NASA รักษาภารกิจ Voyager 1 ต่อด้วยการเปลี่ยนไปใช้ชุดขับดันอื่นหลังท่ออุดตัน

• Voyager 1 ที่บินมาเป็นปีที่ 47 เริ่มรักษาทิศทางการสื่อสารกับโลกได้ยากขึ้นเพราะระบบขับดันอุดตัน และ NASA ได้สลับไปใช้ชุดขับดันอื่นเพื่อให้ภารกิจดำเนินต่อไป
• การอุดตันเป็นผลจาก ซิลิคอนไดออกไซด์ ที่เกิดจากการเสื่อมสภาพของถังเชื้อเพลิงและสะสมในท่อเชื้อเพลิง โดยเส้นผ่านศูนย์กลางท่อของชุดขับดันปรับแก้วงโคจรลดจาก 0.01 นิ้วเหลือ 0.0015 นิ้ว
• ยานมีชุดขับดันสำหรับควบคุมท่าทาง 2 ชุด และสำหรับปรับแก้วงโคจร 1 ชุด หลังเริ่มพบสัญญาณอุดตันในปี 2002 และ 2018 ทางเลือกที่ใช้งานได้จึงลดลงเรื่อย ๆ
• ขั้นตอนการสลับชุดทำได้ยากเพราะข้อจำกัดด้านพลังงานและอุณหภูมิ โดย NASA ใช้วิธี ปิดฮีตเตอร์หลักประมาณ 1 ชั่วโมง เพื่อเผื่อเวลาทำให้ชุดขับดันที่จำเป็นอุ่นขึ้น
• Voyager 1 เป็นยานอวกาศลำแรกที่เข้าสู่อวกาศระหว่างดวงดาวในเดือนสิงหาคม 2012 และปัจจุบันอยู่ห่างจากโลก 15.14 พันล้านไมล์ เคลื่อนที่ด้วยความเร็ว 38,000 ไมล์ต่อชั่วโมง ทำให้การปฏิบัติการยากขึ้นเรื่อย ๆ

---

การสลับชุดขับดันของยานอวกาศอายุ 47 ปี

• Voyager 1 บินอยู่ในอวกาศมานาน 47 ปีและเก็บข้อมูลนอกระบบสุริยะมาอย่างต่อเนื่อง โดยการเสื่อมสภาพของฮาร์ดแวร์จากการบินระยะยาวกลายเป็นปัจจัยสำคัญต่อการรักษาภารกิจ
• วิศวกร NASA เพิ่งแก้ปัญหาระบบขับดันด้วยการสลับจากชุดที่พึ่งพาอยู่เดิมไปใช้ชุดขับดันอีกชุดหนึ่ง
• ตามประกาศของ NASA ไม่ใช่แค่ชุดขับดันเดิมเท่านั้น แต่ชุดขับดันที่ถูกสลับไปใช้ก็ยังมีการอุดตันหลงเหลืออยู่ด้วย

ท่อเชื้อเพลิงอุดตันและทางเลือกที่เหลือ

• ภายใน ท่อเชื้อเพลิง ของชุดขับดันมีซิลิคอนไดออกไซด์สะสมอยู่ ซึ่งเป็นผลข้างเคียงจากการเสื่อมสภาพภายในถังเชื้อเพลิงของยานอวกาศ
• Voyager 1 ใช้ชุดขับดันเพื่อปรับท่าทางให้หันไปทางโลกและรักษาลิงก์สื่อสารกับสถานีควบคุมภาคพื้นดิน
• ยานอวกาศมีชุดขับดันทั้งหมด 3 ชุด
  • ชุดขับดันสำหรับควบคุมท่าทาง 2 ชุด
  • ชุดขับดันสำหรับการซ้อมรบปรับแก้วงโคจร 1 ชุด
• ช่วงต้นของภารกิจ บทบาทของชุดขับดันแต่ละประเภทมีความสำคัญต่อการบินเฉียดดาวเคราะห์ แต่ตอนนี้ยานกำลังเดินทางเกือบเป็นเส้นตรงออกนอกระบบสุริยะ จึงอ่อนไหวต่อการเลือกใช้ชุดขับดันน้อยลง

ประวัติการสลับใช้งานจากการอุดตันที่สะสม

• ในปี 2002 ทีมภารกิจของ NASA Jet Propulsion Laboratory ตรวจพบว่าท่อเชื้อเพลิงบางส่วนในชุดขับดันควบคุมท่าทางเริ่มอุดตัน
• จากนั้นได้สลับไปใช้ชุดขับดันควบคุมท่าทางชุดที่สอง แต่ในปี 2018 ชุดนี้ก็เริ่มแสดงสัญญาณการอุดตันเช่นกัน
• หลังจากนั้นวิศวกรจึงพึ่งพา ชุดขับดันปรับแก้วงโคจร
• ตลอด 6 ปีที่ผ่านมา ชุดขับดันปรับแก้วงโคจรอุดตันรุนแรงกว่าชุดอื่นอีกสองชุด
  • เดิมเส้นผ่านศูนย์กลางช่องเข้าท่อเชื้อเพลิงคือ 0.01 นิ้ว หรือ 0.25 มม.
  • ปัจจุบันลดเหลือ 0.0015 นิ้ว หรือ 0.035 มม.
  • มีขนาดราวครึ่งหนึ่งของความกว้างเส้นผมมนุษย์
• ท้ายที่สุด NASA จึงต้องกลับไปใช้หนึ่งในสองชุดขับดันควบคุมท่าทางอีกครั้ง

ขั้นตอนที่ฝ่าข้อจำกัดด้านพลังงานและอุณหภูมิ

• การสลับชุดขับดันที่เคยเป็นเรื่องง่าย ใน Voyager 1 ปัจจุบันกลายเป็นขั้นตอนที่ต้องระมัดระวังมากขึ้นมากเพราะฮาร์ดแวร์เก่า
• ทีมควบคุมได้ปิดระบบบนยานและฮีตเตอร์บางส่วนที่ไม่จำเป็นไว้ เพื่อลดการใช้พลังงาน
• แม้จะประหยัดพลังงานได้ แต่อุณหภูมิของยานลดลง และหากเปิดใช้ชุดขับดันที่ไม่ได้ใช้งานขณะยังเย็นอยู่ก็มีความเสี่ยงที่จะเสียหาย
• เนื่องจากพลังงานมีไม่พอจนการเปิดฮีตเตอร์ที่ไม่จำเป็นกลับมาต้องปิดอุปกรณ์อื่นแทน วิศวกรจึงใช้วิธี ปิดฮีตเตอร์หลักประมาณ 1 ชั่วโมง เพื่อเผื่อเวลาให้ชุดขับดันอุ่นขึ้น
• หลังผ่านขั้นตอนนี้ กิ่งชุดขับดันที่จำเป็นก็ทำงานได้ตามปกติ

ภารกิจที่ยังดำเนินต่อในอวกาศระหว่างดวงดาว

• Suzanne Dodd ผู้จัดการโครงการ Voyager กล่าวว่า การตัดสินใจทุกอย่างจากนี้ไปต้องอาศัยการวิเคราะห์และความระมัดระวังมากกว่าในอดีตอย่างมาก
• Voyager 1 ถูกปล่อยขึ้นสู่อวกาศในปี 1977 และออกเดินทางหลังยานสำรวจฝาแฝด Voyager 2 ไม่ถึงหนึ่งเดือน
• ยานเลือกเส้นทางที่เร็วกว่า จึงออกจากแถบดาวเคราะห์น้อยก่อน และบินเข้าใกล้ดาวพฤหัสบดีและดาวเสาร์
  • ค้นพบดวงจันทร์ Thebe และ Metis ของดาวพฤหัสบดี
  • ค้นพบดวงจันทร์ใหม่ 5 ดวงรอบดาวเสาร์ และวงแหวนใหม่ที่เรียกว่า G-ring
• ในเดือนสิงหาคม 2012 ยานกลายเป็นยานอวกาศลำแรกที่ข้ามขอบเขตระบบสุริยะเข้าสู่ อวกาศระหว่างดวงดาว
• ปัจจุบัน Voyager 1 อยู่ห่างจากโลก 15.14 พันล้านไมล์ หรือ 24.4 พันล้านกม.
• ความเร็วปัจจุบันคือ 38,000 ไมล์ต่อชั่วโมง หรือ 61,155 กม./ชม.
• เมื่อต้นปีนี้ หลังส่งข้อมูลที่สถานีควบคุมภาคพื้นดินใช้งานไม่ได้เป็นเวลาหลายเดือน ยานก็ฟื้นตัวจากความผิดปกติด้านการสื่อสาร
• การรักษาภารกิจทำได้ยากขึ้นเรื่อย ๆ แต่ NASA ยังคงปฏิบัติการ Voyager 1 ต่อไป

[GN⁺]

ความคิดเห็นบน Hacker News

• ยังคงทึ่งอยู่เสมอว่าทีม Voyager ทำเรื่องแบบนี้ได้อย่างไร 1) การที่สามารถ วินิจฉัยปัญหาจากระยะไกล กับฮาร์ดแวร์ที่อยู่ไกลขนาดนี้และเก่าขนาดนี้ได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสงสัยว่าพวกเขาวัดขนาดรูของท่อขับดันได้อย่างไร
  2) กระบวนการตัดสินใจว่าจะลงมือทำอะไรนั้นก็น่าทึ่งเหมือนกัน คงไม่ได้มีอุปกรณ์ทดสอบอยู่หน้างานให้ทดลอง และต่อให้มีก็คงยากที่จะจำลองสภาพจริง ถ้าเลือกผิด ภารกิจก็อาจจบลงได้ และถ้าทำ Voyager 1 พัง ก็ไม่มีของทดแทน
  3) การที่สามารถควบคุมและปรับตั้งค่าจากระยะไกลได้ละเอียดขนาดนี้กับอุปกรณ์ที่สร้างขึ้นในทศวรรษ 1970 และมี RAM ระดับ kB ก็น่าทึ่งเช่นกัน ดูเหมือนตอนออกแบบจะมี วิสัยทัศน์ล่วงหน้าอย่างมหาศาล

  • ยานอวกาศ Voyager ถูกออกแบบโดยอาศัยประสบการณ์ด้านการออกแบบและการปฏิบัติการจาก Mariner และ Pioneer เพื่อให้ ทำงานอัตโนมัติได้เป็นเวลานาน โดยไม่ต้องมีการแทรกแซงด้วยมือมากเกินไป ระบบหลักมีการซ้ำซ้อนหลายชั้น และสามารถเปิดปิดจากระยะไกลได้
    บุคลากรของโครงการมีการผลัดเปลี่ยนกันมา แต่ก็ไม่ถึงขั้นทำให้ความต่อเนื่องตกอยู่ในความเสี่ยง อีกทั้งฝ่ายบริหารโครงการยังชำนาญด้านการรับมือสื่อและสายสัมพันธ์ทางการเมือง จึงสามารถรักษางบประมาณปฏิบัติการไว้ได้อย่างต่อเนื่อง ต่างจากภารกิจอย่าง Magellan ที่แม้ยังมีเชื้อเพลิงขับดันเหลืออยู่ แต่ก็ถูกนำออกจากวงโคจรของดาวศุกร์โดยปล่อยให้บางพื้นที่ยังไม่ได้ทำแผนที่
    เท่าที่รู้ JPL เคยมีหรือมีระบบ retiree badge ที่อนุญาตให้พนักงานเกษียณยังเข้าออกสำนักงานได้ต่อไป หลายโครงการได้รับความช่วยเหลืออย่างมากจากผู้เชี่ยวชาญรุ่นเก่าที่เคร่งครัดและมาทำงานทุกวันโดยแทบไม่ได้ค่าตอบแทน และการได้เรียนรู้จากคนเหล่านั้นถือเป็นสิทธิพิเศษจริง ๆ
  • สิ่งที่น่าทึ่งคือ ความรู้เชิงองค์กร ที่ต้องใช้มหาศาลเพื่อให้ยังปฏิบัติการต่อไปได้แม้ผ่านมานานหลายปี นี่ไม่ใช่งานที่แค่โยนคู่มือไม่กี่หน้าให้คนที่เพิ่งเข้ามาใหม่แล้วจะทำได้
    ทั้งที่หลายคนน่าจะเกษียณไปแล้ว แต่ก็ยังเข้าใจความซับซ้อนของการออกแบบอยู่ เราควรเข้าใจและให้ความสำคัญกับเรื่องแบบนี้ในระบบที่เราสร้างกันในปัจจุบันด้วย
  • มีสารคดี It's Quieter in the Twilight ที่พูดถึงทีมที่ช่วยรักษาภารกิจ Voyager ไว้: https://www.youtube.com/watch?v=8vJT8AW0wYw
  • สำหรับคำถามที่ว่า “ก็ไม่ได้มีอุปกรณ์ทดสอบในพื้นที่ใช่ไหม?” ผมคิดว่าน่าจะมี ซิมูเลเตอร์ อย่างน้อยหนึ่งตัว พูดแบบสมัยนี้ก็คงใกล้เคียงกับ digital twin
    ตัวหนึ่งอาจถูกตั้งให้สะท้อนสถานะปัจจุบันของยานสำรวจอยู่เสมอ และคอยรับข้อมูลสถานะจากยานจริงเป็นระยะ ๆ เพื่อซิงก์กัน ส่วนซิมูเลเตอร์อื่น ๆ ก็ใช้ทดสอบการเปลี่ยนแปลงด้านการจัดการเพื่อตรวจดูการตอบสนองของระบบได้
  • เมื่อไม่นานมานี้ก็เพิ่งกู้คืนจากปัญหา โมดูล RAM ที่เสีย ได้ และตอนนี้ความเร็วลิงก์วิทยุน่าจะต่ำกว่าระดับ kbit/s ด้วยซ้ำ

• ที่บอกว่า “ท่อเชื้อเพลิงภายในชุดขับดันถูกซิลิคอนไดออกไซด์อุดตัน ซึ่งเป็นผลข้างเคียงจากการเสื่อมสภาพภายในถังเชื้อเพลิงของยานอวกาศ” ผมสงสัยว่า SiO2 ในยานอวกาศมันมาจากไหนกันแน่ เป็นวัสดุกลุ่มซิลิโคนอะไรสักอย่างหรือเปล่า?
  ไปดูเพิ่มแล้วพบว่า “อุดตันด้วยซิลิคอนไดออกไซด์ ซึ่งเป็นผลพลอยได้จากการเสื่อมสภาพของไดอะแฟรมยางในถังเชื้อเพลิงของยานอวกาศ”[0] น่าจะเป็นยางซิลิโคน ผมไม่เคยรู้มาก่อนว่ายางสามารถสลายตัวกลายเป็นทรายได้
  [0] https://science.nasa.gov/missions/voyager-program/voyager-1/...

  • โครงสร้างคือภายในถัง Ti แบบเก่า ใช้ฮีเลียมอัดลูกโป่งยางที่มี Teflon อยู่ด้วย เพื่อดันเชื้อเพลิง ไฮดราซีน (N2H4) ออกมา ดูเหมือนว่า N2H4 จะแรงพอที่จะทำให้วัสดุยุคอวกาศแบบนั้นเสื่อมสภาพได้
    1: https://ntrs.nasa.gov/api/citations/19810001583/downloads/19...
  • ยางซิลิโคนน่าจะสกัดมาจาก SiO2 ดังนั้นอาจเป็นสิ่งเจือปนก็ได้ หรืออาจเป็นปฏิกิริยาบางอย่างที่ทำให้ Si และ O หลุดออกจากพอลิเมอร์ แต่ผมไม่แน่ใจว่าเรื่องแบบนั้นเป็นไปได้ไหม
    https://en.wikipedia.org/wiki/Silicone_rubber
  • ไม่จำเป็นต้องเป็นซิลิโคนเสมอไป SiO2 เป็นส่วนประกอบที่จำเป็นในสูตรยางทุกชนิด

• เมื่อ 2 สัปดาห์ก่อนที่ !!Con Bruce Wagoner จากโปรแกรม Voyager ได้นำเสนอว่าเขากู้คืนจาก ปัญหาหน่วยความจำ CMOS ที่เกิดขึ้นเมื่อหนึ่งปีก่อนได้อย่างไร
  โดยพื้นฐานแล้วเป็นการดีบักแบบมืดบอดในสภาพที่ดีเลย์ไปกลับ 45 ชั่วโมง
  การนำเสนอยอดเยี่ยมมาก และแสดงให้เห็นโครงสร้างคอมพิวเตอร์ของยานอวกาศ รวมถึงความยากลำบากในการจัดการกับเอกสารที่เก่ามากจนขัดแย้งกันเองหรืออ่านไม่ได้
  https://youtu.be/dF_9YcehCZo?si=W_b3NJ7vgxaYS1__

• ภารกิจ Voyager เป็นความสำเร็จที่น่าทึ่งจริง ๆ ฝีมือการออกแบบและการผลิตอันสูงส่งที่ใส่ลงไปในฮาร์ดแวร์ รวมถึง ความรู้เชิงลึกระดับสถาบัน ที่จำเป็นในการทำให้มันยังเดินต่อมาจนถึงตอนนี้ ชวนให้รู้สึกยำเกรงมาก

• น่าจะเป็นลิงก์ที่ดีกว่า: https://science.nasa.gov/missions/voyager-program/voyager-1/...

• ดีใจที่เห็นว่า Voyager ได้เวลาเพิ่มขึ้นอีกหน่อย ช่วงนี้เพิ่งดู สารคดี Voyager ที่ยอดเยี่ยมเรื่องนี้: https://www.itsquieterfilm.com/

• เมื่อเดือนที่แล้วที่ !!Con ผมมีความสุขมากที่ได้ดู Bruce Waggoner จากทีม Voyager กล่าวปาฐกถาหลัก วิดีโอบันทึกเพิ่งขึ้น YouTube เมื่อไม่กี่วันก่อน จังหวะพอดีเลย: https://www.youtube.com/watch?v=dF_9YcehCZo

• ใช้งานมา 47 ปีแล้วแต่ยังมี เชื้อเพลิงสำหรับปรับทิศทาง เหลืออยู่ ผมสงสัยว่าพวกเขาทำได้อย่างไร

  • ไม่ได้ตั้งใจจะลดทอนความน่าประทับใจของยาน Voyager แต่ดูเหมือนว่าเดิมทีก็บรรทุก ไฮดราซีน ไปค่อนข้างมากอยู่แล้ว ตาม “Engineering the Voyager Uranus mission” ภารกิจต่อขยายหลังดาวเสาร์ไม่ใช่ข้อกำหนดในการออกแบบ แต่ก็ถูกสงวนไว้เป็นทางเลือกเสมอ ตราบใดที่ไม่กระทบเป้าหมายหลักของภารกิจดาวพฤหัสบดีหรือดาวเสาร์
    โอกาสที่ Voyager 2 จะอยู่ได้อีก 5 ปีถูกคำนวณไว้ที่ 60–70% ซึ่งต่ำกว่ามาตรฐานความน่าจะเป็นสำเร็จทั่วไปของ NASA มาก แต่ก็มีการตัดสินใจส่งไปยัง Uranus
    หลังจากบินผ่านใกล้ Uranus แล้ว Voyager 2 ยังมีไฮดราซีน 48% จากที่บรรจุลงถังครั้งแรกเมื่อแปดปีครึ่งก่อนหน้าเหลืออยู่
    [1]: doi:10.1016/0094-5765(87)90096-8 (หาได้จาก science hub)
  • ถ้าจำไม่ผิด ใช้ แหล่งพลังงานนิวเคลียร์ บางแบบ ไม่ใช่เครื่องปฏิกรณ์อะไรแบบนั้น แต่เป็นอุปกรณ์ที่เรียบง่ายกว่ามากซึ่งสร้างไฟฟ้าจากความร้อนที่เกิดจากการสลายตัวกัมมันตรังสี
  • ควรถือว่าเป็นพลังงานแสงอาทิตย์ไหม?

• ได้ยินมาว่าสารคดี Voyager ดี ๆ มีหลายเรื่อง และอยากดูกับลูกสาวสักเรื่อง แต่ NASA มักทำสารคดีออกมาโดยใช้ ข้อมูลที่ล้าสมัยและไม่สมบูรณ์ ตลอด พอถึงเวลาที่ Voyager ไปไกลเกินขอบเขตที่เรารู้จักจริง ๆ จะมีเรื่องราวน่าทึ่งเพิ่มขึ้นอีกมากแค่ไหนกันนะ?

  • ถ้าพูดถึงสารคดี Voyager แต่ไม่บอกว่าเรื่องไหน ก็ไม่มีทางรู้ได้ มีหลายเรื่องมาก และก่อนดูจนจบก็ยากจะตัดสินว่าอะไรดี ถ้าบอกได้ว่าอยากดูเรื่องไหนก็คงดี
    พูดตรง ๆ ตอนนี้มีเอกสารมากมายเกินไปที่เข้าถึงไม่ได้แล้ว น่าเสียดายจริง ๆ

• ประกาศอย่างเป็นทางการ: https://science.nasa.gov/missions/voyager-program/voyager-1/...
  (https://news.ycombinator.com/item?id=41505008)