Un fuego en la oscuridad: la Voyager 1 enciende sus impulsores 37 años después de su último uso

Por Daniel Marín, el 6 diciembre, 2017. Categoría(s): Astronáutica • NASA • Sistema Solar ✎ 113

Es probable que cuando se lanzó no hubieses nacido. Y mejor no hablamos si tenemos en cuenta cuando fue construida. Me refiero a la Voyager 1, que, situada a 21.146 millones de kilómetros de la Tierra, es el artefacto humano más lejano… y lo será por mucho tiempo hasta que otra nave salga del sistema solar a más de 17 km/s, que es la velocidad con la que se aleja del Sol esta veterana sonda. De hecho, desde 2012 la Voyager 1 se encuentra técnicamente en el espacio interestelar después de haber superado la heliopausa, la frontera invisible del reino del Sol. Y si te parece increíble que esta nave y su hermana sigan funcionando cuatro décadas después en un entorno tan hostil, agárrate, porque la Voyager 1 ha encendido algunos de sus motores… ¡37 años después de su último uso!

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Voyager (NASA).

Si queremos que la larga vida de las Voyager sirva de algo estas deben mantener la antena de alta ganancia de 3,66 metros de diámetro apuntada hacia la Tierra con un error de 0,1º, lo que requiere el encendido de los propulsores de la nave de tanto en cuanto —la nave se orienta y sabe dónde apuntar su antena gracias a la propia señal de comunicaciones, un sensor solar y dos sensores de la estrella Canopus (aunque la Voyager 1 también toma Alfa Centauri como referencia)—. Para ello las Voyager fueron equipadas con 16 impulsores de 0,89 newtons de empuje a base de hidrazina. Doce de estos impulsores —AP (Attitude Propulsion)— sirven para controlar la orientación de la nave y forman dos grupos redundantes. Los otros cuatro fueron diseñados para maniobras de cambio de trayectoria más energéticas. Precisamente, estos cuatro propulsores, denominados TCM (Trajectory Correction Maneuver), no se habían usado desde 1980 y se mantenían en estado de reserva.

Sonda Voyager. Se aprecia la posición de los propulsores (NASA).
Sonda Voyager. Se aprecia la posición de los 16 propulsores (NASA).

En 2014 saltaron las alarmas del equipo de las Voyager cuando comprobaron que las prestaciones de los propulsores de orientación se estaba deteriorando muy rápidamente, consumiendo más y más hidrazina en cada encendido (curiosamente, ambas sondas han sufrido la pérdida de uno de estos impulsores a lo largo de su misión, uno encargado del giro en la Voyager 1 y otro encargado del cabeceo y la guiñada en la Voyager 2). Pese a que la cantidad de combustible que se usan los impulsores es muy pequeña, una sola gota es preciosa. Al fin y al cabo nadie va a ir hasta allí para rellenar el depósito. Ambas naves fueron lanzadas con 104 kg de hidrazina almacenados en un tanque de titanio de 71 centímetros de diámetro situado en el cuerpo central del vehículo. La alimentación de hidrazina a los propulsores se asegura mediante helio presurizado a 3,1 megapascales. Antes del problema con los impulsores la NASA calculaba que la Voyager 1 tenía reservas de hidrazina hasta 2040 y hasta 2034 para la Voyager 2 (esta última realizó dos sobrevuelos planetarios adicionales, Urano y Neptuno, por lo que gastó más combustible durante los mismos). O sea, más que de sobra.

Pero la disminución en las prestaciones de los propulsores de la Voyager 1 amenazaba con acabar con la vida útil de la sonda antes incluso de que los tres generadores de radioisótopos (RTG) dejasen de generar la potencia eléctrica necesaria para operar la nave. Cierto es que la pérdida en prestaciones no era dramática, pero iba a más. Hasta ese momento el principal factor que limitaba las operaciones de la Voyager 1 eran los RTG. Había que buscar una solución para que la nave siguiese explorando el espacio interestelar. Fue entonces cuando la NASA sopesó la opción de usar los cuatro propulsores TCM que no se habían empleado desde el 8 de noviembre de 1980 antes del encuentro con Saturno. Al haber sido usados durante menos tiempo que el resto no deberían mostrar signos de degradación y, por lo tanto, la sonda podría ahorrar una preciosa cantidad de hidrazina. El problema es que estos propulsores fueron programados para funcionar de manera continua en vez de con pulsos de diez milisegundos, como el resto. El equipo actual de la Voyager 1 ha tenido que llevar a cabo una auténtica labor de arqueología espacial para estudiar la documentación del software de la nave —en ensamblador— y asegurarse de que los propulsores TCM son capaces de generar impulsos de muy corta duración sin riesgo de perder la misión.

Sistema de propulsión de las Voyager (NASA).
Sistema de propulsión de las Voyager (NASA).

Finalmente, el 28 de noviembre la Voyager 1 encendió los propulsores TCM por primera vez en cuarenta años… y funcionaron como estaba previsto, aunque hubo que esperar nada menos que 19 horas para confirmar el éxito de la prueba: el tiempo que tarda la luz en viajar desde el espacio interestelar hasta nuestro planeta. Un pequeño gran logro. Y un auténtico tributo a los que diseñaron las Voyager. Ahora el equipo de las Voyager planea usar estos propulsores de manera rutinaria a partir del próximo enero. No obstante, la elección también tiene sus desventajas, ya que es necesario calentar estos propulsores antes de cada uso hasta los 116 ºC, un requisito complicado dado el escaso presupuesto energético proporcionado por los RTG (cada calefactor tiene 1,4 vatios de potencia mínima a 30 voltios). Cuando los generadores de radioisótopos no generen la suficiente potencia eléctrica será imposible usar los calefactores y entonces se volverán a usar los propulsores de control de posición a pesar de que estén degradados. La intención de la NASA es que la Voyager 2 también use los propulsores TCM para alargar la misión, aunque paradójicamente los propulsores normales no han mostrado el mismo grado de desgaste que los de su hermana pese a su mayor uso.

Los 16 propulsores monopropelentes de cada Voyager son del exitoso modelo MR-103, hoy en día comercializado por Aerojet Rocketdyne. Con un peso inferior a los 200 gramos por unidad y diseñados para una vida útil de 400.000 encendidos (!), distintas variantes de la familia MR-103 se han usado en casi todas las sondas de la NASA, incluidas Cassini, New Horizons o las sondas marcianas, además de todo tipo de satélites (de hecho, son idénticos a los usados por los satélites GPS). Estos propulsores, como todos los monopropelentes, no necesitan sistema de ignición. Usan un catalizador espontáneo a base de aluminio para descomponer la hidrazina (N2H4) en una mezcla de nitrógeno, amoniaco e hidrógeno. Se trata de una reacción fuertemente exotérmica y los gases alcanzan unos 1000 ºC. Las Voyager usan hidrazina ultra pura fabricada por Olin Chemicals después de comprobar que la hidrazina comercial —que tiene menos del 0,5% de anilina— causaba la degradación paulatina de los propulsores.

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Propulsor MR-103G parecido a los MR-103 de las Voyager (Aerojet Rocketdyne).

Pero, independientemente de los ahorros de hidrazina, las Voyager tienen los días contados por culpa de sus RTG. Los generadores de las Voyager (del modelo MHW-RTG) siguen perdiendo unos 4,3 vatios de potencia cada año de forma inexorable por culpa de la desintegración de los 4,5 kg de plutonio-238. La NASA calcula que se requieren 200 vatios para mantener operativa la Voyager 1 sin ningún instrumento científico en activo, una cifra que es ligeramente inferior en el caso de la Voyager 2 (198 vatios). La mayor parte de esta potencia se destina a emitir a través de la antena principal una señal de solo 20 vatios (¡menos que muchas bombillas!). Aunque los instrumentos principales se apagaron hace tiempo y únicamente se mantienen los experimentos asociados con el estudio de partículas y el plasma, a partir de 2020 la NASA se verá obligada a desconectar para siempre estos instrumentos uno a uno debido la falta progresiva de potencia eléctrica. La muerte de las dos sondas tendrá lugar en algún momento a partir de 2025 aproximadamente.

RTG de las Voyager (NASA).
RTG de las Voyager (NASA).
Instrumentos activos en las Voyager (NASA).
Instrumentos activos en las Voyager (NASA).

Otro factor que limita la misión es la comunicación. Desde el año 2010 la NASA solo puede comunicarse con la Voyager 1 usando las antenas más grandes de la red de espacio profundo (DSN) de la NASA, de 70 metros de diámetro. Dentro de poco la Voyager 2 también requerirá el empleo de estas antenas, más caras de usar, con la complejidad añadida de que no todas las antenas de la DSN pueden apuntar a la nave debido a su posición en el cielo. Y tampoco se puede desdeñar la pérdida de conocimiento a medida que la documentación original se pierde o el personal involucrado en la misión se jubila o fallece. En este punto llama especialmente la atención el problema relativo al software de las naves.

Las sondas tienen una memoria de solo 4 KB —sí, kilobytes, no megabytes— en dos procesadores redundantes, lo que provocó que los programadores usasen todo tipo de trucos para exprimir al máximo las limitadas capacidades computacionales de la sonda. Si a eso añadimos todo tipo de parches y expansiones que ha sufrido el software en estos años, tenemos un código increíblemente caótico que requiere de un enorme grado de experiencia para ser interpretado. La NASA mantiene simuladores de software para asegurarse de que cualquier instrucción que se envíe a las sondas no termine en desastre, pero cuesta mucho formar a los jóvenes programadores en las arcanas artes del software de los años 70.

El viaje de estos mensajeros de la humanidad no terminará cuando envíen su última señal. Las dos sondas seguirán vagando por el espacio interestelar para siempre. Dentro de cuarenta mil años la Voyager 1 pasará a 1,6 años luz de la estrella AC+79 3888 en la constelación de Camelopardalis. Esperemos que para entonces ya la hayamos adelantado.

Referencias:

  • https://voyager.jpl.nasa.gov/mission/status/
  • https://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?release=2017-310&rn=news.xml&rst=7014


113 Comentarios

  1. Siempre imaginé a una avanzada de la humanidad esperando dentro de 40.000 años a la Voyager en su llegada a la zona cercana a AC+79 3888, con una gran fiesta de bienvenida…como se merece.

  2. La sonda está ya a casi 2 días-luz. Llamar a la sonda y esperar respuesta supone media semana. No está nada mal. Ya podría considerarse una sonsa interestelar.

  3. Sin duda, una de las sondas mas especiales y que mas cariño tengo y aunque naci mucho mas tarde, desde que abri los ojos, ha recorrido aproximadamente 1.45 *10^10 kilometros 😀

  4. Qué auténtica pasada. Soy de los que aún no había nacido cuando el último encendido.

    ¿No se podrían equipar este tipo de naves con un acumulador eléctrico, tipo condensador, para los picos de más consumo? Hasta permitiría usar otros isótopos de mayor vida, aun con menos potencia.

    Gracias Daniel por otro artículo fascinante.

        1. ¿Y el proyecto Kilopower de NASA (minirreactores de fisión) podría aplicarse a este tipo de sondas o solo serviría para dar energía a futuras bases en Marte?

        2. Mmm, creo que sabes algo que nosotros no con respecto a la pregunta.
          La formulo de otra forma: Los instrumentos cientificos, consumen potencia constante o aumentan este consumo cuando son requeridas? Es que poseen un calefactor o algo por el estilo estos instrumentos? Si uno los apaga, como los que llevan años apagados, no pueden volver a ser encendidos? Resultan dañados/descalibrados por el frio?
          Porque si no, si un instrumento consume solo cuando es necesario usarlo y por ejemplo uno de ellos requeriría a 30[V], 120[W] durante 1 hora para realizar la medición (osea 4[A/h] a 30[V]) y al generador RTG a 30[v] solo le sobra 12[W] (solo puede brindar 0.4[A/h]) entonces no podrías obviamente usar este instrumento. Pero si dispusieses de una batería recargable (supongamos una de buena calidad que tras 40 años aun carga mas o menos bien), así por mas que este baja la generación del RTG, uno podría cargar esa batería durante 10 horas a 0.4[A/h] o durante 20 horas a 0.2 [A/h] o durante 40 horas a 0.1[A/h] (en caso de que siga empeorando el RTG y cada vez brinde menos energia) . La cosa es que tras cargar la batería, podrías usar ese instrumento durante una hora a la potencia necesaria de 4[A].
          Claro que a la hora de diseñar la sonda, el RTG sobraba para la mision primaria, y quizas nadie penso que podria llegar a durar tanto como lo hizo y el costo de una bateria en ese momento no era viable bajo esa vision. Pero es factible el uso de una bateria o super capacitor acompañado al RTG para administrar la energia cuando esta no pueda brindarla continuamente? O nos estamos salteando algo?

          1. Te saltas la respuesta que te ha dado:
            Los condensadores y las baterías tienen una vida muy corta.

            Además yo añado que la temperatura no es buena amiga de las baterías.

            Y eso con la tecnología de ahora, cuando se lanzaron no es que fuera una solución complicada o con peros, es que directamente no era factible.

  5. Gracias por el artículo. Es excelente.

    Quizás sería bueno de ser posible que algunas de las Voyager encienda la cámara y tome alguna foto del sistema solar desde su perspectiva actual antes de morir, aunque la maniobra le quite un año de vida.

      1. en esa foto lo que se ve es la tierra, lo que estamos diciendo es que le haga una foto al sistema solar entero, para ver nuestro sol como si fuera una simple estrella

  6. Pregunto, que clase de beneficio científico esta aprovechando hoy en día de las Voyager, osea , que es trabajo científico que puede hacer estas sondas a este estado de vejes.

    1. No conozco puntualmente, pero en líneas generales, hoy en dia toma datos del medio interestelar. Gracias a la Voyager1 se pudo comprobar la existencia de la heliopausa y sus características. La Voyager2 entiendo q está cerca de llegar a ese punto, asique van a ser dos mediciones independientes de las características del limite del sistema solar.
      Saludos!

    2. Fundamentalmente estudiosdel medio interestelar aunque esten “ciegas” con las camaras apagadas, y posibles sorpresas que puedan desvelarse de su señal de radio y telemetria del estilo de las anomalias de las Pioneer.

    3. Relativamente recientemente se ha descubierto, gracias a la Voyager 1, que la heliopausa no termina abruptamente, sino que se forman pequeñas «burbujas» magnéticas. Actualmente hay discusiones respecto a dónde debería apuntar el campo magnético y si realmente se está en espacio interestelar o todavía se está en el Sistema Solar… todavía queda tela que cortar.

      Y aunque no sea el caso de las Voyager, hay que tener siempre una cosa en mente a la hora de valorar el cierre de un proyecto semejante: retomarlo llevará décadas con las tecnologías actuales, así que a poco que sea plausible obtener más datos, vale la pena esperar. Misiones como esta no se envían todos los días, y más en nuestros tiempos, mucho menos favorables a los estudios científicos del Sistema Solar.

    4. Las Voyager son de las pocas fuentes que nos proporcionan información de primera mano sobre el Espacio Extrasolar. Otra fuente podría ser el objeto OUMUAMUA, si enviáramos una sonda para estudiarlo. Pero varios en este foro (para decepción de otros), opinan que eso no será posible

    5. El simple hecho de estar allí, enviando señales es un referente para las nuevas generaciones de científicos, es un hito, una empresa que representa a la humanidad puesto que lleva parte de nuestra historia, hay que tener visión 😉

      1. No pudo hacer el 2º encendido de inserción orbital por lo que quedó en una orbita mucho más amplia de la planeada. De ahí que haya recolección de datos cada 53 dias en vez de 14. Nada catastrofico pero atenta contra la ansiedad.

  7. Para mi estas sondas son las mas especiales de todas, son a las que mas cariño les guardo, por todo lo que han hecho, por quienes intervinieron en su desarrollo, entre ellos el gran Carl Sagan, por el mensaje que llevan, por lo que han sobrevivido, por lo lejos que han viajado, etc. Mira que hasta en Star Trek salieron. En fin. Que Gran entrada Daniel, Felicidades!!!

    1. Hola Rubén, tengo curiosidad por ver la peli de Star Trek donde salen la Voyager. ¿Recuerdas en cual de la pelis?
      ¿En alguna otra peli salen bien recreadas?
      Gracias.

      1. no soy ruben , pero si me permites el comentario , sale en star trek 1 la película , a muchos trekkies no les gusta , pero personalmente si . Para mi el argumento es bueno .

      2. En Star Trek V, que todos coinciden en que es la peor de las seis con la tripulacion del Enterprise original, sale una de las Pioneer solo para ser destruida por un ave de presa Klingon. Con chillido incluido.

  8. Eso, realmente fascinante Daniel, gracias !!! artículo a la altura de lo que se merecen estas dos sondas que, para que repetir, son las mas venerables y especiales de todas. Que construcción, que materiales, que mano de obra, que programación !!! vaya, los elogios que se puedan hacer serian pocos para todo el equipo que las diseño. Que desgraciadamente, con tantos años muchos ya no estan para disfrutar de su exito. tristeza pensar eso…
    Por mi parte, tenía 3 años cuando encendio estos motores por ultima vez, y ahora 37 años despues, los encienden como si nada hubiera pasado… cuesta creerlo, la verdad. Y mas aún que sean unos motores tan versátiles y un diseño tan flexible que permita utilizarlos para un fin que no fue el originalmente previsto. Hay que quitarse el sombrero. Y se piensa enseguida aunque no se quiera, en Juno…. definitivamente las cosas no las fabrican como antes.
    Por lo de la foto del sistema solar desde esa distancia, rayos pense en lo mismo, pero creo que no sería posible, empezando por la velocidad de transmisión de datos actual, que debe ser super-lenta, y cuesta bastante captar esa señal, mas aun que no estan todas las antenas disponibles solo para ellas (debe ser bien dificil repartir tiempo entre todas las misiones que requieren de la red) y bueno, al final no creo que serviria de gran cosa. El sol debe verse como una estrella entre otras…nada mas.
    Pero asi da curiosidad, cual fue la última imagen trasmitida por estas sondas, antes de dejar el sistema solar?

  9. Gracias por tan precioso artículo, una joya digna de que la lleve al espacio la Voyager cuando vuelva reforzada por extraterrestres. 🙂

    Ya me hubiera gustado, a los 19 años, cuando la lanzaron, saber de qué iba lo de la Voyager esa de la que hablaban en nuestra radio transistor, de la que tampoco sabía porqué su marca Vanguard se debía a un satélite, que ahora es el más antiguo aún en órbita.

  10. Me encanta el título del artículo. Evoca a los descubridores en las selvas infinitas llenas de peligros. Evoca a la humanidad, ciega en la oscuridad, un faro en el mar, una botella con un mensaje dentro…. Gran artículo. Gracias de nuevo Daniel por estos ratos en los que echamos a volar la imaginación

  11. Ola, algunos nacíamos en aquel entonces mientras esta sonda se lanzaba. A medida que se van cumpliendo años, cuando uno reflexiona sobre hechos como éste, se da cuenta de lo breve que es nuestro paso por el planeta Tierra, pero sobre todo, de lo inconmensurable de las distancias en el Cosmos. En estos 37 años, un ingenio humano navegando a gran velocidad, “sólo” ha conseguido alejarse 19 horas-luz de nosotros, da vértigo cuando hablamos de años-luz para referirnos a distancias interestelares…

    Dos apuntes más: me gustaría ver el aspecto de la nave viajando, las marcas de pequeños impactos en sus antenas, el deterioro de los colores y su estado general, como los mosquitos que vemos en el frontal y parabrisas de un coche después de un largo viaje. Por último, echo de menos algún comentario de Carl Sagan, si viviera, ante este hito y la presencia de las Voyager en el espacio interestelar…

  12. Excelente entrada. Mi admiración hacia los hombres que diseñaron, construyeron y han mantenido al Voyager 1 y 2 durante estos años. Y también a la máquina como creación humana.
    Pero además me trae recuerdos. Además de recordar a Veyer en una de las primeras películas de Star Trek, recuerdo una conferencia en el Aerotec de 1980 donde el ponente (siento no recordar su nombre y no lo he encontrado en internet) nos contaba las peripecias del Viajero 1 y 2 junto a las de los Pioneros 10 y 11.

  13. Recuerdo la emoción que sentí, a mis diez años, cuando se difundieron las imágenes de las Voyagers pasando por Júpiter… Qué maravilla estas sondas, mensajeros solitarios de la humanidad en la inmensidad del espacio…

  14. Bueno Daniel, otra entrada de diamante en tu blog que no puede faltar en tu libro ^_^. Me la he leído dos veces y llevo toda la mañana (re)empapándome de la misión Voyager.

    Como ejemplo dejo esta cosita: https://youtu.be/FzRP1qdwPKw

    Un comentario. No entiendo bien la frase “Desde hace poco la Voyager 2 también requiere el empleo de estas antenas, más caras de usar, con la complejidad añadida de que no todas las antenas de la estación de Australia pueden apuntar a la nave debido a su posición en el cielo. ” Cada localización de la DSN tiene una única antena de 70m…

    Un abrazo,

    Juan Carlos—
    @ApuntesCiencia

      1. Por su localización en el cielo Voyager 2 es sólo visible desde Camberra, entiendo. Madrid y Goldstone ven a Voyager 1.

        Estaba curioseando https://eyes.nasa.gov/dsn/dsn.html y he pillado a dos antenas de 34 m de Canberra (la 34 y la 36) haciendo downlink de Voyager 2 (VGR2). Tengo captura ^_^

        Juan Carlos—
        @ApuntesCiencia

  15. Excelente artículo Daniel. Que sonda mas extraordinaria!
    Hay que felicitar al equipo de programadores que no es tarea fácil leer código en assembler y mucho menos modificarlo! Los programadores jóvenes están acostumbrados a que sobren recursos por todos lados y no tienen idea de lo que cuesta escribir un código eficiente.

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