizando medições de partículas carregadas de baixa energia
  • Mede íons, elétrons e cosmic rays de origem solar, espacial e galáctica
  • Forneceu dados essenciais sobre a estrutura do interstellar medium no espaço além da heliosfera
  • Detectou frentes de pressão e regiões de mudança na densidade de partículas
  • Apenas as duas Voyager estão suficientemente distantes da Terra para fornecer esse tipo de informação
• Tanto a Voyager 1 quanto a Voyager 2 usam um radioisotope thermoelectric generator
  • Um dispositivo que converte em eletricidade o calor do plutônio em decomposição
  • Ambas as sondas perdem cerca de 4 watts de potência por ano
  • Após quase meio século voando no espaço, a margem de energia disponível ficou extremamente pequena
  • É necessário economizar energia desligando aquecedores e instrumentos
  • Ao mesmo tempo, é preciso manter uma temperatura alta o suficiente para evitar o congelamento das linhas de combustível

Queda inesperada de energia e necessidade de resposta

• Em 27 de fevereiro, durante uma manobra regular e planejada de rotação, o nível de energia da Voyager 1 caiu inesperadamente
  • Se houvesse nova queda de energia, o undervoltage fault protection system da espaçonave poderia ser acionado
  • Esse sistema de proteção desliga componentes automaticamente para proteger a sonda
• Se o sistema de proteção fosse ativado, a equipe de voo teria de realizar um trabalho de recuperação
  • A recuperação exigiria muito tempo
  • E também envolveria riscos próprios
• Era necessário agir antes da intervenção automática
  • Desligar um instrumento científico não era a opção preferida, mas foi considerado o melhor recurso disponível
  • A Voyager 1 ainda mantém 2 instrumentos científicos em operação
  • Um é o receptor de plasma waves
  • O outro é o medidor de magnetic fields
  • Ambos seguem funcionando normalmente e continuam transmitindo dados de uma região que nenhuma outra espaçonave explorou

Ordem de desligamento dos instrumentos e plano de execução

• A escolha de qual instrumento desligar em seguida não foi uma decisão improvisada, mas baseada em uma ordem previamente acordada
  • Anos atrás, a equipe científica e a equipe de engenharia das Voyager definiram juntas a ordem de desligamento dos componentes da espaçonave
  • A sequência foi definida de modo a preservar a capacidade da missão de realizar sua ciência única
• Cada sonda carrega o mesmo conjunto de 10 instrumentos
  • Até agora, 7 instrumentos de cada sonda já foram desligados
  • Na Voyager 1, o LECP era o próximo da lista
  • O LECP da Voyager 2 já foi desligado em março de 2025
• A Voyager 1 está a mais de 15 bilhões de milhas (25 bilhões de quilômetros) da Terra
  • A sequência de comandos para desligar o instrumento leva cerca de 23 horas para chegar à sonda
  • O procedimento de desligamento em si leva cerca de 3 horas e 15 minutos
• Alguns componentes do LECP continuarão ligados
  • Será mantido um pequeno motor que gira os sensores em círculo para escanear todas as direções
  • Esse motor consome 0,5 watt
  • Como o consumo de energia é pequeno, o custo de mantê-lo é baixo
  • A decisão foi tomada para aumentar a chance de religar o instrumento no futuro caso mais energia fique disponível

Próximos passos e plano Big Bang

• Com o desligamento do LECP, espera-se garantir cerca de 1 ano de margem para a Voyager 1
  • Nesse período, serão preparadas medidas maiores de economia de energia para aplicação nas duas Voyager
• O nome dessas medidas é “the Big Bang”
  • Trata-se de um plano projetado para prolongar ainda mais o tempo de operação das Voyager
  • Funciona trocando de uma vez conjuntos de dispositivos que consomem energia
  • O apelido vem justamente da substituição simultânea de vários dispositivos
  • Alguns aparelhos seriam desligados e substituídos por alternativas de menor consumo para manter a temperatura da espaçonave
  • O objetivo é garantir temperatura suficiente para continuar coletando dados científicos
• O Big Bang será aplicado primeiro à Voyager 2
  • A Voyager 2 tem uma margem de energia um pouco maior
  • E está mais perto da Terra, o que a torna um alvo de teste mais seguro
  • O teste está planejado para maio e junho de 2026
  • Se correr bem, a mesma medida deverá ser tentada na Voyager 1 após julho
  • Se a iniciativa tiver sucesso, haverá possibilidade de reativar o LECP da Voyager 1

[GN⁺]

Comentários do Hacker News

• Em 2018, tive a honra de assistir a uma aula do Ed Stone na Caltech. No dia 1º de novembro, o professor nos contou, empolgadíssimo, o “segredo” de que a Voyager 2 havia alcançado o espaço interestelar, e até mostrou os dados reais que comprovavam isso. Só que precisávamos manter segredo até o comunicado à imprensa de segunda-feira, 5 de novembro. Foi muito especial ver de perto a paixão de alguém que dedicou quase 50 anos ao projeto, e também foi uma grande sorte ouvir essa história diretamente dele. RIP professor

  • Não é de forma alguma uma tentativa de diminuir o sucesso impressionante da Voyager; eu também me lembro de assistir a uma palestra de um engenheiro do JPL que construiu instrumentos relacionados. Mas tive a sensação de que o anúncio de "interstellar space" foi explorado demais no PR. Por um tempo, parecia que saía uma matéria parecida todo mês, e fiquei frustrado com a falta de explicação sobre o que exatamente havia de diferente em relação aos anúncios anteriores

• O que ainda me irrita é que, tirando a New Horizons, na prática não existe nenhuma sonda de espaço profundo funcionando de verdade. O fato de a única sonda operacional adicional em espaço profundo em quase 50 anos ser uma lançada em 2006 parece francamente constrangedor. Telescópios espaciais são ótimos, mas hoje em dia parece que desistimos de tudo que não seja um prestige project de ponta, feito para demonstrar status. Eu tinha esperanças em planos como o Breakthrough Starshot, mas também parece que isso esfriou, o que é uma pena

  • É impressionante pensar que, se tivessem lançado uma segunda New Horizons no flyby de Plutão, essa sonda já teria passado por Plutão a esta altura. Dá para sentir quanto tempo já passou desde aquele flyby. Também me marcou ouvir, em um episódio do podcast The Moth, um dos gerentes do programa contando o tamanho do pânico quando a New Horizons reiniciou poucos dias antes do flyby. Ver os números também ajuda a sentir a passagem do tempo: 3.463 dias entre o lançamento em 19 de janeiro de 2006 e a aproximação máxima de Plutão em 14 de julho de 2015, e 3.932 dias entre 14 de julho de 2015 e 19 de abril de 2026
  • Fico me perguntando o que exatamente ainda esperamos ver tão longe no espaço. Com a tecnologia atual, o que lançarmos provavelmente nem chegará a um alvo interessante dentro da vida de uma pessoa. Para chegar a Plutão dentro da nossa vida, tivemos que ir tão rápido que só deu para fazer um flyby de passagem. Se for para procurar alguma possibilidade, talvez a região da Oort cloud pudesse ser interessante, mas mesmo isso parece improvável
  • Acho que grande parte do problema é que a trajetória com assistência gravitacional (slingshot) usada pela Voyager era praticamente o melhor cenário possível, e esse tipo de oportunidade é um evento raro que acontece uma vez a cada várias gerações. Isso significa que, mesmo lançando hoje uma nova sonda de espaço profundo da melhor forma possível, ela ainda acabará sendo relativamente lenta
  • Pelo que eu li, quando a Voyager foi lançada havia condições extremamente raras que davam uma vantagem enorme às manobras gravitacionais. Não me lembro do período exato, mas ouvi dizer que talvez fosse algo que acontece uma vez a cada centenas de anos
  • A Voyager se beneficiou muito do alinhamento planetário

• Eu realmente queria entender melhor como um equipamento lançado no ano anterior ao meu nascimento consegue permitir tanta reconfiguração flexível e operação. Até os microcontroladores na minha mesa costumam reiniciar se eu atualizo o código, mas a Voyager consegue reconfigurar caminhos de energia com um atraso de 23 horas e fazer algo praticamente equivalente a um reset "big bang", e isso me deixa de queixo caído. Fico ainda mais impressionado ao ouvir que ela ainda teria combustível para mais 10 anos

  • Acho que a NASA foi pioneira em muitas das bases do projeto de critical computer systems modernos. Os sistemas da Voyager são realmente robustos e, pelo que sei, é possível enviar novas instruções em assembly diretamente, gravá-las na memória e executar o novo código com um warm reboot sem desligar tudo completamente. Eles projetaram o software para ser fácil de corrigir e tiveram a visão de colocar várias camadas de redundância e sistemas de emergência. Mesmo assim, é difícil imaginar a pressão sobre as pessoas que enviam esse tipo de código. Mesmo com simuladores e meses de testes, no pior caso você está mandando um comando que pode inutilizar a sonda, então é inevitavelmente assustador
  • Há alguns anos, quando um chip de memória do flight data computer da Voyager 1 falhou, foi fascinante ver uma palestra explicando como a equipe resolveu isso. Além de explicar a arquitetura do computador, mostram até as rotinas em assembly. Os desafios eram enormes: o código-fonte do software de voo existia apenas em um documento do Microsoft Word gerado por OCR e com erros de digitação, o processador usava um conjunto de instruções customizado do JPL feito para a Voyager, e a documentação era incompleta. Todas as pessoas que originalmente criaram o software de voo já haviam morrido, e não existiam assembler, debugger, simulator. Nem mesmo havia um testbed; os únicos dois processadores FDS reais estavam no espaço, e isso é avassalador
  • Até os microcontrollers de mesa normalmente conseguem atualizar a própria flash durante a execução usando um bootloader embutido ou um bootloader do usuário. Então não acho que haja motivo para afirmar que a Voyager funciona realmente “sem reiniciar”
  • Com motivação e esforço suficientes, também dá para fazer um self-updating microcontroller. Se alguém realmente quiser, acho possível escrever um firmware tão robusto, confiável e flexível quanto o da Voyager. Só que, na maioria dos casos, o custo e o esforço para atingir esse nível de qualidade são grandes demais para serem justificáveis

• Quando chegar o dia em que as Voyagers fiquem completamente silenciosas, acho que muita gente vai se abalar emocionalmente. São máquinas realmente magníficas

  • Espero não ver esse dia

• Fiquei me perguntando se a Voyager 1 ainda vem enviando dados cientificamente significativos nos últimos anos. Acho ótimo o esforço de mantê-la viva, mas me ocorreu se a missão, em certa medida, já não terminou

  • Como a matéria diz, a Voyager 1 ainda tem dois instrumentos científicos em funcionamento. Um escuta plasma waves, e o outro mede campos magnéticos. Ambos continuam funcionando bem e seguem enviando dados de uma região que nenhuma nave feita por humanos jamais visitou. Por isso a equipe está focada em manter as duas Voyagers operando pelo maior tempo possível
  • Por exemplo, materiais como este texto do JPL de 2021 ajudam a confirmar o significado dos dados recentes
  • Recomendo muito o documentário It's Quieter in the Twilight. Ele acompanha a equipe de voo que opera a Voyager e mostra com bastante profundidade exatamente o que eles fazem e o que a Voyager está fazendo hoje

• Espero que as Voyagers resistam por mais tempo. Nós estamos presos à Terra, mas pensar que essas sondas continuam ampliando a fronteira da aventura espacial da humanidade é algo realmente fascinante e, de certa forma, reconfortante

• Fiquei curioso se existe uma lista completa de todos os sistemas e experimentos ainda vivos nas duas sondas. Gostaria muito de ver em detalhe quais dados elas ainda coletam e transmitem

  • Está aqui na página de instrumentos da Voyager da NASA

• Se alguém quiser mais contexto, recomendo um artigo excelente em que um engenheiro do JPL resume o Voyager mission status em 2016. Ele traz uma boa visão geral do que faz cada instrumento da Voyager e das medidas que a equipe tomou para manter a missão em andamento. E também recomendo fortemente o documentário It's Quieter in the Twilight. Gostei muito de como ele destaca toda a equipe da Voyager e o esforço para manter o programa vivo

• Ao ler na matéria a frase “manobra regular programada de rolagem de planejamento em 27 de fevereiro”, achei impressionante que não só os componentes eletrônicos, mas até as peças mecânicas ainda estejam vivas

  • O fato de usarem um tape drive para registrar observações e enviá-las à Terra é especialmente impressionante. É espantoso imaginar que, após 48 anos, um rolo de fita e a correia do drive ainda funcionem com confiabilidade
  • Como ainda há bastante maquinaria daquela época, ou até mais antiga, funcionando até hoje, acho que o fato de essa sonda, que foi especialmente projetada para voo espacial, ainda operar não é algo tão totalmente inesperado assim

• Essa história me fez lembrar de "The Suit", da Bad Space Comics