Programma Voyager

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Una sonda spaziale Voyager

Il programma Voyager è un programma scientifico statunitense che ha condotto al lancio nel 1977 di due sonde spaziali, chiamate Voyager 1 e Voyager 2, per l'esplorazione del sistema solare esterno.

Nella fase iniziale del programma entrambe le sonde hanno osservato i pianeti Giove e Saturno. La sonda Voyager 2 è stata in grado di osservare anche i pianeti Urano e Nettuno sfruttando un allineamento planetario vantaggioso che si verificò alla fine degli anni settanta. A oggi (2013) Voyager 2 è l'unica sonda ad aver effettuato un passaggio ravvicinato di Urano e di Nettuno.

Entrambe le sonde hanno prodotto grandi quantità di informazioni sui giganti gassosi del sistema solare. In particolare i dati ottenuti da Voyager 2 sulla massa di Nettuno hanno consentito di porre limiti all'ipotetica esistenza di nuovi pianeti massicci situati oltre l'orbita di Plutone (un pianeta di questo tipo è detto comunemente Pianeta X). Attualmente le due sonde stanno fornendo dati utili a caratterizzare l'eliopausa, la regione in cui la pressione esercitata dalle particelle del vento solare diminuisce fino diventare pari a quella delle particelle provenienti dall'esterno del sistema solare.

A differenza delle sonde del Programma Pioneer, ormai non più funzionanti, entrambe le sonde Voyager continuano a oggi (2013) a trasmettere dati alle stazioni a terra mentre stanno viaggiando verso l'esterno del sistema solare. Le batterie termoelettriche a isotopi radioattivi di cui sono dotate consentono ancora diversi anni di vita operativa (stimata fino al 2025), anche se diversi strumenti sono stati via via disattivati per ridurre l'assorbimento di energia. A partire dalla fine del 2003 la sonda Voyager 1 ha iniziato l'attraversamento dell'eliopausa. Al 7 luglio 2013 si ritiene che la sonda si trovi in una regione del sistema solare denominata elioguaina. Voyager 1 ha raggiunto una distanza di 100 Unità Astronomiche (UA) dal Sole il 15 agosto 2006. Nel 2013 ha raggiunto una distanza di circa 125 UA dal Sole. Voyager 2 ha raggiunto una distanza di 100 UA dal Sole il 7 novembre 2012.

Le due sonde sono state costruite presso il Jet Propulsion Laboratory, struttura finanziata dalla NASA. A bordo di ognuna di esse si trova una copia del Voyager Golden Record, un disco registrato che contiene immagini e suoni della Terra insieme a una selezione musicale. Sulla custodia del disco, anch'essa metallica, sono incise le istruzioni per accedere alle registrazioni in caso di ritrovamento.

Le sonde spaziali Voyager[modifica | modifica wikitesto]

Il disco a bordo delle Voyager

Le due identiche sonde Voyager sono sistemi stabilizzati su tre assi; utilizzano un controllo di orientamento giroscopico oppure a navigazione celeste per mantenere il puntamento dell'antenna ad alto guadagno verso la Terra. Le Voyager dispongono di tre microprocessori RCA 1802 a 6,3 MHz, e il carico scientifico trasportato è composto da 10 strumenti (per un totale di 11 possibili esperimenti, se si include la radioastronomia effettuata tramite il segnale di collegamento). Al 2013 su Voyager 1 sono attivi solo 5 strumenti (altri due sono attivi ma difettosi), mentre su Voyager 2 sono attivi quattro strumenti e un quinto è attivo solo parzialmente.

I dati sono gestiti dal Flight Data Subsystem (FDS, Sottosistema dei dati di volo) e da un singolo registratore a nastro (DTR) ad otto tracce. L'FDS coordina le operazioni dei vari strumenti, raccoglie dati ingegneristici e scientifici e li prepara per la trasmissione a Terra. il DTR è utilizzato per registrare dati ad alta velocità dal plasma Wave Subsystem (PWS). I dati contenuti sul nastro sono mandati a Terra ogni sei mesi.

Il computer command subsystem (CCS, sottosistema del computer di comando) fornisce funzioni di controllo e di coordinazione. Il CCS contiene routine fisse, come la decodifica dei comandi e cosa fare in caso di errori.

Lo Attitude and Articulation Control Subsystem (AACS, Sottosistema di controllo dell'orientamento e dei bracci meccanici) controlla l'orientamento della sonda, mantiene il puntamento preciso dell'antenna ad alto guadagno verso la Terra, controlla le manovre di orientamento e posiziona le piattaforme con gli strumenti.

La comunicazione verso la sonda è effettuata in banda S a 16 bit per secondo, mentre un trasmettitore in banda X rimanda a Terra i dati rilevati a 160 bit/sec, con punte di 1,4 kBit/sec per i dati ad alta velocità del PWS. Tutti i dati sono trasmessi e ricevuti tramite l'antenna ad alto guadagno di 3,7 metri di diametro.

La corrente elettrica necessaria al funzionamento della sonda e degli strumenti è fornita da tre generatori termoelettrici a radioisotopi (RTG). Attualmente essi forniscono circa 285 Watt ad ogni sonda. Via via che la potenza fornita dai generatori diminuisce, alcune parti della sonda devono essere spente. Oggi la piattaforma di entrambe le sonde, e con essa gli strumenti contenuti, è spenta. Lo spettrometro ultravioletto del Voyager 1 è rimasto acceso fino al 2003, quando anch'esso è stato spento. I giroscopi continueranno a funzionare fino al 2015 per il Voyager 2 e fino al 2016 per il Voyager 1. Sono utilizzati per ruotare la sonda su sé stessa di 360 gradi una volta ogni due mesi. Questo consente di misurare il campo magnetico della sonda stessa, che è poi sottratto dai dati scientifici del magnetometro.

Le due sonde sono ancora in grado di operare e di mandare a Terra dati scientifici. Entrambe hanno abbastanza energia elettrica e carburante per poter funzionare fino a circa il 2020, anche se il totale esaurimento della potenza elettrica disponibile avverrà non prima del 2025, quando non sarà più sufficiente per alimentare alcuno strumento scientifico.

I generatori termoelettrici a radioisotopi sono alimentati da plutonio e al momento del lancio fornivano circa 470 Watt di potenza a 30 volt DC. Il plutonio-238 è radioattivo, e decade con un'emivita di circa 85 anni, perciò gli RTG che lo usano perdono un fattore 1 - \sqrt[85]{0.5}, o circa lo 0,81%, di potenza ogni anno. Dopo 23 anni dal lancio, questi RTG potrebbero fornire circa 390 Watt, o circa l'83% della potenza iniziale. Dato che le termocoppie usate per convertire l'energia termica in energia elettrica si degradano anch'esse, all'inizio del 2001 la potenza elettrica disponibile per il Voyager 1 era di 315 Watt, e di 319 per il Voyager 2. La potenza disponibile è comunque maggiore di quanto previsto teoricamente prima del lancio.

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