ボイジャー1号、数十億マイル離れた地でスラスター詰まり問題を乗り越える

> の Wonder Theory 科学ニュースレターに登録してください。 魅力的な発見や科学の進歩などのニュースで宇宙を探検しましょう。

>
—

NASAのエンジニアたちは、ボイジャー1号が数十年使用していなかった一連のスラスタを正常に始動させ、47年の歴史を持つ宇宙船が数十億マイル離れた地球と通信できない問題を解決することに成功した。

1977年9月5日にボイジャー1号が宇宙に打ち上げられたとき、この探査機が今日でもまだ稼働しているとは誰も予想していませんでした。

ボイジャー1号は、その非常に長いミッションの結果、太陽系の外縁部の極寒の地で部品が経年劣化し、問題に遭遇する。問題が発生すると、カリフォルニア州パサデナにあるNASAジェット推進研究所のエンジニアたちは、宇宙船が変化にどう反応するかに注意しながら、創意工夫を凝らさなければならない。

現在地球から最も遠い宇宙船であるボイジャー1号は、約150億マイル（240億キロメートル）の距離にあります。この探査機は、冥王星の軌道をはるかに超えて広がる太陽圏（太陽の磁場と粒子の泡）の外側で活動し、搭載されている機器は星間空間を直接サンプリングします。

今年初め、エンジニアたちはボイジャーのスラスタの燃料チューブが詰まったという問題を発見した。スラスタが詰まると、宇宙船を安定させるのに十分な力を発生できなくなる。ボイジャーのスラスタは、地球と通信できる方向に宇宙船を向けている。

JPLのメディア関係専門家、カラ・コフィールド氏によると、ボイジャー1号のアンテナが地球に向けられるような位置に配置されていない場合、宇宙船はミッションコントロールからのコマンドを「聞く」ことも、データを送信することもできないという。

「アンテナを地球に向け続けるスラスターが詰まれば、ミッションは終了するだろう」と彼女は語った。

研究チームは、別のスラスタに切り替えるには宇宙船にコマンドを送る必要があると認識したが、修正は簡単ではないだろう。

ボイジャー 1 号が別のスラスタ セットへの切り替えを必要としたのは、ここ数十年でこれが初めてではありません。幸いなことに、この宇宙船には 3 セットのスラスタが搭載されています。2 セットは姿勢推進スラスタで、1 セットは軌道修正操作専用です。

ボイジャー1号は、1979年と1980年にそれぞれ木星と土星などの惑星の近くを飛行した際に、さまざまな目的でスラスタを使用しました。

現在、宇宙船は太陽系から離れる方向に一定の経路で移動しているため、アンテナを地球に向け続けるために必要なのはスラスター 1 セットだけです。スラスターに燃料を供給するために、液体ヒドラジンがガスに変換され、1 日に約 40 回の短い噴射で放出され、ボイジャー 1 号が正しい方向を向くようにしています。

時間が経つにつれ、エンジニアたちは、燃料タンクのゴム製ダイヤフラムの劣化による副産物である二酸化ケイ素でスラスター内部の燃料チューブが詰まる可能性があることを発見した。スラスターが詰まると、発生する力が弱まる。

2002年、チームはボイジャー1号に姿勢制御スラスターの第1セットに詰まりの兆候が見られたため、第2セットに切り替えるよう指示した。2018年、第2セットも詰まりが見られたため、エンジニアは再び軌道修正スラスターに切り替えた。

しかし、チームが最近、ボイジャーの軌道修正スラスターの状態を確認したところ、以前の2組のスラスターよりもさらに詰まっていた。

チームが6年前にボイジャーを軌道修正スラスターに切り替えた当初、チューブの開口部の幅は0.01インチ（0.25ミリメートル）だった。しかし現在では、詰まりにより0.0015インチ（0.035ミリメートル）にまで狭くなっており、NASAによると、これは人間の髪の毛の半分の幅だという。

姿勢推進スラスターの別のセットに戻る時間になりました。

ボイジャー1号とその双子の探査機であるボイジャー2号が老朽化しているため、ミッションチームはヒーターを含む電力を節約するために、両方の宇宙船で重要でないシステムを徐々にオフにしてきました。その結果、ボイジャー1号のコンポーネントは冷えており、チームは、それらを温める作業を行わずに、姿勢推進スラスタの1つに即座に切り替えるコマンドをボイジャー1号に送信するだけでは不十分だと認識していました。

しかし、ボイジャー1号には、他のものをオフにせずにヒーターだけを再びオンにできるだけの電力がなく、また科学機器は、それらが再びオンにならない場合に電源を切るにはあまりにも貴重すぎると研究チームは述べた。

チームは設計図に戻って、宇宙船のメインヒーターの一つを約1時間停止すれば、エンジニアがスラスターヒーターをオンにして安全に切り替えることができることに気づいた。

この計画は成功し、8月27日までにボイジャー1号は地球との通信を維持するために元のスラスターセットの1つに再び頼るようになった。

ボイジャーの推進エンジニア、トッド・バーバー氏は、チームはスラスターの使用を減らす措置を講じており、当初のセットであと2～3年は使えると予想していると述べた。

宇宙船がこのスラスタ セットを使い果たすと、ボイジャー 1 号に残された選択肢は、すでに詰まっているもう 1 つの姿勢推進スラスタ セットになります。

「今後私たちが下す決断には、これまでよりもさらに多くの分析と注意が必要になるだろう」と、ボイジャーのプロジェクトマネージャー、スザンヌ・ドッド氏は声明で述べた。

ボイジャー2号も1999年と2019年にスラスターの交換を行っており、「状況はそれほど深刻ではない」とバーバー氏は語った。ボイジャー2号は地球から120億マイル（200億キロ）以上を旅している。

これらの長寿命の探査機によって収集された情報は、科学者が太陽圏の彗星のような形状や、太陽圏がどのようにして地球を星間空間の高エネルギー粒子や放射線から守っているかを知るのに役立っています。