A cuarenta años después de que partieron de la Tierra, las naves Voyager 1 y Voyager 2 de la NASA se siguen comunicando con nosotros mientras se adentran cada vez más en el espacio profundo. Las dos naves espaciales están mucho más allá de los planetas del sistema solar y la Voyager 1 actualmente está acelerando a través del espacio interestelar, más allá de la heliosfera.
Figura 1. Concepción artística de la nave Voyager. Cortesía NASA.
Orígenes
La misión Voyager fue diseñada para aprovechar una rara alineación de los planetas exteriores que se dió a fines de los años 70. Esto permitió realizar una travesía por los cuatro planetas con un mínimo de gasto propelente y tiempo de viaje. Esta posición relativa de Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno, que ocurre cada 175 años, permite que una nave espacial en una trayectoria de vuelo diseñada ex-profeso navegue de un planeta a otro sin la necesidad de emplear grandes sistemas de propulsión a bordo. El vuelo sobre cada planeta modifica la trayectoria de la nave y aumenta su velocidad lo suficiente como para entregarla al siguiente destino. Usando esta técnica de "asistencia gravitatoria", demostrada por primera vez con la misión Mariner 10 Venus / Mercury de la NASA en 1973-74, el tiempo de vuelo a Neptuno se redujo de 30 a 12 años.
Si bien se sabía que la misión de cuatro planetas era posible, se consideró que era demasiado costoso construir una nave espacial que pudiera recorrer la distancia, llevar los instrumentos necesarios y durar el tiempo suficiente para lograr una misión tan larga. Por lo tanto, las Voyager fueron financiadas para llevar a cabo estudios intensivos de sobrevuelo de Júpiter y Saturno solamente. Se estudiaron más de 10,000 trayectorias antes de elegir las dos que permitirían acercamientos estrechos de Júpiter y su gran luna Io, y a Saturno y su gran luna Titán; la ruta de vuelo elegida para la Voyager 2 también conserva la opción de continuar hacia Urano y Neptuno.
Las Voyager 1 y Voyager 2 fueron lanzadas por la NASA en el verano de 1977 desde Cabo Cañaveral, Florida. La Voyager 2 se lanzó el 20 de agosto de 1977, primero que la Voyager 1, lo cual es una fuente de confusión. Posteriormente, el 5 de septiembre de 1977, se lanzó la Voyager 1. De acuerdo al diseño original de la misión, las Voyager realizarían estudios sobre Júpiter y Saturno, los anillos de Saturno y las lunas más grandes de los dos planetas.
Sin embargo, a medida que las naves volaron a través del sistema solar, se fueron reprogramando para dotarlas de mayores capacidades de las que poseían cuando abandonaron la Tierra. Su misión de dos planetas se convirtió en cuatro. Eventualmente, entre las dos, Voyager 1 y 2 explorarían todos los planetas exteriores gigantes de nuestro sistema solar, 48 de sus lunas y los sistemas únicos de anillos y campos magnéticos que poseen esos planetas. Sus vidas de cinco años se extendieron a 12 y más. En la Figura 2 se muestra la trayectoria de las dos sondas en su viaje sobre el sistema solar.
Figura 2. Trayectoria de las sondas Voyager. Cortesía JPL.
Tecnología resistente al tiempo.
Las sondas Voyager se fabricaron con tecnología de los años 70´s del siglo pasado, por lo que en comparación a la tecnología actual son muy primitivas. Sin embargo fueron diseñadas tan bien, que hasta la fecha muchas de sus funciones operan todavía.
Por ejemplo, las computadoras a bordo de las sondas Voyager contienen un total de 68 kilobytes de memoria. Eso es suficiente para almacenar un archivo promedio jpeg. Los datos que registran se almacenan en grabadoras magnéticas digitales de 8 pistas, las cuales se sobre-escriben con nueva información una vez que ésta se transmite a la Tierra. Las computadoras de las sondas Voyager son capaces de ejecutar aproximadamente 81,000 instrucciones por segundo. En comparación, un teléfono inteligente típico es unas 7,500 veces más rápido.
Las comunicaciones de enlace ascendente se realizan a través de la banda S (velocidad de comando de 16 bits / seg) mientras que un transmisor de banda X proporciona telemetría de enlace descendente a 160 bits / seg normalmente y 1.4 kbps para la reproducción de datos de ondas de plasma de alta velocidad. Todos los datos se transmiten y reciben en la nave espacial a través de la antena de alta ganancia (HGA) de 3,7 metros. En comparación, una conexión de internet lenta puede entregar al menos 56 kilobits por segundo.
El subsistema de control de orientación y articulación (AACS) controla la orientación de la nave espacial, mantiene el apuntamiento de la antena de alta ganancia hacia la Tierra, controla las maniobras de orientación y posiciona la plataforma de exploración.
La Voyager 1 tiene tres generadores termoeléctricos de radioisótopos (RTG) que utilizan el calor generado por una reacción nuclear que utiliza el isótopo de plutonio 238 para calentar termopares y transformar el calor directamente en energía eléctrica. Estos generadores producían en total aproximadamente 470 Watts de potencia eléctrica en el momento del lanzamiento. Como la potencia que generan los RTG disminuye con el tiempo (debido a la vida media de 87.7 años del combustible y la degradación de los termopares), en la actualidad la potencia que entregan es de menos de 250 Watts. A medida que la potencia eléctrica disminuye, las cargas de potencia en la nave espacial deben apagarse para evitar que la demanda exceda el suministro. A medida que se desconectan las cargas, se eliminan algunas capacidades de la nave espacial.
Operación constante
Cuando se lanzaron, se supuso que las naves Voyager perderían contacto con la Tierra a los pocos años de iniciada la misión. Sin embargo, incluso con 40 años de vuelo espacial, las Voyager todavía están enviando datos valiosos. Es por esto que, de acuerdo a Suzanne Dodd, la gerente del proyecto Voyager, “...Hoy las Voyager 1 y 2 son tan saludables como pueden ser las personas mayores...Cada una de ellas ha tenido diferentes dolencias a lo largo de los años". Por ejemplo, "Voyager 2 es sorda: cada vez que enviamos un comando a la nave espacial tenemos que ponerla en dos frecuencias diferentes para que la nave espacial lo escuche. Voyager 1 no tiene un instrumento operativo de ciencia de plasma, y lo que eso significa es que no puede sentir directamente el viento solar y las partículas cargadas de alta energía provenientes del sol ", dijo Dodd.
El equipo científico se comunica con la Voyager 1 y 2 todos los días y, por lo general, necesita al menos cuatro horas para realizar todas sus comprobaciones de salud y seguridad. En un día típico, los investigadores podrían emplear unas 8 horas enviando comandos y recibiendo datos. El software original de control y análisis de las naves espaciales fue escrito en Fortran 5 (más tarde transferido a Fortran 77). Algunos de los programas se encuentran todavía en Fortran, aunque algunos módulos han sido traducidas a lenguaje C.
La potencia de transmisión de comunicaciones de la Voyager 1 es de unos 20 Watts, más o menos lo que consume una bombilla de luz de un refrigerador. Para cuando la señal llega a la Tierra, la potencia se ha reducido a aproximadamente a 10-16 Watts. Para recibir la señal, la NASA opera el Deep Space Network, un sistema de comunicaciones con antenas en California, España y Australia, (cada una con una separación de aproximadamente 120 grados, de manera que se cubre toda la Tierra). En cada uno de estos sitios se tienen antenas parabólicas muy grandes, -entre 30 y 70 metros de diámetro, aproximadamente- que reciben las señales y las amplifican a niveles apropiados para su procesamiento. A la fecha, la operación de las sondas Voyager, es un ejemplo de lo que la buena ingeniería espacial puede producir.
El Disco Dorado
Como una botella arrojada al océano cósmico, cada una de las sondas Voyager 1 y 2, lleva un Disco Dorado, un disco de cobre cubierto con oro de 12 pulgadas de diámetro que contiene un mensaje de la humanidad para quien lo recupere. El contenido del disco fue seleccionado para la NASA por un comité presidido por Carl Sagan de la Universidad de Cornell, Alabama. El disco contiene saludos en 55 idiomas humanos, así como sonidos naturales tan diversos como el llanto de un niño, el canto de un gallo y los cantos de las ballenas jorobadas. También contiene 115 imágenes que muestran diferentes aspectos de la vida en la Tierra, 27 piezas musicales tradicionales de diferentes culturas de todo el mundo y un ensayo que cuenta la historia de nuestro planeta desde su formación más temprana, la evolución de la vida y el desarrollo de la tecnología hasta el presente. Cada disco está envuelto en una cubierta protectora de aluminio junto con un cartucho y una aguja, e instrucciones que explican cómo reproducir el disco, así como indicaciones del sitio en el que se originó la nave espacial.
Figura 3. Carl Sagan y el Disco Dorado.
Figura 4. Localización del Disco Dorado en el Voyager 1. Cortesía NASA.
En el futuro, los científicos de la NASA tendrán que decidir qué instrumentos apagar para conservar la energía de los generadores nucleares de la nave espacial, algunos instrumentos estarán funcionando hasta el año 2025, y quizás más. Las comunicaciones se mantendrán hasta que la fuente de energía nuclear de la nave espacial ya no pueda suministrar suficiente energía eléctrica para alimentar funciones críticas. Hasta entonces, todavía hay mucho que aprender sobre el límite de nuestra heliosfera y lo que se encuentra más allá en el espacio entre las estrellas.
Un pálido punto azul
El 14 de febrero de 1990, Voyager 1 tomó una fotografía de la Tierra desde una distancia de 6,000 millones de kilómetros y aproximadamente a 32 grados por encima de la eclíptica. Desde esa gran distancia, la Tierra es un mero punto de luz, menos que el tamaño de un elemento de imagen. Esta fotografía inspiró al científico Carl Sagan a realizar un video denominado Un pálido punto azul, en el que hace una reflexión filosófica sobre lo insignificante que es la Tierra en la vastedad del universo.
Figura 5. Pálido Punto Azul. Cortesía NASA.
Las dos sondas Voyager han expandido enormemente nuestro conocimiento del espacio exterior ya que han transmitido asombrosas imágenes del sistema solar que nos han permitido conocer en mayor detalle los sistemas planetarios de Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno.
A la fecha, Voyager 1 es el objeto fabricado por el hombre más distante de la Tierra. La nave sigue viajando a través del espacio interestelar a aproximadamente a 61,000 kilómetros por hora y se encuentra a una distancia de más de 21 mil millones de kilómetros de la Tierra. La Voyager 1, voló más allá de Júpiter y Saturno, y luego se inclinó hacia el norte fuera del plano de las órbitas de los planetas.
En la actualidad, la Voyager 2 está mucho más cerca de la Tierra que la Voyager 1, a casi 18 mil millones de kilómetros de nosotros y se dirige en dirección opuesta a la Voyager 1, es decir hacia el polo sur celeste.
La misión de las Voyager representa hasta la fecha el viaje de descubrimiento más ambicioso de la humanidad. La información que han enviado las dos sondas ha revolucionado las ciencias planetarias y nos ha dado información valiosa para conocer el origen y evolución de los planetas en nuestro sistema solar.
A la velocidad a la que se mueven actualmente, las sondas Voyager, tardarán unos 40,000 años en acercarse a la estrella más cercana a nuestro sistema solar y eventualmente orbitarán toda la galaxia con un periodo del orden de cientos de millones de años. Es asombroso pensar que es muy posible que las sondas continúen su viaje interestelar mucho tiempo después de que la Tierra se haya desintegrado a causa del envejecimiento del sol, y sean testigos silenciosos del desarrollo tecnológico que lograron los seres humanos en la Tierra.
Para mayor información sobre la misión Voyager, consultar el sitio oficial de NASA: https://voyager.jpl.nasa.gov/
