Afbeelding tegoed: NASA
Diepe ruimte is koud. Heel koud. Dat is een probleem, vooral als je in een oud ruimteschip vliegt. En je voedingen nemen af. En de brandstofleidingen kunnen elk moment vastlopen. Oh, en trouwens, je moet nog dertien jaar blijven vliegen.
Het klinkt als een science fiction-thriller, maar dit gebeurt echt met het ruimtevaartuig NASA / European Space Agency Ulysses.
Ulysses werd in 1990 gelanceerd tijdens een vijfjarige missie om de zon te bestuderen. Het vaartuig verzamelde nieuwe gegevens over de snelheid en richting van de zonnewind. Het ontdekte de 3D-vorm van het magnetische veld van de zon. Het registreerde zonnevlammen op de zon en superzonnevlammen van verre neutronensterren. Ulysses vloog zelfs door de staart van komeet Hyakutake, een onverwachte ontmoeting waar astronomen blij mee waren.
De missie zou in 1995 eindigen, maar Ulysses was te succesvol om te stoppen. NASA en de ESA hebben drie verlengingen verleend, meest recentelijk in februari 2004. Ulysses zal tot 2008 doorgaan, dertien jaar langer dan oorspronkelijk gepland.
De uitgebreide missie van Ulysses is, zoals voorheen, het bestuderen van de zon. Maar op dit moment is Ulysses ver van onze ster. Het heeft een ontmoeting met Jupiter, die de gigantische planeet en zijn magnetische veld bestudeert. Het zonlicht is 25 keer minder intens dan wat we op aarde ervaren, en Ulysses wordt gevaarlijk koud.
In de jaren 80, toen Ulysses nog op aarde was en werd geassembleerd, wisten missieplanners dat het ruimtevaartuig wat lage temperaturen zou moeten doorstaan. Dus plaatsten ze tientallen verwarmingselementen aan boord, allemaal aangedreven door een radio-isotoop thermo-elektrische generator, of 'RTG'. Deze kachels hebben Ulysses comfortabel warm gehouden.
Maar er is een probleem: de RTG vervaagt.
"Het uitgangsvermogen van de RTG is afgenomen sinds het ruimtevaartuig werd gelanceerd", zegt Nigel Angold, de Ulysses ESA Spacecraft Operations Manager bij JPL. RTG-energie neemt van nature af als de radioactieve bron vervalt. Dat is zoals verwacht. Wat planners niet hadden verwacht, was 13 jaar extra operaties.
“Toen Ulysses in 1990 werd gelanceerd, produceerde de RTG 285 watt. Nu is het nog maar 207 watt - amper genoeg om de wetenschappelijke instrumenten en de verwarmingstoestellen tegelijkertijd te laten werken, 'merkt Angold op.
Binnen Ulysses varieert de temperatuur van plaats tot plaats. 'Veel van de wetenschappelijke instrumenten zijn al onder het vriespunt (0 C)', zegt Ulysses-warmtetechnicus Fernando Castro. "Dat is oké, want ze kunnen op lage temperatuur werken." Maar de brandstofleidingen zijn een andere zaak. Ze zweven ongeveer 3 graden boven nul, "en als ze bevriezen, hebben we problemen."
Brandstofleidingen zijn cruciaal voor de missie. Ze leveren hydrazine-drijfgas aan de acht stuwraketten van het schip. Elke week vuren grondcontrollers de stuwraketten af om de radioantenne van Ulysses in de richting van de aarde te houden. De stuwraketten werken niet als het hydrazine bevriest. Geen stuwraketten betekent geen communicatie. De missie zou verloren gaan.
Ongeveer acht meter brandstofleiding slingert door het ruimteschip. Elke draai en draai is een mogelijke koude plek, een plek waar het hydrazine kan beginnen te stollen. "Als het hydrazine ergens bevriest, weet ik niet of we het weer veilig kunnen ontdooien", baart Castro zorgen. Wanneer hydrazine ontdooit, zet het uit, mogelijk genoeg om de brandstofleidingen te scheuren. Het drijfgas van Ulysses zou nutteloos de ruimte in sissen.
De temperatuur op een bepaald punt langs de brandstofleidingen is verbijsterend gevoelig voor wat er elders in het ruimtevaartuig gebeurt. Het aanzetten van een wetenschappelijk instrument "hier" kan een rilling "daar" veroorzaken, omdat het de stroom van een van de verwarmingselementen afneemt. Een boegschroef afvuren, gegevens afspelen of opnemen: bijna alles kan de delicate thermische balans van Ulysses verstoren.
Boven: het ingewikkelde interieur van Ulysses. Donkere blokken zijn wetenschappelijke instrumenten en andere apparaten. Brandstofleidingen, aangegeven met rood, blauw en groen, leiden van een centrale hydrazinetank naar de stuwraketten. Klik hier om de gebieden te bekijken die het meest kwetsbaar zijn voor bevriezing.
Zelfs de simpele handeling om het ruimtevaartuig een bericht te sturen kan problemen veroorzaken. Systeemingenieur Andy McGarry herinnert zich: “Vorige maand stuurden we een aantal nieuwe commando's naar Ulysses toen de temperatuur begon te dalen, tot wel 0,8 graden C bij de brandstofleidingen. We waren minder dan een graad verwijderd van het vriespunt van hydrazine - te dichtbij voor comfort. '
Ingenieurs ontdekten snel het probleem. "Alle wetenschappelijke instrumenten van Ulysses waren geactiveerd om Jupiter te bestuderen", legt McGarry uit, "en dit spande de RTG tot het uiterste." Ulysses zou moeite hebben om nog een apparaat te ondersteunen. Maar toen er een signaal van de aarde kwam, ging er automatisch een ander apparaat aan: de decoder, die radiosignalen vertaalt in een stroom van binaire enen en nullen die door de computers van Ulysses worden begrepen. 'De decoder stal stroom van de verwarmingstoestellen.'
Sindsdien hebben grondverkeersleiders geleerd om hun uitzendingen naar Ulysses kort te houden, zodat de temperatuur niet ver kan dalen.
Ulysses staat op het punt zich van Jupiter af te wenden en terug te gaan naar de zon. Uiteindelijk zal zonneverwarming het hydrazine warm houden en kunnen de boordverwarmers worden uitgeschakeld, "maar dat zal pas in 2007 gebeuren", zegt Angold. Ondertussen houden ingenieurs van JPL het ruimtevaartuig constant in de gaten.
Missiewetenschapper Steve Suess van het NASA Marshall Space Flight Center vindt het de moeite waard. "De uitgebreide missie geeft ons de kans om veel meer over de zon te leren." Van bijzonder belang is het Solar Minimum. De zonneactiviteit wordt om de 11 jaar groter en kleiner, legt hij uit. Ulysses bestudeerde de rustige fase van de zon, Solar Minimum, tussen 1994 en 1995. Nu mag Ulysses het opnieuw doen. "Het volgende Solar Minimum moet rond 2006 zijn", zegt Suess, "maar het zal niet meer hetzelfde zijn als voorheen." In 2001 sloeg het magnetische veld van de zon om. De noordpool verschoof naar het zuiden en vice versa. Magnetisch gesproken staat de zon nu ondersteboven. Welke invloed heeft dat op Solar Minimum?
Misschien komt Ulysses erachter? als het niet eerst doodvriest.
Oorspronkelijke bron: NASA Science Story
