ความเป็นมา

ในปี ค.ศ. 1964 นาซาได้เสนอแนวคิดโครงการแกรนด์ทัวร์ซึ่งมีเป้าหมายในการส่งยานสำรวจเพื่อทำการศึกษาดาวเคราะห์ภายนอกระบบสุริยะ และเริ่มดำเนินงานโครงการในตอนต้นยุค ค.ศ. 1970[11] ข้อมูลที่ได้รับจากยานสำรวจ ไพโอเนียร์ 10 ยังช่วยให้ทีมวิศวกรของยานสำรวจ วอยเอจเจอร์ สามารถออกแบบยานสำรวจเพื่อรับมือกับระดับกัมมันตรังสีที่รุนแรงของดาวพฤหัสบดีได้อีกด้วย[12]

เดิมทียานสำรวจ วอยเอจเจอร์ 1 ก็คือยานสำรวจ "มาริเนอร์ 11" ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของโครงการมาริเนอร์มาก่อน ภายหลังงบประมาณของโครงการถูกจำกัดลง ทำให้เป้าหมายของภารกิจจึงเน้นไปที่การสำรวจดาวพฤหัสบดีและดาวเสาร์เป็นหลัก ยานถูกเปลี่ยนชื่อเป็น มาริเนอร์ จูปิเตอร์-แซทเทิร์น (Mariner Jupiter-Saturn) แต่ภายหลังการดำเนินโครงการได้ระยะหนึ่ง มีการเปลี่ยนชื่อยานสำรวจอีกครั้งเป็น วอยเอจเจอร์ 1 เนื่องด้วยตัวยานได้ถูกออกแบบมาเพื่อทำภารกิจที่ยิ่งใหญ่กว่าโครงการมาริเนอร์[13]

ส่วนประกอบของยานฯ

ยานสำรวจ วอยเอจเจอร์ 1 ถูกสร้างขึ้นโดยศูนย์ปฏิบัติการเครื่องยนต์ไอพ่น (JPL)[14][15][16] ตัวยานขับเคลื่อนโดยเครื่องยนต์ไฮดราซีน 16 ตัว มีไจโรสโคปรักษาตำแหน่งแบบ 3 แกน และระบบควบคุมยานที่คอยรักษาทิศทางของเสาวิทยุบนยานให้ชี้มายังโลก อุปกรณ์เหล่านี้จะเรียกรวมว่าเป็นระบบควบคุมตำแหน่งและแนวโคจร (AACS) มาพร้อมกับระบบควบคุมสำรอง และเครื่องยนต์ไอพ่นสำรองอีก 8 ตัว นอกจากนี้ยังมีอุปกรณ์ตรวจวัดทางวิทยาศาสตร์รวมกว่า 11 ชิ้นเพื่อใช้ทำการศึกษาเหล่าดาวเคราะห์ที่ยานโคจรเข้าใกล้[17]

ระบบสื่อสาร

ยานสำรวจ วอยเอจเจอร์ 1 ใช้ระบบการสื่อสารผ่านคลื่นวิทยุย่านความถี่สูงซึ่งออกแบบให้สามารถสื่อสารได้ไกลถึงนอกระบบสุริยะ ตัวยานประกอบไปด้วยจานสายอากาศทรงพาราโบลา แบบแคสซิเกรน (Cassegrain) ซึ่งมีเกณฑ์ขยายสูง ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 3.7 เมตร (12 ฟุต) ส่งสัญญาณและรับสัญญาณคลื่นวิทยุผ่านเครือข่ายสื่อสารข้อมูลห้วงอวกาศ (Deep Space Network: DSN) ที่มีสถานีฐานกระจายอยู่ทั่วพื้นโลก[18] ปกติแล้วยานจะส่งสัญญาณผ่านทางช่องสัญญาณ์ 18 โดยใช้ย่านความถี่ 2.3 จิกะเฮิรตซ์ หรือ 8.4 จิกะเฮิรตซ์ ในขณะที่การส่งสัญญาณจากโลกไปหาตัวยานจะทำผ่านย่านความถี่ 2.1 จิกะเฮิรตซ์ [19]

ในช่วงที่ยานสำรวจ วอยเอจเจอร์ 1 ไม่สามารถส่งข้อมูลมายังโลกโดยตรงได้ ข้อมูลทั้งหมดจะถูกบันทึกลงเทปบันทึกระบบดิจิตอล (DTR) ซึ่งสามารถบันทึกข้อมูลได้สูงสุด 64 กิโลไบต์ เพื่อรอการส่งกลับมายังโลกในครั้งถัดไป[20] โดยใช้เวลาประมาณ 20 ชั่วโมงในการส่งสัญญาณจากยานสำรวจ วอยเอจเจอร์ 1 กลับมายังโลก[21]

แหล่งพลังงาน

ยานสำรวจ วอยเอจเจอร์ 1 ใช้พลังงานไฟฟ้าจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าด้วยความร้อนจากไอโซโทปรังสี หรืออาร์ทีจี (Radioisotope Thermoelectric Generator) รวม 3 เครื่อง ติดตั้งในลักษณะเป็นส่วนแขนยื่นออกจากตัวยาน เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแต่ละเครื่องประกอบไปด้วยลูกบอลอัดเชื้อเพลิงพลูโตเนียม-238 (238Pu) ในรูปของพลูโตเนียมออกไซด์ (PuO2) ทั้งหมด 24 ลูก[22] กำลังไฟฟ้าวัดได้รวม 470 วัตต์ ณ วันที่ทำการปล่อยยาน[23] โดยพลังงานไฟฟ้าที่ได้จะลดลงเมื่อเวลาผ่านไป อันเป็นผลจากการสลายตัวของพลูโตเนียม-238 ที่มีค่าครึ่งชีวิตอยู่ที่ 87.7 ปี รวมถึงการเสื่อมสภาพของชุดเทอร์โมคัปเปิล อย่างไรก็ตามเครื่องกำเนิดไฟฟ้าอาร์ทีจีจะยังคงจ่ายพลังงานให้กับตัวยานได้อย่างเพียงพอต่อไปจนถึงปี ค.ศ. 2025[17][22]

• ผังแท่งเก็บเชื้อเพลิงของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าอาร์ทีจี แสดงลูกบอลเชื้อเพลิงพลูโตเนียม-238 ออกไซด์
• ผังชั้นโครงสร้างของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าอาร์ทีจี แสดงชุดเทอร์โมคัปเปิลทำจากซิลิคอน-เจอมาเนียม
• แบบจำลองเครื่องกำเนิดไฟฟ้าอาร์ทีจี

ปัจจุบันปริมาณพลูโตเนียม-238 ใน วอยเอจเจอร์ 1 คงเหลือ 71.09% เทียบกับวันที่ปล่อยยาน และจะลดลงจนเหลือเพียง 56.5% ในปี ค.ศ. 2050

ระบบคอมพิวเตอร์

แทบทุกส่วนของตัวยานสำรวจทำงานโดยอัตโนมัติผ่านการควบคุมด้วยระบบคอมพิวเตอร์ ยกเว้นระบบถ่ายภาพแสงที่มองเห็นได้ซึ่งเป็นเพียงระบบเดียวที่ไม่ได้ทำงานแบบอัตโนมัติ แต่จะถูกควบคุมโดยชุดค่าพารามิเตอร์ในคอมพิวเตอร์ระบบย่อยข้อมูลการบิน (Flight Data Subsystem: FDS) ต่างจากกล้องถ่ายภาพในยานสำรวจยุคหลังจากปี ค.ศ. 1990 ที่เปลี่ยนมาใช้ระบบควบคุมแบบอัตโนมัติทั้งหมดแล้ว[24]

ระบบย่อยคอมพิวเตอร์สั่งการ (Computer Command Subsystem: CCS) ประกอบไปด้วยชุดคำสั่งแบบสำเร็จ เช่น ชุดคำสั่งถอดรหัส ชุดคำสั่งตรวจสอบและแก้ไขข้อบกพร่อง ชุดคำสั่งควบคุมทิศทางของเสาอากาศ และชุดคำสั่งควบคุมตำแหน่งยาน คอมพิวเตอร์ส่วนนี้เป็นส่วนที่พัฒนามาจากคอมพิวเตอร์ที่ใช้ในยานโครงการไวกิ้ง (Viking Program) ช่วงยุค ค.ศ. 1970 ฮาร์ดแวร์แบบปรับแต่งเอง (custom-built) ที่ใช้สำหรับระบบย่อยคอมพิวเตอร์สั่งการของยานสำรวจทั้งสองลำในโครงการ โวเอจเจอร์ จะเหมือนทุกประการ มีเพียงการปรับแต่งโปรแกรมเล็กน้อยเพราะมีระบบย่อยทางวิทยาศาสตร์ที่ยานอีกลำไม่มี[25]

ระบบย่อยควบคุมตำแหน่งและแนวโคจร (Attitude and Articulation Control Subsystem: AACS) เป็นระบบที่ใช้ในการควบคุมตำแหน่งและทิศทางของตัวยาน คอยควบคุมองศาของเสาอากาศยานให้ชี้มายังโลก ควบคุมการเปลี่ยนตำแหน่ง และบังคับทิศทางของยานเพื่อทำการถ่ายภาพวัตถุและพื้นผิว ระบบย่อยนี้สำหรับยานสำรวจในโครงการ โวเอจเจอร์ จะเหมือนทุกประการ[26][27]

เครื่องมือวัดทางวิทยาศาสตร์