Programma Voyager

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Raffigurazione artistica della Voyager 2

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 (2015) 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 (2015) 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]

Le sonde Voyager hanno massa 773 kg, di cui 105 kg sono strumenti scientifici. Le due identiche sonde Voyager sono sistemi stabilizzati su tre assi.

I pianeti e satelliti visitati dalle Voyager

Computer[modifica | modifica wikitesto]

Le Voyager dispongono di tre microprocessori RCA 1802 a 6,3 MHz. 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. L'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.

Comunicazioni[modifica | modifica wikitesto]

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/s, con punte di 1,4 kBit/s 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.

Fotocamere[modifica | modifica wikitesto]

L'Imaging Science Subsystem (ISS), costituito da un ampio angolo e una fotocamera ad angolo ristretto, è una versione modificata della fotocamera Vidicon a lenta scansione che è stata utilizzata nei voli Mariner. L'ISS consiste in due telecamere, ciascuna con otto filtri ognuno in una rotella controllabile montata davanti alla Vidicon. Una di esse ha una risoluzione di 200 mm di lunghezza focale dell'obiettivo grandangolare con un'apertura di f/3, mentre l'altro utilizza una risoluzione più alta da 1500 m con angolo di f/8.5.

Voyager spacecraft structure.jpg

Strumenti scientifici[modifica | modifica wikitesto]

  • Imaging Science System (ISS) – Ha utilizzato un sistema formato da 2 telecamere (a stretto campo e a largo campo) per acquisire immagini di Giove, Saturno e altri oggetti nella traiettoria.
  • Radio Science System (RSS) – Ha utilizzato il sistema di telecomunicazioni della sonda per determinare le proprietà fisiche dei pianeti e dei satelliti (ionosfere, atmosfere, masse, campi gravitazionali, densità), l'ammonto e grandezza della distribuzione dei materiali negli anelli di Saturno e le dimensioni di questi
  • Infrared Interferometer Spectrometer (IRIS) – Ha investigato sulla composizione atmosferica di pianeti e satelliti.
  • Ultraviolet Spectrometer (UVS) – Ha misurato le proprietà atmosferiche e la radiazione
  • Triaxial Fluxgate Magnetometer (MAG) – Ha investigato sui campi magnetici di Saturno e Giove e l'interazione del vento solare e del campo magnetico interplanetari con il vento solare e il campo magnetico interstellari
  • Plasma Spectrometer (PLS) – Ha investigato sulle proprietà macroscopiche degli ioni al plasma e sugli elettroni nel campo elettrico da 5 eV a 1 keV
  • Low Energy Charged Particle Instrument (LECP) – Ha misurato le differenze nei flussi di energia e la distribuzione angolare di ioni ed elettroni e le differenze nella composizione degli ioni carichi 
  • Cosmic Ray System (CRS) – Determina l'origine e i processi di accelerazione, la storia della vita e il contributo dinamico dei raggi cosmici interstellari, la nucleo-sintesi degli elementi nelle fonti di raggi cosmici, il comportamento di questi nello spazio interstellare medio e l'ambiente delle particelle energetiche planetarie intrappolate
  • Planetary Radio Astronomy Investigation (PRA) – Ha utilizzato un ricevitore radio a frequenza spazzata per lo studio dei segnali radio e delle emissioni di Giove e Saturno.
  • Photopolarimeter System (PPS) – Ha utilizzato un telescopio Cassegrain di tipo Dahl-Kirkham  da 6 pollici e f/1.4 con una rotella contenente 5 analizzatori da 0,60 , 120 , 45 e 135 gradi e un'altra con 8 bande spettrali con una copertura da 2350 a 7500A per raccogliere informazioni sulla composizione dei giganti gassosi, sulle proprietà della dispersione atmosferica e sulla densità di questi pianeti
  • Plasma Wave System (PWS) – Fornisce continue misurazioni indipendenti dei profili della densità degli elettroni di Giove e Saturno e informazioni basilari sull'interazione locale delle onde di particelle, utile nello studio delle magnetosfere

Alimentazione[modifica | modifica wikitesto]

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. 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.

Voyager Interstellar Mission (VIM)[modifica | modifica wikitesto]

Rielaborazione delle immagini di Giove e delle sue lune riprese dalla Voyager 1. In alto a sinistra Io, al centro Europa, sotto Ganimede e a destra Callisto.

La missione primaria delle Voyager è stata completata nel 1989, con il passaggio ravvicinato di Nettuno della Voyager 2. La Voyager Interstellar Mission (VIM) è un'estensione della missione, che ha avuto inizio quando i due veicoli spaziali erano già in volo da oltre 12 anni. La Divisione Eliofisica del NASA Science Mission Directorate ha condotto una Heliophysics Senior Review nel 2008. L'analisi ha rilevato che la VIM "è una missione che è assolutamente da continuare", e che il finanziamento VIM " è vicino al livello ottimale ed è garantito dal finanziamento e miglioramento del DSN (Deep Space Network)".

Alla data attuale, le piattaforme di scansione delle Voyager, insieme a tutti gli strumenti della piattaforma, non è più alimentata. Lo spettrometro a raggi ultravioletti (UVS) della Voyager 1 è stato attivo fino al 2003, quando è stato disattivato. Le operazioni giroscopiche si concluderanno nel 2015 per la Voyager 2 e il 2016 per la Voyager 1. I giroscopi sono utilizzati per ruotare la sonda di 360 gradi sei volte all'anno per misurare il campo magnetico della sonda, che viene 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.

Bibliografia[modifica | modifica wikitesto]

Voci correlate[modifica | modifica wikitesto]

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