Полет Вояджера за пределы Солнечной системы

В этом году исполняется 40 лет с тех пор, как была запущена миссия «Вояджер». «Вояджер-2» был запущен 20 августа 1977 года, а затем, с некоторой задержкой, 5 сентября отправился в полет «Вояджер-1».
Эти два однотипных зонда совершили настоящий прорыв в астрономии и космонавтике, они впервые побывали там, где никогда не бывали никакие другие земные аппараты. Мало того, миссия «Вояджер» продолжается до сих пор, и эти легендарные зонды работают до сих пор, удалившись уже практически за пределы Солнечной системы.

Миссия «Вояджер»

Оба аппарата были созданы в лаборатории НАСА и являлись практически однотипными, то есть были похожи друг на друга, как близнецы. Задачей миссии «Вояджер» было изучение планет — гигантов – Юпитера и Сатурна, не более.

Однако как раз сложилась удачная ситуация – так называемый «парад планет», когда планеты оказываются практически на одной линии, с одной стороны от Солнца. Это позволило разработать такую траекторию полета, когда зонды, пролетая мимо планеты, используют её гравитацию для разгона и могут по кратчайшему пути достичь следующей планеты. Поэтому в итоге «Вояджеры» посетили не только Юпитер и Сатурн, но и все остальные внешние планеты, кроме Плутона, после чего отправились дальше, в открытый космос.

Оснащение зондов

Оба эти аппараты представляли собой полностью автономные роботы, способные работать самостоятельно, с учетом больших расстояний до Земли и большой задержки радиосигнала. В число оборудования входила такая аппаратура:

  • Широкоугольная и узкоугольная телекамеры, в которых использовались видиконы с памятью и четкостью 800 строк. Да, цифровых камер тогда не было, но видикон – предок цифровой матрицы тех времен.
  • Инфракрасный и ультрафиолетовый спектрометры для изучения химического состава всего, что попадется на пути.
  • Фотополяриметр.
  • Плазменный комплекс, в состав которого входили различные датчики – магнитометр, детекторы плазмы, заряженных частиц, космических лучей.

Такого набора вполне достаточно для получения большого количества полезной информации. Кстати, «Вояджеры» сделали немало открытий, пользуясь этими приборами.

Из-за большой удаленности от Солнца конструкторы посчитали, что солнечные батареи не обеспечат зонды достаточным количеством энергии, и оснастили каждый тремя радиоизотопными термоэлектрическими генераторами, работающими на плутонии-238. Именно благодаря этому аппараты работают до сих пор, хотя мощность генераторов уже сильно упала. Износ других элементов тоже даёт о себе знать, поэтому сейчас на зондах отключена почти вся аппаратура в целях экономии энергии, а скоро они вообще перестанут работать. Примерно в 2025 году энергии станет недостаточно для поддержания радиосвязи.

Полет «Вояджера-1»

Траектория полета Вояджеров
Траектория полета Вояджеров

Хотя «Вояджер-1» стартовал немного позже «Вояджера-2», однако он быстро опередил его. Дело в том, что он совершил несколько гравитационных маневров и набрал более высокую скорость. Целью его были Юпитер и Сатурн, поэтому и путь его оказался более прямым, в итоге он обогнал сородича и к Юпитеру прибыл даже на 4 месяца раньше – 5 марта 1979 года.

Впервые крупным планом были получены уникальные фотографии Юпитера, в частности Большого красного пятна. Были обнаружены полярные сияния и мощные грозы. Были проведены спектрографические исследования атмосферы Юпитера с близкого расстояния и более точно определен её состав.

«Вояджер-1» сделал снимки спутника Юпитера Амальтеи, где было хорошо заметно, что этот спутник имеет не шарообразную, а эллиптическую форму. Также зонд сделал удивительное открытие – наличие у Юпитера тонкого (30 км), кольца шириной около 8000 км, которое просто невидимо с Земли.

Также «Вояджер-1» посетил галилеевские спутники, в частности, пролетел рядом с Ио на расстоянии 13000 км и сделал детальные фотографии поверхности. Аппаратура зафиксировала наличие большого количества серы, а камеры запечатлели 8 действующих вулканов, которые извергались на высоту до 400 км. Именно «Вояджер-1» первым сделал множество удивительных открытий на спутнике Ио.

Вояджер у Юпитера

Другой спутник Юпитера – Европа, оказался не по пути зонда, поэтому дальше он направился к Ганимеду. И там удалось сделать множество фотографий с расстояния всего 5270 км, благодаря которым мы и знаем теперь о наличии на этом спутнике большого количества воды, и возможном существовании там подледного океана.

А вот от Каллисто аппарат пролетел на расстоянии 126 000 км, однако и здесь удалось получить немало детальных фотографий, и обнаружить множество деталей, которые нельзя увидеть с Земли.

После Юпитера «Вояджер-1» отправился к Сатурну, которого он достиг 12 ноября 1980 года. Научный руководитель проекта Эд Стоун говорил, что каждый день они получали множество потрясающих фотографий и прочих данных, открывающих Сатурн с неведомой стороны, ведь до этого про планету было не так уж и много известно.

Например, именно «Вояджер-1» открыл кольцо F и показал волнистую структуру в кольцах, которую создают спутники Прометей и Пандора. Были открыты так называемые «спицы» в кольцах планеты. На переданных фотографиях были видны бури невиданной силы, которые просто нельзя увидеть с Земли. На полюсах были заметны странные структуры шестигранной формы. Было открыто 6 неизвестных ранее спутников и получены детальные снимки Энцелада.

Диона, спутник Сатурна
Диона, спутник Сатурна. Снимок Вояджера-1, сделанный 12 ноября 1980 г с расстояния 240 тысяч км.

«Вояджер-1» пролетел около Титана и передал много информации о составе его атмосферы и детальных фотографий.

Во многом благодаря полету «Вояджеров» мы знаем о планетах то, что знаем. Дальнейшие полеты лишь уточнили данные и передали дополнительную информацию. «Вояджеры» были первыми там.

После Сатурна «Вояджер-1» изменил направление полета, поднялся над эклиптикой и продолжил полет, но на пути его уже не было никаких планет. Еще в 2013 году было официально признано, что он вышел за пределы Солнечной системы и теперь полет его продолжается в межзвездном пространстве. Расстояние до него теперь более 20 млрд. км, или 134 астрономических единиц, а проходит он сейчас более 3.3 а.е. в год (примерно 500 млн. км).

Полет «Вояджера-2» к Юпитеру и Сатурну

Этот зонд отправился в путь первым, однако летел медленнее, поэтому достиг Юпитера лишь 9 июля 1979 года, спустя 4 месяца после «Вояджера-1». В целом его путь оказался даже интереснее, ведь он посетил и Уран с Нептуном, а «Вояджер-1» после Сатурна ушел в сторону.

Около Юпитера, кроме самой планеты, зонд обследовал галилеевские спутники, например, пролетел неподалеку от Европы, которую собрат миновал, и побывал у Ганимеда.

Извержение вулкана Пепе на спутнике Юпитера Ио, снятое Вояджером-2
Извержение вулкана Пепе на спутнике Юпитера Ио, снятое Вояджером-2

С Сатурном аппарат сблизился лишь 25 августа 1981 года, почти через год после того, как там побывал «Вояджер-1». Там он также сделал множество фотографий планеты и спутников. Первым на пути оказался спутник Япет и зонд впервые в истории передал его снимки и данные по химическому составу, которые заставили задуматься многих. Также было снято множество других спутников с разного расстояния.

Хотя у Юпитера и Сатурна уже побывал «Вояджер-1», со вторым зондом ученые получили уникальную возможность дополнить свои данные. Они могли корректировать путь аппарата таким образом, чтобы заглянуть в те места, куда не попал первый зонд, или где нужно получить дополнительные данные. Два этих зонда вместе дали очень много бесценной информации, сделали множество открытий, а где-то и опровергли прежние теории. Например, по полученным снимкам годы спустя были открыты спутники Сатурна Пан и Паллена.

Снимок Сатурна, сделанный Вояджером-2
Снимок Сатурна в естественных цветах, сделанный 21 июля 1981 года Вояджером-2 с расстояния 21 млн. миль.

Не обошлось здесь и без приключений, добавивших седых волос исследователям. После прохождения через плоскость колец зонд ушел на теневую сторону планеты, однако после выхода на связь не вышел. Оказалось, что поворотная платформа застряла и не ориентировалась на Землю. Сначала предполагалось, что причиной стали микрочастицы из колец Сатурна, затем решили, что дело во внутренних неполадках. Было изготовлено 86 макетов, на которых проблема была всесторонне изучена, и причиной оказалась чрезмерная нагрузка на механизмы. Была передана новая программа для переориентации зонда и связь удалось восстановить. Однако несколько снимков Энцелада и Тефии из-за этого сделать не удалось. В целом же программа была выполнена полностью.

Полет «Вояджера-2» к Урану и Нептуну

Дальше путь зонда лежал к Урану, куда он и прибыл 24 января 1986 года. Благодаря удачному расположению планет зонд воспользовался гравитацией Юпитера и Сатурна для разгона, и достиг Урана за 9 лет после старта. Не будь такого случая, путь занял бы около 30 лет, то есть зонд лишь недавно побывал бы там, а до Нептуна еще не долетел.

На удачный исход этой операции шансы оценивались всего в 60-70%, особенно после проблем с поворотной платформой. Из-за большого расстояния для связи начали применять 64-метровые антенны, расположенные на разных материках. Скорость передачи данных также снизилась, поэтому бортовой компьютер был перепрограммирован под более эффективные алгоритмы сжатия. Однако к тому времени мощность радиоизотопных генераторов уже сильно упала, и для экономии энергии приборы использовались поочередно.

Посещение Урана

Уран при подлете оказался повернут к «Вояджеру-2» южным полушарием. В программу было включено обзорное фотографирование планеты и пролет мимо спутника Миранды. Однако в итоге были открыты еще 2 кольца Урана, помимо известных, и спутник Пак. Затем было открыто еще около десятка мелких спутников, размером всего в несколько десятков километров. Была детально изучена магнитосфера планеты, что дало много новой информации.

Снимок Урана, сделанный Вояджером-2
Снимок Урана, сделанный Вояджером-2 после его пролета.

Здесь тоже не обошлось без приключений. За 6 дней до максимального сближения с планетой было обнаружено, что снимки поступают с искажениями в виде черно-белой сетки. Выяснилось, что в одном байте один бит всегда имел значение 1 и не менялся. Программисты переписали программу, чтобы исключить дефектный бит, и успели передать её за 4 дня до сближения.

Всего «Вояджер-2» передал примерно 6000 снимков Урана его колец и спутников. Далее его ожидал очередной маневр и длинный путь к следующему пункту – Нептуну, которого он и достиг 24 августа 1989 года, спустя 12 лет после старта, и всего за 3.5 года от Урана. До сих пор так далеко не долетал ни один аппарат с Земли.

Посещение Нептуна

Из-за большой удаленности ручное управление было бесполезным – радиосигнал шел от Земли до аппарата более 4 часов, и столько же обратно. За это время зонд успел бы пролететь более 200 000 км. Поэтому работал он самостоятельно, всю информацию записывая на специальный цифровой магнитофон, а уже потом, после удаления от планеты всю её передал. Скорость передачи на таком расстоянии тоже была очень медленной, чтобы фильтровать слабый полезный сигнал от помех.

«Вояджер-2» впервые сфотографировал Нептун с близкого расстояния, изучил его атмосферу и магнитосферу. Был обнаружен гигантский антициклон, подобный Большому Красному пятну на Юпитеру, но этот получил название Большое Темное пятно. Были сняты полярные сияния на Нептуне, причем не только у полюсов, но и везде, а также на его спутнике Тритоне.

Снимок нептуна, сделанный Вояджером-2
Нептун, Большое Темное пятно и облака в атмосфере.

Тритон, вопреки ожиданиям – на нем царит экстремальный холод до -236 градусов, оказался геологически активным. На нем были обнаружены не только действующие вулканы, но и гейзеры. Такой тип вулканизма называется жидкостно-ледяным, и он уникален. Тритон имеет очень разреженную атмосферу, однако зонд обнаружил в ней тонкие облака, вероятно, из азотного инея.

Кроме множества других открытий, «Вояджер-2» обнаружил у Нептуна 6 мелких спутников и кольца.

После Нептуна аппарат, как и «Вояджер-1», ушел к югу от эклиптики под д углом 48 градусрв. На этом его планетная миссия закончилась. Скорость полета его к тому времени достигла 15.9 км/с.

Полет за пределы Солнечной системы

Оба «Вояджера» летят до сих пор, один к северу от эклиптики, другой к югу. Сейчас они уже вылетели за пределы Солнечной системы и летят в межзвездном пространстве, хотя на эту тему пока продолжаются споры – никто не знает, что считать этими границами. Мало того, они продолжают передавать полезную информацию о состоянии космического пространства. Правда, их источники питания уже практически вдвое потеряли свой ресурс, поэтому практически вся аппаратура была отключена. Зонды смогут функционировать примерно до 2025 года, после чего энергия у них иссякнет, и они отключатся окончательно.

Однако полет свой эти аппараты, ставшие легендой, не прекратят.

Примерно к 2300 году «Вояджер-2» полностью перестанет испытывать гравитационное воздействие Солнца.

В 8 571 году «Вояджер-2» будет на расстоянии в 4 световых года от Звезды Барнарда, а в 20319 году – в 3.5 световых годах от Проксимы Центавра.

В 42 000 г. «Вояджер-1» пролетит на расстоянии в 1.6 световых лет от звезды AC+79 3888 в созвездии Жирафа. Он будет на расстоянии 1 парсек (31 трлн. Км.) от нас.

В 296 036 году «Вояджер-2» пролетит около Сириуса на расстоянии в 4.3 световых года.

Через миллион лет «Вояджер-2» удалится от нас на 47.4 световых лет.

Послание внеземным цивилизациям

Когда «Вояджеры» готовили к полету, на каждом из них закрепили золотую пластину, на которой разместили множество информации о Земле и её обитателях – звуки и фотографии природы, ДНК человека, музыку, а также обращение Джимми Картера, тогдашнего президента США.

Установка золотых пластин с посланием на аппарат Вояджер.
Установка золотых пластин с посланием на аппарат Вояджер.
Такая золотая пластинка стоит на Вояджерах.
Такая золотая пластинка стоит на Вояджерах.

Если эти пластины когда-нибудь попадут к представителям достаточно развитой цивилизации, они смогут расшифровать эту информацию, и возможно, выйдут на контакт. Ведь вряд ли мы одиноки во Вселенной – последние исследования все больше подтверждают обратное. Поэтому последней миссией «Вояджеров», возможно, на миллионы лет, станет доставка письма братьям по разуму.

Развернуть статью

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *