NASA maintient la mission de Voyager 1 grâce à un changement de propulseurs encrassés

 (gizmodo.com)
1 points par GN⁺ 2024-09-13 | 1 commentaires | Partager sur WhatsApp
  • En vol depuis 47 ans, Voyager 1 avait de plus en plus de mal à maintenir son orientation vers la Terre à cause de propulseurs encrassés, et la NASA a prolongé la mission en basculant vers un autre ensemble de propulseurs
  • L’encrassement provient de dioxyde de silicium accumulé dans les conduites de carburant à cause du vieillissement du réservoir, et le diamètre des conduites des propulseurs de correction de trajectoire est passé de 0,01 pouce à 0,0015 pouce
  • Le vaisseau dispose de deux ensembles pour le contrôle d’attitude et d’un ensemble pour les corrections de trajectoire, mais les signes d’encrassement observés en 2002 puis en 2018 ont progressivement réduit les options disponibles
  • En raison des contraintes de puissance et de température, la procédure de bascule était elle aussi délicate, et la NASA a gagné le temps nécessaire pour réchauffer les propulseurs concernés en coupant le chauffage principal pendant environ une heure
  • Voyager 1 a été le premier vaisseau spatial à entrer dans l’espace interstellaire en août 2012, et il se trouve actuellement à 15,14 milliards de miles de la Terre, se déplaçant à 38 000 miles par heure, ce qui rend son exploitation de plus en plus difficile

Changement de propulseurs pour un vaisseau vieux de 47 ans

  • Voyager 1 vole dans l’espace depuis 47 ans et collecte des données au-delà du Système solaire, et avec une mission aussi longue, le vieillissement du matériel est devenu un facteur clé pour sa poursuite
  • Les ingénieurs de la NASA ont récemment résolu un problème de propulseurs en passant à un autre ensemble, au lieu de continuer à dépendre de celui utilisé jusqu’ici
  • Selon une annonce de la NASA, non seulement les propulseurs d’origine, mais aussi ceux vers lesquels la bascule a été effectuée, présentent encore un certain niveau d’encrassement

Encrassement des conduites de carburant et options restantes

  • Du dioxyde de silicium s’est accumulé dans les conduites de carburant des propulseurs, un effet secondaire du vieillissement de l’intérieur du réservoir de carburant du vaisseau
  • Voyager 1 utilise ses propulseurs pour s’orienter vers la Terre et maintenir sa liaison de communication avec le contrôle au sol
  • Le vaisseau dispose au total de trois ensembles de propulseurs
    • 2 ensembles pour le contrôle d’attitude
    • 1 ensemble pour les manœuvres de correction de trajectoire
  • Au début de la mission, le rôle de chaque type de propulseur était important pour les survols rapprochés des planètes, mais aujourd’hui, le vaisseau suit une trajectoire presque rectiligne hors du Système solaire, ce qui rend le choix de l’ensemble moins critique

Historique des remplacements au fil de l’encrassement

  • En 2002, l’équipe de mission du Jet Propulsion Laboratory de la NASA a constaté que certaines conduites de carburant de l’ensemble de propulseurs de contrôle d’attitude commençaient à se boucher
  • Le système a ensuite basculé vers le deuxième ensemble de propulseurs de contrôle d’attitude, mais des signes d’encrassement y sont apparus également en 2018
  • Depuis, les ingénieurs s’appuyaient sur l’ensemble de propulseurs de correction de trajectoire
  • Au cours des six dernières années, les propulseurs de correction de trajectoire se sont davantage encrassés que les deux autres ensembles
    • À l’origine, le diamètre de l’entrée des conduites était de 0,01 pouce, soit 0,25 mm
    • Il est aujourd’hui tombé à 0,0015 pouce, soit 0,035 mm
    • Cela représente environ la moitié de l’épaisseur d’un cheveu humain
  • La NASA a finalement dû revenir à l’un des deux ensembles de contrôle d’attitude

Une procédure menée malgré les contraintes de puissance et de température

  • Une bascule de propulseurs autrefois simple est devenue, sur Voyager 1 aujourd’hui, une opération bien plus délicate en raison du vieillissement du matériel
  • L’équipe de contrôle avait laissé certains systèmes embarqués non essentiels et des chauffages éteints afin de réduire la consommation électrique
  • Cette économie d’énergie a cependant fait baisser la température du vaisseau, et allumer des propulseurs inutilisés alors qu’ils étaient froids risquait de les endommager
  • Comme il n’y avait pas assez de puissance disponible pour rallumer des chauffages non essentiels sans éteindre d’autres équipements, les ingénieurs ont obtenu le temps nécessaire pour réchauffer les propulseurs en coupant le chauffage principal pendant environ une heure
  • Après cette procédure, la branche de propulseurs nécessaire a fonctionné normalement

Une mission qui continue dans l’espace interstellaire

  • La responsable du projet Voyager, Suzanne Dodd, a déclaré que toutes les décisions à venir nécessitaient désormais bien plus d’analyses et de précautions qu’auparavant
  • Voyager 1 a été lancé en 1977 et a pris la route de l’espace moins d’un mois avant sa sonde jumelle Voyager 2
  • En empruntant une trajectoire plus rapide, il a quitté plus tôt la ceinture d’astéroïdes puis a survolé Jupiter et Saturne
    • Il a découvert les lunes de Jupiter Thebe et Metis
    • Autour de Saturne, il a découvert cinq nouvelles lunes ainsi qu’un nouvel anneau appelé G-ring
  • En août 2012, il est devenu le premier vaisseau spatial à franchir la frontière du Système solaire pour entrer dans l’espace interstellaire
  • Voyager 1 se trouve actuellement à 15,14 milliards de miles de la Terre, soit 24,4 milliards de km
  • Sa vitesse actuelle est de 38 000 miles par heure, soit 61 155 km/h
  • Plus tôt cette année, après avoir envoyé pendant plusieurs mois des données inutilisables au contrôle au sol, il s’est remis d’une anomalie de communication
  • Le maintien de la mission devient de plus en plus difficile, mais la NASA continue d’exploiter Voyager 1

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1 commentaires

 
GN⁺ 2024-09-13
Commentaires sur Hacker News

  • Je suis toujours stupéfait de voir comment l’équipe Voyager parvient à faire ce genre de choses. 1) Pouvoir diagnostiquer à distance des problèmes avec du matériel aussi ancien et aussi éloigné, c’est déjà incroyable ; je me demande notamment comment ils mesurent la taille du trou dans les tubes des propulseurs.
    2) Le processus de décision sur les mesures à prendre est lui aussi fascinant. Ce n’est pas comme s’ils avaient du matériel de test sur place pour expérimenter ; et même s’ils en avaient, il serait probablement difficile de reproduire les conditions réelles. Un mauvais choix pourrait mettre fin à la mission, et si l’on abîme Voyager 1, il n’y a pas de solution de rechange.
    3) C’est aussi étonnant de pouvoir contrôler aussi finement et reconfigurer à distance un équipement construit dans les années 1970, avec de la RAM qui se comptait en ko. Il devait y avoir une prévoyance énorme dès la conception.

    • Les sondes Voyager ont été conçues à partir de l’expérience de conception et d’exploitation acquise avec Mariner et Pioneer, afin de fonctionner automatiquement pendant très longtemps sans trop d’intervention manuelle. Les principaux systèmes sont largement redondants et peuvent être activés ou désactivés à distance.
      Le personnel du programme a été renouvelé au fil du temps, mais pas au point de compromettre sa continuité. La gestion du programme a aussi été habile dans les relations avec la presse et les connexions politiques, ce qui a permis de conserver le budget d’exploitation. Cela contraste avec des missions comme Magellan, qui a été sortie de l’orbite de Vénus en laissant certaines régions non cartographiées alors qu’il restait encore du propergol.
      Au JPL, il existait, ou il me semble qu’il existait, un système de badge de retraité permettant aux anciens employés de continuer à passer dans les bureaux. Beaucoup de programmes ont énormément bénéficié de spécialistes méticuleux qui venaient pratiquement tous les jours sans être payés, et apprendre auprès de ces gens était un vrai privilège.
    • Ce qui m’étonne, c’est l’immense quantité de connaissance organisationnelle nécessaire pour continuer à exploiter une mission tant d’années plus tard. Ce n’est pas quelque chose que l’on règle en donnant quelques pages de manuel à une nouvelle recrue.
      Beaucoup de personnes ont dû prendre leur retraite, et pourtant la complexité de la conception reste comprise. C’est un aspect que nous devrions aussi comprendre et prioriser dans les systèmes que nous construisons aujourd’hui.
    • Il existe un documentaire sur l’équipe qui maintient la mission Voyager en vie, It's Quieter in the Twilight : https://www.youtube.com/watch?v=8vJT8AW0wYw
    • À propos de « ce n’est pas comme s’ils avaient du matériel de test sur place », je pense qu’il y a de fortes chances qu’ils disposent d’un ou plusieurs simulateurs. En termes actuels, quelque chose de proche d’un jumeau numérique.
      L’un d’eux serait probablement maintenu pour refléter en permanence l’état actuel de la sonde, synchronisé périodiquement avec les données d’état reçues de la sonde réelle. D’autres simulateurs permettraient de tester des changements d’exploitation et de voir comment le système réagit.
    • Ils ont encore récemment récupéré d’un problème de module RAM défaillant, alors que le débit de la liaison radio est peut-être maintenant inférieur au kbit/s.

  • On lit que « les tubes de carburant des propulseurs ont été obstrués par du dioxyde de silicium, un effet secondaire du vieillissement à l’intérieur des réservoirs de carburant de la sonde » ; je me demande bien d’où vient le SiO2 dans un vaisseau spatial. Une sorte de matériau à base de silicone ?
    En regardant un peu plus, il est indiqué que l’obstruction est due à du « dioxyde de silicium, un sous-produit du vieillissement du diaphragme en caoutchouc du réservoir de carburant de la sonde »[0]. Probablement du caoutchouc silicone. Je ne savais pas que le caoutchouc pouvait se décomposer en sable.
    [0] https://science.nasa.gov/missions/voyager-program/voyager-1/...

    • La structure consiste à gonfler avec de l’hélium, dans un vieux réservoir en Ti, un ballon en caoutchouc contenant du Teflon afin de pousser le carburant hydrazine (N2H4). Le N2H4 a apparemment été assez agressif pour dégrader même ces matériaux de l’ère spatiale.
      1 : https://ntrs.nasa.gov/api/citations/19810001583/downloads/19...
    • Le caoutchouc silicone semble être extrait du SiO2, donc cela pourrait être une impureté. Ou bien il pourrait s’agir d’une réaction dans laquelle du Si et de l’O quittent le polymère, mais je ne sais pas vraiment si c’est possible.
      https://en.wikipedia.org/wiki/Silicone_rubber
    • Ce n’est pas forcément du silicone. Le SiO2 est un composant nécessaire dans toutes les formulations de caoutchouc.

  • Il y a deux semaines, à !!Con, Bruce Wagoner du programme Voyager a présenté comment ils avaient récupéré le problème de mémoire CMOS survenu un an plus tôt.
    C’est essentiellement du débogage à l’aveugle avec un délai aller-retour de 45 heures.
    La présentation est excellente et montre bien l’architecture informatique de la sonde, ainsi que les difficultés liées à un système si ancien que la documentation se contredit ou devient illisible.
    https://youtu.be/dF_9YcehCZo?si=W_b3NJ7vgxaYS1__

  • La mission Voyager est vraiment un accomplissement extraordinaire. La noblesse de la conception et du savoir-faire de fabrication qui ont dû entrer dans le matériel, ainsi que la profonde connaissance institutionnelle nécessaire pour continuer à la faire fonctionner jusqu’à aujourd’hui, inspirent le respect.

  • Un meilleur lien, sans doute : https://science.nasa.gov/missions/voyager-program/voyager-1/...

  • Content de voir qu’on a donné plus de temps à Voyager. J’ai récemment vu cet excellent documentaire sur Voyager : https://www.itsquieterfilm.com/

  • Le mois dernier, à !!Con, j’ai eu le grand plaisir de voir Bruce Waggoner de l’équipe Voyager prononcer la keynote. L’enregistrement a été mis en ligne sur YouTube il y a quelques jours, le timing est donc parfait : https://www.youtube.com/watch?v=dF_9YcehCZo

  • Après 47 ans de fonctionnement, il reste encore du carburant pour la correction d’attitude. Je me demande comment ils ont réussi cela.

    • Sans vouloir diminuer ce qu’il y a d’impressionnant dans les sondes Voyager, il semble qu’elles aient embarqué pas mal d’hydrazine dès le départ. D’après « Engineering the Voyager Uranus mission », la mission étendue après Saturne n’était pas une exigence de conception, mais elle a toujours été préservée comme option tant qu’elle ne compromettait pas les principaux objectifs de mission à Jupiter ou Saturne.
      La probabilité que Voyager 2 tienne cinq années de plus était estimée à 60–70 %, bien en dessous des critères habituels de probabilité de succès de la NASA, mais il a été décidé de l’envoyer vers Uranus.
      Après le survol d’Uranus, Voyager 2 possédait encore 48 % de l’hydrazine chargée dans ses réservoirs huit ans et demi plus tôt.
      [1] : doi:10.1016/0094-5765(87)90096-8 (trouvable sur science hub)
    • Si ma mémoire est bonne, elle utilise une sorte de source d’énergie nucléaire. Rien de comparable à un réacteur, mais un dispositif beaucoup plus simple qui produit de l’électricité à partir de la chaleur issue de la désintégration radioactive.
    • On doit considérer ça comme de l’énergie solaire ?

  • J’ai entendu dire que les documentaires sur Voyager étaient bons et j’avais envie d’en regarder un avec ma fille, mais la NASA finit toujours par faire des documentaires avec des documents dépassés et incomplets. Combien d’histoires incroyables supplémentaires y aura-t-il lorsque Voyager dépassera vraiment les limites de ce que nous connaissons ?

    • Si tu parles de documentaires sur Voyager sans dire lesquels, impossible de savoir. Il y en a beaucoup, et il est difficile de juger lesquels sont bons avant de les avoir vus jusqu’au bout. Ce serait bien de dire lequel tu voulais regarder.
      Honnêtement, c’est triste de voir combien de documents sont désormais inaccessibles.

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