Voyager Bunca Yıldan Sonra Hala Nasıl Konuşuyor?

[ad_1]

Teknoloji haber kanalları, son zamanlarda, bilgisayardan gelen garip sinyallerle ilgili hikayelerle dolup taşıyordu. yolcu 1. Olağan şüpheliler olağan sonuçlara atlarken – uzaylılar!! – anormallik için sağlam bir açıklamanın yokluğunda, bazılarımız bu olaya, şu anda 40 yaşını aşan iki Voyager uzay aracının hala bizimle sürekli temas halinde olduğu gerçeğine hayret etmek için bir fırsat olarak baktık. Dünya’ya geri döndü ve bu, hayal edilebilecek en düşmanca ortamlardan birinde yaklaşık 20 milyar kilometre katetmiş olmasına rağmen.

Birçok NASA programı gibi, Voyager da orijinal tasarım hedeflerini çok aştı ve hala bu güne kadar faydalı bilim verilerini rapor ediyor. Ama bu nasıl mümkün olabilir? 1970’lerin radyo teknolojisi, ikiz uzay sondalarına sadece dış gezegenleri keşfetme konusundaki birincil görevlerini yerine getirmelerine izin vermekle kalmayıp, aynı zamanda yıldızlararası uzaya genişletilmiş bir göreve gitmelerine ve hala iki yönlü temas halinde kalmalarına izin verdi. ? Görünüşe göre, Voyager’ın radyosunda büyülü bir şey yok – sadece sağlıklı bir fazlalık çizgisiyle tecrübeli sağlam mühendislik ve yıllar boyunca biraz iyi şanslar.

Büyük Yemek

Birçok yönden Apollo sonrası gezegen keşfi çağını tanımlayan bir program için, Voyager şaşırtıcı bir şekilde erken tasarlandı. Karmaşık görev profilinin kökenleri, 1970’lerin sonlarında gerçekleşecek olan dış gezegenlerin hizalanmasından yararlanmak için planlanan 1960’ların ortalarındaki “Gezegensel Büyük Tur” konseptindeydi. Bir sonda, doğru zamanda fırlatılırsa, Jüpiter, Satürn, Uranüs ve Neptün’e, başlangıçtaki güç artışından sonra, sonunda onu yıldızlararası uzaya götürecek bir rotaya fırlatılmadan önce, yalnızca yerçekimi yardımlarını kullanarak ulaşabilecektir.

Tüm dış gezegenleri ziyaret etme fikri, vazgeçilemeyecek kadar çekiciydi ve Jüpiter’in kostümlü prova olarak hizmet eden Pioneer misyonlarının başarısıyla, Voyager programı tasarlandı. Tüm NASA programları gibi, Voyager’ın da belirli birincil görev hedefleri vardı, proje yöneticilerinin başarabileceklerinden makul ölçüde emin oldukları minimum bir gezegen bilimi deneyleri seti. Voyager uzay aracı bu temel görev hedeflerini karşılamak için tasarlandı, ancak planlamacılar ayrıca araçların son gezegensel karşılaşmalarından sonra da hayatta kalacağını ve boşluğu geçerken değerli veriler sağlayacağını umuyorlardı. Ve böylece hem uzay aracındaki hem de yerdeki donanım bu umudu yansıtıyor.

Voyager birincil reflektörü, 1975 dolaylarında üretiliyor. Çanağın gövdesi petek alüminyumdan yapılmıştır ve grafit emdirilmiş epoksi laminat kaplamalarla kaplanmıştır. Bitmiş yemeğin yüzey hassasiyeti 250 μm’dir. Kaynak: NASA/JPL

Hem Derin Uzay Ağı’nın (DSN) daha önce derinlemesine ele aldığımız yer istasyonlarının hem de Voyager uzay aracının en belirgin fiziksel özelliği, parabolik çanak antenleridir. Ölçek farklı olsa da – 70 metreye kadar genişliğe sahip DSN spor teleskopları – Voyager ikizlerinin her biri Titan IIIE fırlatma aracının kaportasına sığabilecek en büyük çanakla fırlatıldı.

Voyager Yüksek Kazançlı Anten (HGA) şeması. Cassegrain optiklerinin yanı sıra S-bandına (2.3-GHz) şeffaf olan ancak X-bandını (8.4-GHz) yansıtan frekans seçici alt reflektöre dikkat edin. Büyütmek için tıklayın. Kaynak: NASA/JPL

Her Voyager uzay aracındaki Yüksek Kazanç Anteninin (HGA) birincil yansıtıcısı, 3,7 metre çapında bir parabolik çanaktır. Çanak, grafit emdirilmiş epoksi laminat deri ile kaplanmış petek alüminyumdan yapılmıştır. Reflektörün yüzeyi, hem yukarı bağlantı hem de aşağı bağlantı için kullanılan S-bandında (2.3 GHz) ve X-bandında (8.4) kullanım için gerekli olan 250 μm’lik bir yüzey hassasiyeti ile yüksek derecede pürüzsüzlükte tamamlanmıştır. GHz), yalnızca aşağı bağlantıdır.

DSN’deki Dünya’ya bağlı benzerleri gibi, Voyager antenleri de birincil reflektörün odağında bir Frekans Seçici Alt Reflektör (FSS) kullanan bir Cassegrain reflektör tasarımıdır. Alt reflektör, gelen X-bandı dalgalarını, X-bandı besleme boynuzunun bulunduğu birincil çanağın merkezine doğru odaklar ve düzeltir. Bu düzenleme, X-bandında yaklaşık 48 dBi kazanç ve 0.5°’lik bir huzme genişliği sağlar. S-bandı düzenlemesi, alt reflektörün içine yerleştirilmiş besleme boynuzu ile biraz farklıdır. Alt reflektör malzemesinin frekans seçici yapısı, S-bant sinyallerinin içinden geçmesine ve birincil reflektörü doğrudan aydınlatmasına izin verir. Bu, S-bandında 2.3° ışın genişliği ile yaklaşık 36 dBi kazanç sağlar. Ayrıca, alt reflektör tertibatının Dünya’ya bakan tarafında bulunan az çok kardioid radyasyon desenli düşük kazançlı bir S-bant anteni var, ancak bu sadece görevin ilk 80 günü için kullanıldı.

İki Birdir

Her Voyager otobüsündeki on bölmeden üçü, Radyo Frekansı Alt Sisteminin veya RFS’nin vericilerine, alıcılarına, yükselticilerine ve modülatörlerine ayrılmıştır. Tüm yüksek riskli uzay görevlerinde olduğu gibi, artıklık oyunun adıdır – RFS’deki hemen hemen her olası tek arıza noktasının bir tür yedeği vardır, her ikisinde birden fazla durumda görev tasarrufu sağladığı kanıtlanmış bir mühendislik tasarım kararıdır. son 40 yılda uzay aracı.

Yukarı bağlantı tarafında, her Voyager’ın iki S-bant çift dönüşüm süperhet alıcısı vardır. 1978 yılının Nisan ayında, Jüpiter ile planlanan karşılaşmasından sadece bir yıl önce, ana S-bandı alıcısı. yolcu 2 Uzun bir süre boyunca Dünya’dan herhangi bir komut almayan uzay aracındaki arıza koruma algoritmaları tarafından kapatıldı. Yedek alıcı açıldı, ancak bunun, öncelikle Dünya’nın hareketinden dolayı frekanstaki Doppler-kayması değişikliklerini ayarlamak için tasarlanan faz kilitli döngü devresinde kötü bir kapasitör olduğu bulundu. Görev kontrolörleri, uzay aracına birincil alıcıya geri dönmesini emretti, ancak bu yine başarısız oldu ve ayrıldı. yolcu 2 yerden komuta edilecek herhangi bir yol olmadan.

Neyse ki, hata koruma rutinleri, bir hafta iletişimsizlikten sonra yedek alıcıyı tekrar açtı, ancak bu, kontrolörleri bir sıkışmada bıraktı. Göreve devam etmek için, uzay aracına komuta etmek için bozuk yedek alıcıyı kullanmanın bir yolunu bulmaları gerekiyordu. DSN kontrolörlerinin, tahmin edilen Doppler kaymasına dayalı olarak yukarı bağlantı frekansının ne olacağına dair bir tahminde bulunduğu karmaşık bir şema geliştirdiler. Sorun şu ki, kötü kapasitör nedeniyle, sinyalin alıcının kilit frekansının 100 Hz içinde olması gerekiyor ve bu frekans, alıcının sıcaklığı ile derece başına yaklaşık 400 Hz değişiyor. Bu, kontrolörlerin mevcut kilit frekansını belirlemek için haftada iki kez testler gerçekleştirmesi gerektiği ve ayrıca uzay aracındaki sıcaklığı değiştirebilecek herhangi bir komutla bağlantı kurduktan sonra uzay aracının üç gün boyunca termal olarak stabilize olmasına izin vermesi gerektiği anlamına gelir.

Çift Downlink

Voyager’da kullanılan S-bandı ve X-bandı güç amplifikatörlerine benzer bir Apollo dönemi TWTA. Kaynak: Ken Shirriff

İletim tarafında, hem X-bandı hem de S-bandı vericileri ayrı uyarıcılar ve yükselticiler kullanır ve yine artıklık için her birinin birden çok katı kullanılır. Aşağı bağlantı esas olarak X-bant vericisi aracılığıyla olmasına rağmen, iki S-bant uyarıcısından herhangi biri, iki farklı güç amplifikatöründen birine beslenebilir. Bir Katı Hal Amplifikatörü (SSA), besleme borusuna 6 W veya 15 W seçilebilir bir güç çıkışı sağlarken, ayrı bir yürüyen dalga tüp amplifikatörü (TWTA) 6,5 W veya 19 W sağlar. frekans referansı olarak S-bant uyarıcıları kullanın, her biri yüksek kazançlı antene 12 W veya 18 W gönderebilen iki özel TWTA’dan birini kullanın.

Radyo sisteminin aşağı bağlantı tarafında yerleşik olan yedeklilik, her iki uzay aracında da birincil görevi kurtarmada rol oynayacaktır. 1987 yılının Ekim ayında, yolcu 1 X-bandı TWTA’lardan birinde bir arıza yaşadı. Bir yıldan biraz fazla bir süre sonra, yolcu 2 aynı sorunu yaşadı. Her iki uzay aracı da diğer TWTA’ya geçebildi ve yolcu 1 ünlüleri geri göndermek Güneş sisteminin “Aile Portresi” Dünya’nın Soluk Mavi Nokta resmi dahil ve yolcu 2 1989’da Neptün’ün yanından geçerken verileri geri göndermek için.

Daha yavaş ve daha yavaş

Voyager sistemlerindeki radyo sistemleri, öncelikle gezegen uçuşlarını desteklemek için tasarlandı ve bu nedenle, DSN’ye mümkün olduğunca fazla bilimsel veri akışı sağlamak için optimize edildi. Dış gezegenlerin her birine yakın yaklaşımlar, her bir uzay aracının, uçuşlar sırasında, gemideki on bilim aletinden maksimum veri üretimi anında, çarpıcı biçimde hızlanması anlamına geliyordu. Darboğazlardan kaçınmak için, her Voyager, bilim verilerini daha sonra aşağı bağlantı için ara belleğe almak için, aslında 8 kanallı bir teyp destesi olan bir Dijital Teyp Kaydedici (DTR) içeriyordu.

Ayrıca, her bir Voyager’a olan artan mesafe, uydu bağlantısı bilim verileri için mevcut olan bant genişliğini büyük ölçüde azalttı. Uzay aracı Jüpiter’in ilk uçuşunu yaptığında, veriler saniyede 115.200 bit nispeten canlı bir hızda aktı. Şimdi, uzay araçlarının her biri tam bir ışık günü uzaklıkta yaklaşırken, veriler yalnızca 160 bps hızında damlar. Yukarı bağlantılı komutlar daha da yavaştır, yalnızca 16 bps’dir ve 18 kW güç kullanarak DSN’nin 70 metrelik çanak antenlerinden uzaya gönderilir. Mevcut 23 milyar kilometrelik mesafe boyunca yukarı bağlantı yolu kaybı yolcu 1 200 dB’yi aşıyor; aşağı bağlantı tarafında, DSN teleskoplarının attowatt’a (10) zayıflamış bir sinyali kazması gerekir.-18 W) aralığı.

Bu radyo sistemlerinin yolcu 1 ve yolcu 2 onlar hala gezegensel görevlerinin ana bölümündeyken hiç çalışmamış olmaları, kutlamaya değer bir teknik başarıdır. Her iki uzay aracının da uzayda geçen kırk yılın zorluklarına ve çoklu sistem arızalarına rağmen hala iletişim halinde olması neredeyse bir mucize.

[ad_2]
Kaynak : https://hackaday.com/2022/06/08/how-is-voyager-still-talking-after-all-these-years/

Yorum yapın

SMM Panel PDF Kitap indir