NASA ने अटके thruster बदलकर Voyager 1 मिशन को जारी रखा

• 47 वर्षों से उड़ान भर रहा Voyager 1 thruster में रुकावट के कारण पृथ्वी के साथ संचार की दिशा बनाए रखने में कठिनाई झेल रहा था, और NASA ने इसे दूसरे thruster set पर स्विच करके मिशन जारी रखा
• यह रुकावट ईंधन टैंक के पुराने होने से बने silicon dioxide के ईंधन लाइन में जमा होने का परिणाम है, और trajectory correction thruster की पाइप का व्यास 0.01 इंच से घटकर 0.0015 इंच रह गया
• अंतरिक्ष यान में attitude control के लिए 2 set और trajectory correction के लिए 1 set है, और 2002 व 2018 में clogging के संकेत मिलने के बाद इस्तेमाल योग्य विकल्प लगातार कम होते गए
• power और तापमान सीमाओं के कारण switching procedure भी जटिल था, और NASA ने मुख्य heater को लगभग 1 घंटे के लिए बंद करने के तरीके से ज़रूरी thruster को गर्म होने का समय दिया
• Voyager 1 अगस्त 2012 में interstellar space में प्रवेश करने वाला पहला अंतरिक्ष यान था, और अभी यह पृथ्वी से 15.14 अरब मील दूर 38,000 मील प्रति घंटा की रफ्तार से यात्रा कर रहा है, जिससे संचालन की कठिनाई लगातार बढ़ रही है

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47 साल पुराने अंतरिक्ष यान का thruster switch

• Voyager 1 47 वर्षों से अंतरिक्ष में उड़ान भरते हुए सौर मंडल के बाहर से डेटा एकत्र करता आ रहा है, और इतनी लंबी उड़ान के बाद hardware aging मिशन को बनाए रखने का एक प्रमुख कारक बन गया है
• NASA के engineers ने हाल ही में thruster समस्या सुलझाने के लिए अब तक उपयोग में रहे set के बजाय दूसरे thruster set पर स्विच किया
• NASA की घोषणा के अनुसार, पहले वाले thruster ही नहीं बल्कि जिस set पर स्विच किया गया उसमें भी रुकावट बनी हुई है

ईंधन लाइन की रुकावट और बचे हुए विकल्प

• thruster के अंदर की ईंधन लाइन में silicon dioxide जमा हो गया, जो अंतरिक्ष यान के fuel tank के अंदर aging का side effect है
• Voyager 1 thruster का उपयोग करके अपना रुख पृथ्वी की ओर बनाए रखता है और ground control के साथ communication link कायम रखता है
• अंतरिक्ष यान में कुल 3 thruster set हैं
  • attitude control thruster के 2 set
  • trajectory correction maneuver thruster का 1 set
• मिशन के शुरुआती दौर में ग्रहों के पास से flyby करने के लिए अलग-अलग thruster प्रकारों की भूमिका महत्वपूर्ण थी, लेकिन अब यह सौर मंडल के बाहर लगभग सीधी राह पर जा रहा है, इसलिए कौन-सा set इस्तेमाल हो रहा है यह पहले जितना संवेदनशील नहीं है

रुकावट बढ़ने के बीच बदलते विकल्पों का इतिहास

• 2002 में NASA Jet Propulsion Laboratory की mission team ने पुष्टि की कि attitude control thruster set की कुछ ईंधन लाइनों में रुकावट शुरू हो गई थी
• इसके बाद दूसरे attitude control thruster set पर स्विच किया गया, लेकिन 2018 में इस set में भी clogging के संकेत दिखाई दिए
• उसके बाद engineers ने trajectory correction thruster set पर निर्भर रहना शुरू किया
• पिछले 6 वर्षों में trajectory correction thruster बाकी दो set की तुलना में अधिक गंभीर रूप से block हुए
  • मूल रूप से ईंधन लाइन के inlet का व्यास 0.01 इंच, यानी 0.25 mm था
  • अब यह घटकर 0.0015 इंच, यानी 0.035 mm रह गया है
  • यह इंसानी बाल की चौड़ाई के लगभग आधे के बराबर है
• अंततः NASA को दो attitude control thruster set में से एक पर फिर लौटना पड़ा

power और तापमान सीमाओं को पार करने की प्रक्रिया

• जो thruster switching पहले अपेक्षाकृत सरल हुआ करती थी, वह अब Voyager 1 में पुराने hardware के कारण कहीं अधिक सावधानी मांगने वाली प्रक्रिया बन गई है
• control team ने power usage कम करने के लिए कुछ non-essential onboard systems और heater बंद कर रखे थे
• इससे power तो बची, लेकिन अंतरिक्ष यान का तापमान कम हो गया, और लंबे समय से निष्क्रिय रहे thruster को ठंडी अवस्था में चालू करने पर नुकसान का जोखिम था
• non-essential heater फिर से चालू करने के लिए इतनी power उपलब्ध नहीं थी कि बिना दूसरे उपकरण बंद किए यह किया जा सके, इसलिए engineers ने मुख्य heater को लगभग 1 घंटे के लिए बंद करके thruster को गर्म होने का समय निकाला
• इस प्रक्रिया के बाद आवश्यक thruster branch सामान्य रूप से काम करने लगी

interstellar space में जारी मिशन

• Voyager project manager Suzanne Dodd ने कहा कि आगे की हर decision के लिए अब पहले की तुलना में कहीं अधिक analysis और सावधानी की जरूरत है
• Voyager 1 को 1977 में launch किया गया था, और इसका twin probe Voyager 2 भी एक महीने से कम अंतर पर अंतरिक्ष के लिए रवाना हुआ था
• तेज़ trajectory लेने की वजह से यह पहले asteroid belt से बाहर निकला और Jupiter तथा Saturn के पास पहुंचा
  • इसने Jupiter के चंद्रमा Thebe और Metis की खोज की
  • Saturn के आसपास 5 नए चंद्रमा और G-ring नाम की एक नई ring खोजी
• अगस्त 2012 में यह सौर मंडल की सीमा पार करके interstellar space में प्रवेश करने वाला पहला अंतरिक्ष यान बना
• Voyager 1 फिलहाल पृथ्वी से 15.14 अरब मील, यानी 24.4 अरब km दूर है
• इसकी वर्तमान गति 38,000 मील प्रति घंटा, यानी 61,155 km/h है
• इस साल की शुरुआत में इसने कई महीनों तक ground control के लिए अनुपयोगी डेटा भेजने के बाद communication anomaly से recovery की
• मिशन को बनाए रखना लगातार कठिन होता जा रहा है, लेकिन NASA Voyager 1 का संचालन जारी रखे हुए है

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Hacker News की राय

• Voyager टीम यह सब कैसे कर लेती है, यह देखकर लगातार हैरानी होती है। 1) इतनी दूर और इतने पुराने hardware पर समस्या का remote diagnosis कर पाना, खासकर thruster tube के छेद का आकार वे कैसे मापते हैं, यह जानने की उत्सुकता है
  2) कौन-सा कदम उठाना है, यह तय करने की प्रक्रिया भी दिलचस्प है। मैदान में experiment करने के लिए कोई test equipment तो होगा नहीं, और अगर हो भी तो वास्तविक conditions को दोहराना मुश्किल लगता है। गलत विकल्प चुनने पर mission खत्म हो सकता है, और अगर Voyager 1 खराब हो गया तो उसका replacement भी नहीं है
  3) 1970s में बने, जिनकी RAM kB में थी, ऐसे equipment को इतनी बारीकी से control और remotely reconfigure कर पाना भी आश्चर्यजनक है। Design के समय कमाल की दूरदृष्टि रही होगी

  • Voyager spacecraft को Mariner और Pioneer से मिले design और operations अनुभव के आधार पर इस तरह बनाया गया था कि वह बहुत ज्यादा manual intervention के बिना लंबे समय तक automatically operate कर सके। मुख्य systems multiple redundancy के साथ हैं और उन्हें remotely on/off किया जा सकता है
    Program में लोगों की अदला-बदली होती रही है, लेकिन इतनी नहीं कि continuity खतरे में पड़े। साथ ही program management media handling और political connections में कुशल रहा, इसलिए operations budget लगातार मिलता रहा। यह Magellan जैसे missions से contrast करता है, जिसे propellant बचा होने के बावजूद कुछ क्षेत्रों को unmapped छोड़कर Venus orbit से बाहर कर दिया गया था
    मेरी जानकारी में JPL में retiree badge system था या रहा है, जिससे retired staff office में आते-जाते रह सकते थे। कई programs को उन पुराने-school experts से बहुत मदद मिली, जो practically बिना वेतन के रोज office आते थे, और ऐसे लोगों से सीखना सच में एक privilege था
  • इतने सालों बाद भी operations जारी रखने के लिए जितना organizational knowledge चाहिए, वह हैरान करने वाला है। नए आए व्यक्ति को manual के कुछ पन्ने थमा देने से यह काम नहीं हो जाता
    बहुत से लोग retire हो चुके होंगे, फिर भी वे design की complexity को अब भी समझते हैं। आज हम जो systems बना रहे हैं, उनमें भी हमें इस पहलू को समझना और priority देनी चाहिए
  • Voyager mission को बचाए रखने वाली टीम पर एक documentary It's Quieter in the Twilight है: https://www.youtube.com/watch?v=8vJT8AW0wYw
  • “वहां local test equipment भी तो नहीं होगा?” इस पर मुझे लगता है कि एक या अधिक simulator होने की काफी संभावना है। आज की भाषा में यह digital twin जैसा होगा
    एक simulator शायद probe की current state को हमेशा reflect करता होगा और actual probe से periodically state data लेकर sync होता होगा। अन्य simulators से management changes test करके system response देखा जा सकता है
  • हाल ही में उन्होंने खराब RAM module वाली समस्या से भी recovery की थी, और अभी radio link speed शायद kbit/s से भी कम हो सकती है

• कहा गया है कि “thruster के अंदर fuel tube silicon dioxide से block हो गई, जो spacecraft fuel tank के अंदर aging का side effect है”; सोच रहा हूं कि spacecraft में SiO2 आखिर आता कहां से है। कोई silicon-based material होगा?
  आगे देखने पर पता चला कि “spacecraft fuel tank के rubber diaphragm के age होने से बने byproduct silicon dioxide से blockage” हुआ[0]। शायद silicone rubber होगा। मुझे नहीं पता था कि rubber degrade होकर sand जैसा बन सकता है
  [0] https://science.nasa.gov/missions/voyager-program/voyager-1/...

  • पुराने Ti tank के अंदर helium से Teflon वाले rubber balloon को inflate करके hydrazine (N2H4) fuel को बाहर धकेलने वाली structure है। लगता है N2H4 इतना strong था कि space-age materials को भी degrade कर दे
    1: https://ntrs.nasa.gov/api/citations/19810001583/downloads/19...
  • Silicone rubber शायद SiO2 से extract होता है, इसलिए यह impurity भी हो सकती है। या फिर कोई reaction हो सकती है जिसमें Si और O polymer से निकलते हों, लेकिन ऐसा संभव है या नहीं, ठीक से नहीं जानता
    https://en.wikipedia.org/wiki/Silicone_rubber
  • जरूरी नहीं कि यह silicone ही हो। SiO2 सभी rubber compounds में आवश्यक ingredient है

• दो हफ्ते पहले !!Con में Voyager program के Bruce Wagoner ने बताया कि उन्होंने एक साल पहले आई CMOS memory problem से कैसे recovery की
  असल में यह 45 घंटे के round-trip delay के साथ की जाने वाली blind debugging है
  Talk बेहतरीन है, और spacecraft की computer architecture तथा इतने पुराने documentation से निपटने की कठिनाइयों को अच्छी तरह दिखाती है, जहां documents आपस में conflict करते हैं या पढ़े नहीं जा सकते
  https://youtu.be/dF_9YcehCZo?si=W_b3NJ7vgxaYS1__

• Voyager mission सचमुच अद्भुत उपलब्धि है। Hardware में लगी शानदार design और craftsmanship, और इसे अब तक चलाते रहने के लिए जरूरी institutional deep knowledge, सब कुछ श्रद्धा पैदा करता है

• यह शायद बेहतर link होगा: https://science.nasa.gov/missions/voyager-program/voyager-1/...

• Voyager को और समय मिलते देखना अच्छा लगा। हाल ही में यह शानदार Voyager documentary देखी: https://www.itsquieterfilm.com/

• पिछले महीने !!Con में Voyager team के Bruce Waggoner का keynote देखने का बड़ा आनंद मिला। Recording कुछ दिन पहले YouTube पर आई है, timing अच्छी है: https://www.youtube.com/watch?v=dF_9YcehCZo

• 47 साल operate होने के बाद भी अब भी attitude correction fuel बचा है। उन्होंने यह कैसे किया, सोचकर हैरानी होती है

  • Voyager probe कितना impressive है, इसे कमतर बताने का इरादा नहीं है, लेकिन लगता है कि शुरुआत में ही काफी ज्यादा hydrazine भरा गया था। “Engineering the Voyager Uranus mission” के अनुसार Saturn के बाद extended mission design requirement नहीं था, लेकिन जब तक Jupiter या Saturn के primary mission objectives पर असर नहीं पड़ता, उसे हमेशा एक option के रूप में protect किया गया
    Voyager 2 के 5 साल और टिकने की probability 60–70% आंकी गई थी, जो NASA के सामान्य success probability standards से काफी कम थी, फिर भी उसे Uranus भेजने का फैसला किया गया
    Uranus flyby के बाद भी Voyager 2 के पास साढ़े 8 साल पहले पहली बार tank में भरे गए hydrazine का 48% अब भी बचा था
    [1]: doi:10.1016/0094-5765(87)90096-8 (science hub पर मिल सकता है)
  • अगर मुझे सही याद है तो यह किसी तरह का nuclear power source इस्तेमाल करता है। Reactor जैसा नहीं, बल्कि radioactive decay से निकलने वाली heat से electricity बनाने वाला कहीं ज्यादा simple device है
  • इसे solar power कहना चाहिए क्या?

• सुना है Voyager documentaries अच्छी हैं और मैं अपनी बेटी के साथ एक देखना चाहता था, लेकिन NASA बार-बार documentaries को पुराने और अधूरे material से बना देता है। जब Voyager सच में हमारे जानने की सीमा से आगे निकल जाएगा, तब तक कितनी और अद्भुत कहानियां बन चुकी होंगी?

  • Voyager documentary की बात करके यह न बताएं कि कौन-सी, तो समझना मुश्किल है। कई तरह की हैं, और अंत तक देखे बिना यह judge करना भी मुश्किल है कि कौन-सी अच्छी है। जो आप देखना चाहते थे, वह बताएं तो अच्छा होगा
    सच कहूं तो अब इतने सारे documents inaccessible हो गए हैं, यह दुखद है

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