ボイジャー2号が命を得る

ラムズスキバ

NASA の技術者たちは、人類の最長寿探査機であるボイジャー探査機が星間空間の未踏の領域への冒険を続ける中、より多くの時間とより多くの科学を得るために省電力戦略を考案しました。

そして時間は非常に重要です。ボイジャー 1 号と 2 号は 1977 年から飛行し続けていますが、その動力源は徐々に衰え、機器が危険にさらされています。 私たちの太陽から計り知れないほど遠く離れた深宇宙の広大な深淵では、太陽光発電は実行できません。 そのため、エンジニアは各ボイジャーに 3 基の放射性同位体熱電発電機 (RTG) を装備しました。 これらは、放射性同位体燃料であるプルトニウム 238 の崩壊による熱を電気に変換することによって機能します。 それらは基本的に原子力電池であり、最終的には電力が不足し、年間 4 ワットの損失が予測可能です。 ボイジャーは推進のためにその力を必要としませんが、遠く離れた荷電粒子と磁場の科学的測定値を収集する彼らの能力には不可欠であり、これまでのところ、人類が星間空間でそのデータをサンプリングする唯一の機会です。

数年前、NASA はボイジャーの機器をできるだけ長く稼働し続ける方法を模索し始めました。 2019年に最初に取り組んだのは、科学機器のヒーターをオフにし始めたことだった。 それはうまくいきました。 温度が摂氏約50度まで下がり、テストされた条件よりもはるかに寒かったにもかかわらず、装置は動作し続けた。しかし、それでも十分ではなかったため、3月末にNASAチームはボイジャーの省エネ戦略を開始した。 2 は、システムを電圧スパイクから保護することを目的とした予備電力に低下します。

この戦略により宇宙船はより脆弱になりますが、そのようなスパイクが発生するリスクは非常に低いようだと、南カリフォルニアにある NASA ジェット推進研究所のボイジャー プロジェクト マネージャーのスザンヌ ドッド氏は述べています。 すべてがうまくいけば、早ければ今秋にもボイジャー1号でも同様の電圧管理を開始する予定だ。 総合すると、ドッド氏は、これによって探査機の科学ミッションをさらに数年延長できると考えている。 ボイジャーは依然として発見の使命を持っており、宇宙船が星間空間で取得するデータはすべて貴重である、と彼女は言います。 「私はこれらの宇宙船と、それらを運用する賢い方法を考え出す技術者たちに今も驚かされています」とドッド氏は言う。

現在 45 歳となったボイジャーたちは、最初の 20 年間を太陽系を飛び回り、木星、土星、天王星、海王星をズームしながら写真を撮りました。 ボイジャー 1 号は、遠く離れた小さな地球の象徴的な「淡い青色の点」の写真も撮影しました。 彼らは作業を続けながら、データを収集し続けました。 それらは、巨大ガス惑星によって飛行された最初の探査機であったが、20年以上前に閉鎖された、その前任者であるパイオニア10および11よりも長生きしています。 両方のボイジャーは、冥王星やその他の小さな氷の天体が存在する領域であるカイパーベルトをはるかに超えて飛行しました。 2012 年、ボイジャー 1 号は、太陽によって生成された粒子と磁場の保護泡である太陽圏を去り、その向こうには星間物質が存在します。 その双子が6年後に続き、その時点で両方とも正式に星間領域に到達し、時速35,000マイルで未知の世界に向けて巡航していました。

現在、ボイジャー 1 号は故郷から 159 天文単位の距離にあり、ボイジャー 2 号は 133 天文単位の距離にあり、異なる方向に進んでいます。 (1 AU は地球と太陽の間の距離、または約 9,300 万マイルです。) 探査機は確かに老朽化の兆候を示しています。研究チームは昨年ボイジャー 1 号のテレメトリーの問題に対処しましたが、宇宙での主力作業は続けられています。

ブレンダ・ストーリヤー

ウィル・ナイト

WIREDスタッフ

メディア・ジョーダン

NASA のミッションが予想寿命をはるかに超えて長生きし、主な目的を達成した後に延長が認められることは珍しいことではありません。 オポチュニティ火星探査車は 3 か月ではなく、15 年近く走り続けました。 NASA が欧州宇宙機関と協力して運用した土星探査機カッシーニは、4 年ではなく 20 年間持ちこたえました。 しかし、ボイジャーは確実に宇宙のケーキを手に入れます。 ドッド氏のチームの省エネ戦略がうまくいけば、2人は前例のない50歳を迎える可能性があり、2035年頃に200天文単位に達するという「ストレッチ目標」が掲げられている。

しかし、そのためには科学機器を一つ一つ犠牲にする必要があります。

ボイジャー 2 号には、磁力計、プラズマ波動探査機、プラズマ科学実験、宇宙線検出器、低エネルギー荷電粒子検出器の 5 つの機器がまだ稼働しています。 最初の 2 つは動作に約 2 W しかかからず、それらの電子機器はプローブの本体内にあるため、おそらくシャットダウンされるのは最後になるでしょう。 他のものは極寒の船のブームに設置されており、それぞれ 3 ～ 5 ワットを消費するため、それぞれの電源をオフにすると、もう 1 年の寿命が買えることになります。

星間空間は完全に空のように見えるかもしれませんが、そうではありません。研究すべき太陽粒子と磁気現象がまだ存在します。 JPLのボイジャープロジェクト科学者リンダ・スピルカー氏は、「太陽から遠ざかれば遠ざかるほど、何が見つかるか本当に分からないので、より興味深いものになります。そして、ボイジャー宇宙船を2機持つのは、双眼鏡で見るようなものです」と語る。 たとえば、天体物理学者は、太陽圏の外側では太陽の磁場が星間物質の方向にゆっくりと回転し、ボイジャーはそれを追跡できるだろうと予想していました。 しかし、そのような回転はまだ確認されておらず、磁場のモデルを更新する必要があることを示唆しているとスピルカー氏は言う。

この探査機はまた、その機器を使用して星間物質を調査し、昨年10月に別の銀河で発生したまばゆいほど明るいガンマ線バーストからの放射線を検出しました。

新しい探査機に基づくミッションでは、ボイジャーが現在進行中の太陽科学を活用することになる。 NASAは、早ければ2025年にも太陽圏を調査する星間地図加速探査機（IMAP）を打ち上げる計画だ。 ボイジャーはすでに太陽圏のかなり外側にいるため、遠く離れた探査機からの測定値を、はるかに近い新しい探査機からの測定値と比較することができます。 「IMAP期間中にボイジャーを現地に出すことは、本当に素晴らしいことだろう。IMAPによるイメージングを我々が見ているので、ボイジャーも現地で貴重な測定を行うことになるだろう」と、IMAP共同作業を率いるプリンストンの物理学者デイビッド・マコマスは言う。 彼はこれを、医師が全体像を把握するために人の脳の CAT スキャンを行い、さらに詳細な情報を得るために生検を行うことに例えています。

ボイジャーはまだ完成していませんが、すでに素晴らしい遺産を残しています。 その中には、2015年に冥王星のそばを滑空したNASAの探査機ニューホライズンズも含まれる。現在、地球から55天文単位離れたその探査機は、ボイジャーが搭載しているものよりも新しく優れたセンサーを使って太陽圏の端を探査しており、すでに物体の画像を撮影している。冥王星の衛星やアロコスと呼ばれるカイパーベルトの天体など、ボイジャーが打ち上げられたときには発見されていませんでした。 「ニューホライズンズの私たち全員、ボイジャーチームにとって、彼らはヒーローです」と、この共同研究の主任研究員でサウスウェスト研究所の惑星科学者であるアラン・スターン氏は言う。 ニューホライズンズは、現在も運用されている遠距離人工探査機の中で唯一であり、2050年まで続く可能性があるとスターン氏は言う。 チームは現在、フライバイの新たなターゲットを探している。

ボイジャーの驚異的な成功に触発され、技術者たちはすでに次世代の宇宙船のコンセプトを設計しており、その中にはレーザーやライトセイルを動力源とし、いつかは 1970 年代の探査機よりも速く、より遠くまで星間環境に到達できるものなどがある。 ボイジャーたちの長くて健康的な生活から、彼らはどのようなアドバイスを集めるべきでしょうか? まずドッド氏は、たとえ堅牢な機器であってもいつかは故障するため、燃料を十分に備え、冗長システムを持つことが有益であると述べています。 そして、その航空機が設計したエンジニアの世代を超えて存続する場合に備えて、知識を継承することが重要であると彼女は言います。