Khi Voyager 1 được phóng vào không gian vào ngày 5-9-1977, không ai nghĩ rằng tàu thăm dò này sẽ vẫn hoạt động cho đến ngày nay. Sự tiến bộ của khoa học quả là kỳ diệu khi các kỹ sư NASA vẫn có thể sửa chữa, điều chỉnh Voyager 1 đang ở cách mặt đất đến 24 tỷ kilomet, và mới đây nhất, trong tháng 8-2024 các kỹ sư tại NASA đã thành công trong việc kích hoạt một loạt động cơ đẩy mà Voyager 1 chưa sử dụng trong nhiều thập kỷ.

Do sứ mệnh kéo dài đáng kinh ngạc, Voyager 1 đang gặp phải những vấn đề khi các bộ phận của nó bắt đầu lão hóa trong môi trường lạnh giá ngoài rìa hệ mặt trời. Khi một vấn đề phát sinh, các kỹ sư tại Phòng thí nghiệm Sức đẩy Phản lực (JPL) của NASA ở California phải tìm ra các giải pháp sáng tạo đồng thời cẩn thận với cách mà tàu vũ trụ sẽ phản ứng với bất kỳ thay đổi nào.

Hiện tại, Voyager 1 đang hoạt động ngoài tầng nhật quyển — vùng bong bóng từ trường và các hạt của mặt trời kéo dài xa hơn cả quỹ đạo của sao Diêm Vương — nơi các thiết bị của nó đang trực tiếp thu thập dữ liệu về không gian liên sao.

Đầu năm nay, các kỹ sư phát hiện ra vấn đề khi một ống nhiên liệu bên trong một trong các động cơ đẩy của Voyager bị tắc. Nếu động cơ bị tắc, chúng không thể tạo đủ lực để giữ tàu vũ trụ ở trạng thái ổn định. Các động cơ của Voyager giữ tàu vũ trụ được định hướng sao cho nó có thể liên lạc với Trái Đất.

Nếu Voyager 1 không được định vị để ăng-ten của nó hướng về Trái Đất, tàu sẽ không thể “nghe” các lệnh từ trạm điều khiển hoặc gửi dữ liệu về, theo Calla Cofield, chuyên gia quan hệ truyền thông tại JPL.

“Nếu các động cơ giữ ăng-ten hướng về Trái Đất bị tắc, đó sẽ là dấu chấm hết cho sứ mệnh,” cô nói.

Nhóm kỹ sư nhận ra họ cần phải gửi lệnh để tàu chuyển sang sử dụng một loạt động cơ đẩy khác, nhưng việc này không hề đơn giản.

Một vấn đề tái diễn

Đây không phải là lần đầu tiên Voyager 1 phải chuyển sang sử dụng một loạt động cơ đẩy khác trong những thập kỷ gần đây. May mắn thay, tàu vũ trụ có ba bộ động cơ đẩy: hai bộ động cơ định hướng và một bộ dùng cho các thao tác chỉnh quỹ đạo.

Voyager 1 đã sử dụng các động cơ này cho nhiều mục đích khác nhau khi bay qua các hành tinh như sao Mộc và sao Thổ vào các năm 1979 và 1980.

Hiện tại, tàu đang di chuyển theo một đường bay không đổi rời khỏi hệ mặt trời, vì vậy nó chỉ cần một bộ động cơ đẩy để giữ ăng-ten hướng về Trái Đất. Để cung cấp nhiên liệu cho động cơ, hydrazine lỏng được chuyển thành khí và bơm cấp khoảng 40 lần mỗi ngày để giữ Voyager 1 ở vị trí đúng.

Qua thời gian, các kỹ sư phát hiện ra rằng một ống nhiên liệu bên trong động cơ có thể bị tắc bởi silicon dioxide, một sản phẩm phụ từ sự lão hóa của màng cao su trong thùng nhiên liệu. Khi động cơ bị tắc, chúng tạo ra ít lực hơn.

Năm 2002, nhóm kỹ sư đã ra lệnh cho Voyager 1 chuyển sang sử dụng bộ động cơ định hướng thứ hai khi bộ đầu tiên có dấu hiệu bị tắc. Năm 2018, họ tiếp tục chuyển sang bộ động cơ chỉnh quỹ đạo khi bộ thứ hai cũng bắt đầu bị tắc.

Tuy nhiên, khi nhóm gần đây kiểm tra trạng thái của các động cơ chỉnh quỹ đạo, chúng còn bị tắc nghiêm trọng hơn cả hai bộ trước đó. Cụ thể, khi chuyển Voyager sang các động cơ chỉnh quỹ đạo sáu năm trước, đường kính của ống dẫn là 0,25 mm. Hiện tại, do tắc nghẽn, nó chỉ còn 0,035 mm — chỉ bằng một nửa sợi tóc người, theo NASA.

Thực hiện sự hoán đổi đầy thách thức

Khi Voyager 1 và tàu anh em của nó, Voyager 2, già đi, nhóm điều hành đã dần tắt các hệ thống không cần thiết trên cả hai tàu để tiết kiệm năng lượng, bao gồm cả các hệ thống sưởi. Do đó, các bộ phận trên Voyager 1 hiện đang ở nhiệt độ rất lạnh, và nhóm kỹ sư biết rằng họ không thể chỉ đơn giản gửi lệnh để chuyển sang một trong các động cơ định hướng mà không làm ấm chúng lên trước.

Tuy nhiên, Voyager 1 không đủ năng lượng để bật lại hệ thống sưởi mà không tắt đi một số bộ phận khác, trong khi các thiết bị khoa học trên tàu cực kỳ giá trị không thể để bị tắt, đề phòng trường hợp chúng không thể khởi động lại.

Sau khi xem xét lại vấn đề, nhóm kỹ sư nhận ra rằng họ có thể tắt một trong các hệ thống sưởi chính của tàu trong khoảng một giờ, cho phép các kỹ sư kích hoạt hệ thống sưởi của động cơ và thực hiện sự chuyển đổi an toàn.

Kế hoạch này đã thành công, và đến ngày 27 tháng 8, Voyager 1 đã quay lại sử dụng một trong những bộ động cơ ban đầu để tiếp tục liên lạc với Trái Đất.

Nhóm kỹ sư đã thực hiện các biện pháp nhằm sử dụng động cơ ít hơn và dự kiến sẽ kéo dài tuổi thọ của bộ động cơ này thêm hai đến ba năm nữa, theo Todd Barber, kỹ sư đẩy của Voyager.

Khi bộ động cơ này không còn hoạt động, lựa chọn duy nhất còn lại của Voyager 1 là bộ động cơ định hướng đã bị tắc khác.

“Tất cả các quyết định chúng tôi sẽ đưa ra trong tương lai sẽ cần phải phân tích và thận trọng hơn rất nhiều so với trước đây,” Suzanne Dodd, quản lý dự án Voyager, cho biết.

Voyager 2 cũng đã trải qua các lần chuyển đổi động cơ vào năm 1999 và 2019, và “tình hình ở đó ít nghiêm trọng hơn,” Barber nói. Voyager 2 hiện đã cách Trái Đất hơn 20 tỷ km.

Thông tin thu thập được từ hai tàu thăm dò lâu đời này đang giúp các nhà khoa học tìm hiểu về hình dạng giống sao chổi của tầng nhật quyển và cách nó bảo vệ Trái Đất khỏi các hạt năng lượng cao và bức xạ trong không gian liên sao.

Hình ảnh minh hoạ mô tả tàu vũ trụ Voyager 1 của NASA đang đi vào không gian liên sao, hay không gian giữa các ngôi sao. Ảnh: NASA/JPL-Caltech