NASA mantiene viva la misión de Voyager 1 al cambiar propulsores obstruidos

• Voyager 1, que lleva 47 años en vuelo, empezó a tener dificultades para mantener la orientación de comunicación con la Tierra debido a la obstrucción de sus propulsores, y NASA la hizo cambiar a otro conjunto de propulsores para continuar la misión
• La obstrucción es resultado de la acumulación de dióxido de silicio en las líneas de combustible, generado por el envejecimiento del tanque de combustible; el diámetro de los conductos de los propulsores de corrección de trayectoria se redujo de 0.01 pulgadas a 0.0015 pulgadas
• La nave cuenta con 2 conjuntos para control de actitud y 1 conjunto para corrección de trayectoria; tras las señales de obstrucción de 2002 y 2018, las opciones disponibles se fueron reduciendo
• Debido a restricciones de energía y temperatura, el procedimiento de cambio también fue delicado, y NASA consiguió tiempo para calentar los propulsores necesarios apagando el calentador principal durante aproximadamente 1 hora
• Voyager 1 fue la primera nave espacial en entrar al espacio interestelar en agosto de 2012, y actualmente se encuentra a 15,140 millones de millas de la Tierra, desplazándose a 38,000 millas por hora, por lo que la dificultad operativa sigue aumentando

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Cambio de propulsores en una nave de 47 años

• Voyager 1 ha volado por el espacio durante 47 años, recopilando datos más allá del sistema solar, y el envejecimiento del hardware por su vuelo prolongado se volvió una variable clave para mantener la misión
• Ingenieros de NASA cambiaron recientemente a otro conjunto de propulsores en lugar del conjunto del que dependían, para resolver un problema con los propulsores
• Según el anuncio de NASA, la obstrucción persiste no solo en los propulsores existentes, sino también en los propulsores a los que se cambió

Obstrucción en las líneas de combustible y opciones restantes

• En las líneas de combustible internas de los propulsores se acumuló dióxido de silicio, un efecto secundario del envejecimiento dentro del tanque de combustible de la nave
• Voyager 1 usa sus propulsores para orientar su actitud hacia la Tierra y mantener la línea de comunicación con el control terrestre
• La nave tiene en total 3 conjuntos de propulsores
  • 2 conjuntos de propulsores para control de actitud
  • 1 conjunto de propulsores para maniobras de corrección de trayectoria
• Al inicio de la misión, el rol de cada tipo de propulsor era importante para los sobrevuelos cercanos de planetas, pero ahora, al seguir una ruta casi recta fuera del sistema solar, es menos sensible a qué conjunto se utilice

Historial de cambios por acumulación de obstrucciones

• En 2002, el equipo de la misión del NASA Jet Propulsion Laboratory confirmó que algunas líneas de combustible del conjunto de propulsores de control de actitud empezaban a obstruirse
• Luego cambiaron al segundo conjunto de propulsores de control de actitud, pero en 2018 también aparecieron señales de obstrucción en ese conjunto
• Después de eso, los ingenieros dependieron del conjunto de propulsores de corrección de trayectoria
• Durante los últimos 6 años, los propulsores de corrección de trayectoria se obstruyeron más gravemente que los otros dos conjuntos
  • El diámetro original de la entrada de la línea de combustible era de 0.01 pulgadas, es decir, 0.25 mm
  • Actualmente se redujo a 0.0015 pulgadas, es decir, 0.035 mm
  • Esto equivale aproximadamente a la mitad del ancho de un cabello humano
• Finalmente, NASA tuvo que volver a uno de los dos conjuntos de propulsores de control de actitud

Un procedimiento que superó las restricciones de energía y temperatura

• El cambio de propulsores, que antes era sencillo, se convirtió en un procedimiento mucho más cuidadoso en la Voyager 1 actual debido al hardware envejecido
• El equipo de control había apagado algunos sistemas y calentadores no esenciales a bordo para reducir el consumo de energía
• Aunque eso ahorró energía, bajó la temperatura de la nave, y encender propulsores que no se habían usado mientras estaban fríos implicaba riesgo de daño
• Como la energía era tan escasa que para volver a encender calentadores no esenciales había que apagar otros dispositivos, los ingenieros consiguieron tiempo para calentar los propulsores apagando el calentador principal durante aproximadamente 1 hora
• Tras este procedimiento, la rama de propulsores necesaria funcionó correctamente

Una misión que continúa en el espacio interestelar

• Suzanne Dodd, gerente del proyecto Voyager, dijo que cada decisión de ahora en adelante requiere mucho más análisis y cuidado que antes
• Voyager 1 fue lanzada en 1977 y partió al espacio menos de un mes después que su sonda gemela Voyager 2
• Tomó una ruta más rápida, salió primero del cinturón de asteroides y se acercó a Júpiter y Saturno
  • Descubrió las lunas Thebe y Metis de Júpiter
  • Descubrió 5 lunas nuevas alrededor de Saturno y un nuevo anillo llamado G-ring
• En agosto de 2012 se convirtió en la primera nave espacial en cruzar el límite del sistema solar y entrar al espacio interestelar
• Voyager 1 está actualmente a 15,140 millones de millas de la Tierra, es decir, 24,400 millones de km
• Su velocidad actual es de 38,000 millas por hora, es decir, 61,155 km/h
• A comienzos de este año, después de enviar durante meses datos inutilizables para el control terrestre, se recuperó de una anomalía de comunicación
• Mantener la misión es cada vez más difícil, pero NASA sigue operando Voyager 1

[GN⁺]

Opiniones en Hacker News

• No deja de sorprenderme cómo el equipo de Voyager logra hacer estas cosas. 1) Que puedan diagnosticar de forma remota problemas a una distancia tan enorme y con hardware tan antiguo; en especial me da curiosidad cómo miden el tamaño del orificio en el tubo del propulsor.
  2) También es fascinante el proceso para decidir qué acción tomar. No es que tengan equipo de prueba en el lugar para experimentar, y aun si lo tuvieran, parece difícil reproducir las condiciones reales. Si eligen mal, la misión podría terminar, y si arruinan la Voyager 1, no hay reemplazo.
  3) También sorprende que puedan controlar con tanto detalle y reconfigurar de forma remota un equipo fabricado en los años 70, con RAM medida en kB. Parece que hubo una visión de futuro enorme al momento del diseño.

  • Las naves Voyager fueron diseñadas, con base en la experiencia de diseño y operación obtenida con Mariner y Pioneer, para funcionar automáticamente durante mucho tiempo sin demasiada intervención manual. Los sistemas principales tienen redundancia múltiple y pueden encenderse y apagarse de forma remota.
    El personal del programa se ha ido renovando, pero no al punto de poner en riesgo su continuidad. Además, la gestión del programa ha sido hábil en el trato con la prensa y en las conexiones políticas, así que ha logrado seguir asegurando presupuesto operativo. Contrasta con misiones como Magellan, que fue sacada de la órbita de Venus dejando algunas zonas sin cartografiar, aunque todavía le quedaba propelente.
    En JPL había, o tengo entendido que había, un sistema de retiree badge que permitía a empleados jubilados seguir entrando a las oficinas. Muchos programas recibieron una gran ayuda de especialistas meticulosos que básicamente iban todos los días sin cobrar, y aprender de gente así era un verdadero privilegio.
  • Me sorprende la enorme cantidad de conocimiento organizacional que se necesita para seguir operando algo después de tantos años. No es algo que se resuelva dándole unas cuantas páginas de manual a alguien que acaba de incorporarse.
    Mucha gente debe haberse jubilado, pero aun así siguen entendiendo la complejidad del diseño. También deberíamos entender y priorizar esto en los sistemas que construimos hoy.
  • Hay un documental sobre el equipo que mantiene viva la misión Voyager, It's Quieter in the Twilight: https://www.youtube.com/watch?v=8vJT8AW0wYw
  • Sobre lo de “¿no es que tampoco tienen equipo de prueba local?”, creo que es muy probable que tengan uno o más simuladores. En términos actuales, sería algo cercano a un gemelo digital.
    Supongo que uno se mantiene reflejando siempre el estado actual de la sonda, sincronizándose con datos de estado recibidos periódicamente desde la nave real. Con otros simuladores pueden probar cambios de gestión para ver cómo responde el sistema.
  • Hace poco también se recuperaron de un problema con un módulo de RAM fallado, y ahora la velocidad del enlace de radio quizá esté por debajo de kbit/s.

• Dicen que “los tubos de combustible dentro de los propulsores se obstruyeron con dióxido de silicio, un efecto secundario del envejecimiento dentro del tanque de combustible de la nave”, y me pregunto de dónde sale exactamente el SiO2 en una nave espacial. ¿Será algún material a base de silicona?
  Viendo más, dicen que “se obstruyeron con dióxido de silicio, un subproducto generado por el envejecimiento del diafragma de goma del tanque de combustible de la nave”[0]. Probablemente sea goma de silicona. No sabía que la goma pudiera descomponerse y convertirse en arena.
  [0] https://science.nasa.gov/missions/voyager-program/voyager-1/...

  • La estructura usa helio para inflar, dentro de un tanque viejo de Ti, una vejiga de goma que incluye Teflon, y así empujar el combustible de hidrazina (N2H4). Parece que el N2H4 era lo bastante agresivo como para degradar incluso esos materiales de la era espacial.
    1: https://ntrs.nasa.gov/api/citations/19810001583/downloads/19...
  • La goma de silicona parece extraerse de SiO2, así que podría ser una impureza. O quizá sea alguna reacción en la que el Si y el O se desprenden del polímero, aunque no sé bien si eso es posible.
    https://en.wikipedia.org/wiki/Silicone_rubber
  • No necesariamente tiene que ser silicona. El SiO2 es un componente necesario en todas las formulaciones de goma.

• Hace dos semanas, en !!Con, Bruce Wagoner, del programa Voyager, presentó cómo recuperaron el problema de memoria CMOS que ocurrió hace un año.
  Básicamente es depuración a ciegas con una latencia de ida y vuelta de 45 horas.
  La charla es excelente y muestra muy bien la arquitectura de las computadoras de la nave y las dificultades de trabajar con documentación tan antigua que se contradice entre sí o ya no se puede leer.
  https://youtu.be/dF_9YcehCZo?si=W_b3NJ7vgxaYS1__

• La misión Voyager es un logro realmente impresionante. Da asombro pensar en el diseño y la artesanía casi sublimes que debieron entrar en ese hardware, y en el conocimiento profundo a nivel institucional necesario para mantenerlo funcionando hasta hoy.

• Este parece un mejor enlace: https://science.nasa.gov/missions/voyager-program/voyager-1/...

• Me alegra ver que le ganaron más tiempo a Voyager. Hace poco vi este excelente documental sobre Voyager: https://www.itsquieterfilm.com/

• El mes pasado tuve el gran gusto de ver a Bruce Waggoner, del equipo de Voyager, dar la keynote en !!Con. La grabación se subió a YouTube hace unos días, así que el timing viene perfecto: https://www.youtube.com/watch?v=dF_9YcehCZo

• Después de 47 años de operación, todavía queda combustible para corrección de actitud. Me pregunto cómo lograron eso.

  • No quiero restarle mérito a lo impresionante que son las sondas Voyager, pero parece que desde el principio llevaban bastante hidrazina. Según “Engineering the Voyager Uranus mission”, la misión extendida después de Saturno no era un requisito de diseño, pero siempre se la protegió como opción mientras no perjudicara los objetivos principales en Júpiter o Saturno.
    Se calculó que Voyager 2 tenía una probabilidad de 60–70% de aguantar 5 años más, muy por debajo de los criterios habituales de probabilidad de éxito de NASA, pero se decidió enviarla a Urano.
    Incluso después del sobrevuelo de Urano, Voyager 2 todavía tenía el 48% de la hidrazina que se había cargado por primera vez en sus tanques ocho años y medio antes.
    [1]: doi:10.1016/0094-5765(87)90096-8 (se puede encontrar en science hub)
  • Si mal no recuerdo, usa una especie de fuente de energía nuclear. No es algo como un reactor, sino un dispositivo mucho más simple que genera electricidad a partir del calor producido por la desintegración radiactiva.
  • ¿Hay que considerarla solar?

• Había oído que los documentales sobre Voyager eran buenos y quería ver uno con mi hija, pero NASA sigue haciendo documentales con material anticuado e incompleto. Para cuando Voyager realmente vaya más allá de lo que conocemos, ¿cuántas historias increíbles más se habrán acumulado?

  • Si hablas de documentales sobre Voyager pero no dices de cuál, no hay forma de saberlo. Hay muchos, y es difícil juzgar cuál es bueno antes de verlo completo. Estaría bueno que dijeras cuál querías ver.
    Sinceramente, es una pena que ahora haya tantos documentos a los que ya no se puede acceder.

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