Вояджер 2 на каком он расстоянии сейчас. Путешествие в бездну

Вступление

Уважаемые посетители! В августе 2004 года исполнилось 15 лет с того момента, когда аппарат "Вояджер-2" сблизился с Нептуном, и на этом завершилось большое путешествие аппарата по большим планетам Солнечной системы. "Вояджер-2" за 12 лет посетил 4 планеты-гиганта. Как проходил полет "Вояджера-2" по Солнечной системе, какие трудности ему пришлось преодолеть и что ожидает аппарат в будущем, рассказывается в статье знаменитого ученого-планетолога Л. В. Ксанфомалити.

В августе 1989 г. сближением "Вояджера-2" с Нептуном завершилась планетная часть миссии "Вояджер". Еще один таинственный мир из семейства планет-гигантов предстал на телевизионных экранах.

Проект "Вояджер" по продолжительности и продуктивности - один из самых выдающихся экспериментов, выполненных в космосе в последней четверти XX века. Четыре планеты-гиганта: Юпитер , Сатурн , Уран и Нептун , прошли перед объективами телевизионных камер и другой научной аппаратуры "Вояджера-2". Четыре раза поток научных данных возрастал до пределов, которые аппарат еще способен был передать на Землю. Расстояния до планет-гигантов так огромны, что даже современные средства наземной астрономии оказываются бессильными перед этой беспредельной далью. Но космический аппарат "Вояджер-2" через 12 лет полета сумел достичь Нептуна, удаленного от Земли в 30 раз дальше, чем Солнце.

Автоматы исследуют Солнечную систему. Их полеты напоминают путешествия в начале истории географических открытий, когда человек впервые поверил в свою способность преодолевать безмерную, казалось бы, ширь земных океанов. Прошли века. И пусть теперь, как писал И. Ефремов, беззаботные молодые люди за штурвалом сверхзвукового самолета "преодолевают эти расстояния за время, недостаточное для совершения обряда утреннего омовения", но величие подвига мореплавателей прошлого не меркнет до сих пор. Вероятно, и наши, не столь уже далекие потомки, шутя будут преодолевать расстояние до орбиты Нептуна, откуда даже радиосигнал "Вояджера-2" шел более четырех часов. Вероятно, они будут знать задворки Солнечной системы не хуже отдаленных уголков Земли. И все же последняя четверть XX века навсегда останется одной из самых ярких эпох осознания человеком устройства и природы Солнечной системы и своего в ней места.

Конечно, было бы наивно думать, что полет двух "Вояджеров" позволил сколько-нибудь глубоко разобраться в процессах, происходящих в недрах газожидких гигантов. Это еще впереди. Но уверенно сделаны первые шаги, и теперь в руках ученых вместо шатких гипотез (а иногда и просто домыслов) оказались твердые факты.

Развитие науки все ускоряется. Вряд ли кто-либо из учителей астрономов-планетчиков моего поколения мог предположить, что их студентам выпадет не только увидеть обратную сторону Луны и работающих на Луне космонавтов, но и поверхность спутников самых далеких планет. С момента открытия в 1846 г. Нептун не завершил еще и одного оборота вокруг Солнца. В 1949 .г. известный исследователь планет Г. Койпер открыл спутник Нептуна Нереиду. В 1989 г. его бывший студент К. Саган участвовал в исследованиях Нереиды с борта "Вояджера-2".

В этой статье коротко рассказывается об истории проекта "Вояджер", о самих аппаратах и некоторых их приключениях. Научным итогам миссии посвящаются другие статьи, поэтому основные научные результаты, полученные в исследованиях Юпитера, Сатурна, Урана и их спутников, вынесены в приложение (без комментариев). Исследованиям Нептуна намечено посвятить отдельную статью.

"Большой тур" и Вояджер. "Вояджер-2" был запущен к Юпитеру с космодрома космического центра им. Кеннеди 20 августа 1977 г. ракетой "Титан 3Е-Центавр" со стартовой массой около 700 т. "Вояджер-1" последовал за ним 5 сентября 1977 г., но для него была выбрана более короткая (и менее экономичная) трасса. Планеты Юпитер он достиг 5 марта 1979 г., на 4 месяца раньше "Вояджера-2", который сблизился с Юпитером 9 июля того же года. Аппараты "Вояджер-1" и "Вояджер-2" были созданы в лаборатории реактивного движения (JPL) НАСА. Интересна предыстория их разработки. Идея проекта "Большой тур" впервые появилась в конце 60-х годов, незадолго до запуска первых пилотируемых аппаратов к Луне и аппаратов "Пионер" к Юпитеру. Работы по проекту "Большой тур" НАСА начала в 1969 г. Уже на 1972 г. Конгресс США, как ожидалось, должен был выделить 30 млн. долларов для работ по этому проекту. Однако эта сумма утверждена не была.

Идея проекта заключалась в последовательном облете каждым из намечавшихся аппаратов нескольких планет. На рубеже 70-х и 80-х годов все планеты-гиганты удачно расположились в сравнительно узком секторе Солнечной системы ("парад планет"). Последний раз такое "собрание" проходило 180 лет назад. Использование гравитационного маневра делало возможным перелет аппарата от одной планеты к другой за относительно короткое время. Без такого маневра полет, например, к Нептуну, продолжался бы на 20 лет дольше, а изменение направления полета потребовало бы немыслимого расхода горючего.

Суть маневра заключается в том, что при движении аппарата в гравитационном поле воздействующее на него притяжение планеты несколько изменяет его траекторию. Необходимая для этого энергия заимствуется у планеты и, по закону сохранения, добавляется к кинетической энергии аппарата. Впервые астрономы поняли физику этого явления еще в XIX в., наблюдая, как сильно изменяются орбиты комет под действием массивного Юпитера. В 1989 г., ровно сто лет назад, французский ученый Франсуа Тиссеран проанализировал проблему и создал соответствующий математический аппарат, позволяющий рассчитать орбиты кометы до и после возмущения. В эпоху планетных исследований гравитационный маневр много раз использовался для управления движением аппарата.

Так, аппарат "Маринер-10" был выведен на орбиту сближения с Меркурием после гравитационного маневра у Венеры; прямой вывод аппарата на такую орбиту невозможен. В последнее время этот метод настолько разработан, что его используют даже для разгона аппарата. Самый яркий пример - аппарат "Галилей", который был запущен в США в октябре 1989 г. для исследований Юпитера. Однако после запуска аппарат был направлен не к Юпитеру, а к Венере. После маневра в ее поле тяготения в декабре 1990 г. он вернется к Земле для следующего маневра. Но и это еще не все. В октябре 1991 г. он сблизится с астероидом Гаспра (названным в честь поселка Гаспра вблизи Симеизской обсерватории в Крыму), а затем... снова вернется к Земле (декабрь 1992 г.). Лишь после этого аппарат "Галилей" ляжет на трассу полета к Юпитеру, которого достигнет через 3 года. В проекте "Большой тур" гравитационный маневр играл определяющую роль: изменение направления полета аппарата достигалось фактически без затрат топлива. Но для этого требовалось очень точно выбрать расстояние пролета от центра массы: если аппарат проходит слишком далеко от планеты, излом его траектории оказывается слишком малым, а если очень близко - аппарат может даже развернуться на 180°. Поэтому в проекте Вояджер выбор расстояния в сближении с планетой относился к самым ответственным операциям.

Вероятно, в будущем гравитационный маневр будет использоваться и в звездной навигации. С таким предложением недавно выступил молодой советский ученый Владимир Сурдин. Интересно, что идея этого маневра приходила в голову многим людям, даже далеким от науки. В 1939 г. его описал писатель фантаст Лестер дель Рей.

Таким образом, гравитационный маневр не только изменяет траекторию аппарата, но и дает выигрыш в энергии. Однако чтобы реализовать "Большой тур", требовалось особое расположение планет, примерно такое, как было в 80-х годах, иначе вся миссия растянулась бы непомерно. Предполагалось, что для посещения пяти внешних планет миссия "Большой тур" потребует нескольких аппаратов: два в 1976-1977 гг. должны были быть направлены последовательно к Юпитеру, Сатурну и затем - к Плутону. Кстати, выбор времени сближения с Плутоном был критичным как никакой другой: орбита Плутона значительно наклонена к эклиптике, а полет с выходом из плоскости эклиптики представляет задачу сложную и дорогостоящую. Два других аппарата в 1979 г. намечалось послать к Юпитеру, Урану и Нептуну. Рассматривался даже вариант с пятью аппаратами.

Однако бюджетные ограничения вскоре заставили изменить, а затем и существенно урезать проект. Лунная экспедиция "Аполлон" обошлась слишком дорого, и проект "Маринер - Юпитер - Сатурн - 77", в дальнейшем переименованный в "Вояджер", оказался намного скромнее "Большого тура". Стоимость проекта составила 250 млн. долларов, или 1/3 намечавшейся стоимости "Большого тура". (На сегодня все расходы по проекту, в которые входят ракеты запуска, весь наземный радиокомплекс и операции сближения, включая сближение с Нептуном, составили 865 млн. долларов.) Новый вариант уже не предусматривал ни таких сложных и многочисленных аппаратов, ни посещения Урана, Нептуна и Плутона. "Вояджер" представляет собой довольно крупное сооружение. Это-высокоавтономный робот, оснащенный собственными энергетическими установками, ракетными двигателями, компьютерами, системой радиосвязи, управления и научными приборами для исследования внешних планет. Масса аппарата составляет 815 кг.

Ограничение задач позволило значительно снизить требования к надежности компонентов и стоимости не только бортового, но и наземного оборудования. В самом деле, для радиосвязи на фантастические расстояния (орбита Нептуна - 30 а. е., или 4,5 млрд. км от Земли) требовалось создать сеть гигантских радиотелескопов, каждый из которых представляет очень дорогое сооружение. (Фактически, такая сеть была создана, но намного позднее.) Уже к моменту сближения "Вояджера-2" с Ураном радиотелескопы с диаметром поворотной антенны 64 м для приема сигналов из дальнего космоса были установлены в США, в Испании и в Австралии.

Оставим пока вопрос о том, как "Вояджеру-2" удалось все-таки исследовать Уран и Нептун, и обратимся к рисунку, на котором представлена схема полета Вояджеров. Через полтора года после Юпитера, 12 ноября 1980 г. "Вояджер-1" достиг Сатурна. Чтобы сблизиться с его спутником Титаном, имеющим плотную атмосферу и представляющим особый научный интерес, аппарат прошел сравнительно низко над южным полюсом Сатурна и круто изменил свою траекторию. Сближение с Титаном произошло, как намечалось, но это был конец планетной миссии "Вояджера-1". Аппарат стал все выше подниматься над плоскостью эклиптики. На 1990 г. он ушел "вверх" уже на 19,4 а. е., или почти на 3 млрд. км. Как известно, планетных тел здесь нет.

"Вояджер-2" достиг Сатурна почти на год позже, 25 августа 1981 г. и провел исследования планеты и ее многочисленных спутников. После гравитационного маневра в плоскости эклиптики он был направлен к Урану. Сближение с Ураном произошло 24 января 1986 г. Снова исследования планет и спутников, снова маневр. 24 августа 1989 г. аппарат достиг "последней остановки" - Нептуна. Подобно Титану у Сатурна, спутник Нептуна Тритон давно привлекает внимание исследователей. Последний маневр "Вояджера-2" позволил исследовать Тритон (который, как выяснилось, того стоил). Теперь "Вояджер-2" тоже уходит из Солнечной системы (но в направлении, другом, чем "Вояджер-1"). Несколько слов о научном оснащении аппаратов. Научный комплекс "Вояджеров" позволил (в принципе) одновременно проводить 11 научных экспериментов.

На рисунке слева показано научное оснащение аппаратов. Это установленные на поворотной платформе "широкоугольная" (поле около 3°) и "узкоугольная" (0,4°) телевизионные камеры с объективами, фокусные расстояния которых 200 и 500 мм соответственно. Камеры имеют высокую четкость (800 строк); в них используются специальные видиконы с памятью. Считывание одного кадра требует 48 с. (Теперь в таких камерах ставят ПЗС-матрицы.) При 8-разрядном кодировании один кадр содержит 5,12 Мбит информации. С Сатурна "Вояджер-2" передавал 1 кадр за каждые 3 минуты.

На платформе установлены также спектрометры, инфракрасный и ультрафиолетовый, и фотополяриметр. Инфракрасный прибор (спектроинтерферометр), рассчитанный на диапазон от 4 до 50 мкм предназначен для исследования химического состава и структуры атмосфер планет-гигантов и Тритона. Ультрафиолетовый спектрометр диапазона 50-170 нм регистрирует, главным образом, излучение атомов с относительно высокими энергиями. Фотополяриметр (который работал только на "Вояджере-2") передавал информацию о физических свойствах аэрозолей атмосфер и поверхности спутников. В плазменном комплексе были детектор плазмы, детектор заряженных частиц низких энергий, детектор космических лучей. На борту имелись также магнитометры высокой и низкой чувствительности и приемник плазменных волн. Кроме того, "бесплатным приложением" к научному комплексу была радиосистема аппарата. Без каких-либо специальных приборов, по характеру изменения радиосигнала при заходах аппарата за планету, определяются основные параметры атмосферы небесного тела.

В приложениях I, II и III суммированы основные итоги исследований Юпитера, Сатурна и Урана. Таким образом, двойная планета Плутон-это единственный из миров Солнечной системы, который пока не дождался земных гостей (и. по-видимому, уже не дождется до XXI в.). Заметим, что из-за большого эксцентриситета орбиты Плутона до конца XX в, он будет находиться ближе к Солнцу, чем Нептун. Как видно из схемы, Плутон сейчас недостижим для обоих "Вояджеров".

Домашнее хозяйство аппарата. Почти все основные сведения о планетах-гигантах и их спутниках были либо получены, либо существенно обновлены в полетах "Вояджеров". Для этих исследований аппараты были оснащены достаточно эффективным набором научных инструментов. Но наряду с научными инструментами, важную роль играли системы самого аппарата. Так, развитие космической технологии позволило решить одну из наиболее важных проблем - энергообеспечение аппарата. Чтобы подчеркнуть эту особенность, один из первых вариантов проекта даже имел специальное название - ТОРS - "термоэлектрический аппарат для внешних планет". Радиоизотопные термоэлектрические генераторы устанавливались и раньше как на советских, так и на американских космических аппаратах, но для Вояджеров они имели особое значение.

Если для спутников "малого каботажа", предназначенных для исследования Меркурия, Венеры, Земли и Марса вполне достаточно фотоэлектрических (солнечных) батарей, то для далеких планет, где низка плотность солнечной радиации, нужны другие источники энергии. На "Вояджерах" установлены три радиоизотопных термоэлектробатареи с эффективностью около 5 %, нагреваемые тепловыделяющими элементами из окиси плутония. Общая мощность такой батареи вначале составляла почти полкиловатта электроэнергии, однако по мере распада плутония мощность падала (как тепловая, так и электрическая). Это сказывалось уже в период сближения с Ураном (когда мощность упала до 400 Вт) и создавало ограничения в выполнении научной программы; например, нельзя было проводить все эксперименты одновременно.

Естественно, не только энергетика определяет возможности аппарата. Множество систем, которые называют "служебными" (а чаще-просто "домашним хозяйством"), позволяют аппарату вести самоконтроль, управлять своим положением, рассчитывать свои действия, посылать и принимать радиосообщения. "Мозг" Вояджера - это два компьютера, образующих так называемую "подсистему полетных данных". Компьютеры могут работать как в дублирующем, так и в независимом режиме. В их функции входит контроль состояния научных приборов и управление ими, сбор и редактирование научной информации перед радиопередачей ее на Землю, контроль и управление положением аппарата и многие другие задачи. Главным достоинством управляющего комплекса "Вояджера", как выяснилось в многолетнем полете, оказалась необычайно гибкая программа, которая не только допускала радикальные изменения в исследовательских планах или в принципах обработки поступающей научной информации, но позволяла также обойти неизбежно возникающие во время длительного путешествия неисправности то в в одном, то в другом из многочисленных узлов аппарата, включая даже сами компьютеры. Кстати, в бортовой вычислительной машине "Вояджера-1" отказала одна из систем памяти, но выполнению научных задач это не помешало.

Правильное положение аппарата в пространстве определяет возможность радиосвязи с Землей, так как большая параболическая чаша его антенны диаметром 3,65 м. жестко скреплена с аппаратом. Во время радиосвязи она должна быть точно нацелена на Землю. Компьютеры "узнают" положение аппарата с помощью датчиков Солнца и звезд, которые также используются для навигации. Но этого недостаточно. Необходимо знать положение аппарата на небесной сфере. Разумеется, увидеть аппарат с Земли невозможно, но вместо этого можно использовать телевизионные снимки, получаемые с самого аппарата перед сближением с небесным телом. На них планета и ее спутники видны на фоне звезд с известными координатами. После обработки телевизионных изображений положение аппарата удается определить с очень высокой точностью. Например, у Урана погрешность такого определения составляла 20-25 км. Этот метод называется оптической навигацией. Очень высокую точность дает радионавигация. Для этого методами радиоинтерферометрии по регистрации сигнала радиопередатчика аппарата определяется его положение на небе относительно "маяков Вселенной" - квазаров.

Аппарат может, при необходимости, изменить свое положение. Для этого он оснащен малыми ракетными двигателями (двигателями малой тяги, или верньерными двигателями). Двигатели работают на гидразине, который хранится в топливном баке. Небольшое, контролируемое компьютером количество жидкого гидразина поступает на катализатор, который превращает его в газ, выбрасываемый из сопла двигателя. Реактивная тяга поворачивает аппарат. Топливо используется также в тех случаях, когда необходима коррекция траектории аппарата. В целом, гидразин расходовался так экономно, что после встречи с Ураном в топливном баке оставалось еще около половины запаса (62 кг). Интересно назвать главные причины, которые слегка нарушают параметры движения аппарата. Прежде всего, это гравитационные воздействия планет Солнечной системы на тело, находящееся в свободном полете. Затем - очень малые силы, которые возникают под действием падающего на аппарат солнечного излучения и его собственного теплового излучения. Наконец, это механические воздействия собственных устройств аппарата (поворотной платформы). При сближении с Ураном и Нептуном приходилось исключать даже такие ничтожные воздействия, которые вызывало включение бортового магнитофона. С Земли удается с весьма высокой точностью найти скорость аппарата. Лучевая скорость (проекция скорости на линию визирования) определяется по эффекту Доплера с точностью до 2 см/с при скорости аппарата около 16 км/с. Чувствительность метода так высока, что, например, задолго до сближения с планетой ученые поняли, что принятую массу Урана, заложенную в расчеты, необходимо увеличить на 0,3 %, чтобы привести расчеты в соответствие с наблюдаемыми доплеровскими приращениями.

В верхней части, на решетчатой ферме показана поворотная платформа. На ней находятся оптические приборы, включая обе телевизионные камеры. Платформа позволяет направлять приборы в сторону исследуемой планеты, не поворачивая сам аппарат. Она прекрасно работала до сближения с Сатурном. Но в момент пересечения плоскости колец движение по одной из двух ее плоскостей - азимутальной - внезапно прекратилось. Аппарат в это время не был виден с Земли и находился далеко от кольца, поэтому было маловероятно, что платформу повредили частицы кольца. После выхода из-за планеты намечалась съемка южного полушария Сатурна, а также получение мозаичных, из множества отдельных снимков высокого разрешения, изображений поверхности спутников Тефии и Энцелада. К сожалению, эту часть программы выполнить.не удалось, а когда, после нескольких дней напряженной работы специалистов, платформа стала понемногу реагировать на радиокоманды, было уже поздно. Впрочем, потеря была относительно невелика, но проблема не на шутку встревожила ученых: уже тогда было ясно, что полет к Урану - дело решенное. Пусть с какой-то долей риска, но аппарат его выдержит. Но что делать, если платформа не будет исправлена?

Чтобы понять, в чем неисправность, в JPL были срочно изготовлены 86 (!) макетов силового привода платформы, на которых и провели всесторонние исследования. Выводы были обнадеживающие: причиной заклинивания оказалась большая нагрузка, которая пришлась на платформу в работе у Сатурна, и неисправность можно устранить (хотя в дальнейшем с платформой следует обращаться поаккуратней). Предусмотрели и аварийную программу, но она так и не понадобилась. За хорошую работу надо хорошо платить. "Вояджер-2" хорошо поработал в Солнечной системе. Его телевизионные камеры оказались лучше, чем у "Вояджера-1". Но и хлопот он доставил немало, начиная от старта. Перед запуском потребовался ремонт бортовой подсистемы компьютера. После запуска включилась система ориентации. Вскоре выяснилось, что она работает, как любят говорить советские специалисты, "нештатно". Имелись трудности со штангой, на которой находится платформа, - ее сначала не удавалось развернуть. Словом "Вояджер-2" оказался с характером. Постепенно его приводили в порядок, но самая большая неприятность произошла на борту аппарата весной 1978 г., на первом этапе его пути. Как "Вояджер-2" был потерян, но ненадолго. Связь аппарата с Землей ведется посредством двух радиопередатчиков с частотами 2295 МГц (длина волны 13,1 см.) ч 8418 МГц (3,56 см.). Каждый из них для надежности дублирован. Мощность каждого передатчика очень невелика, всего 23 Вт.

Это примерно равно мощности переносной автомобильной лампы. Вся эта мощность, благодаря большой антенне, собирается в остронаправленный радиолуч и посылается на Землю. Мощность принимаемого здесь радиосигнала обратно пропорциональна квадрату удаленности аппарата. С Нептуна сигнал был в 33 раза слабее, чем с Юпитера. С другой стороны, при одной и "той же антенне с диаметром D сигнал зависит от длины волны, так как ширина радиолуча, посылаемого на Землю, составляет 1,22?/0. (Образуемое таким лучом пятно на уровне орбиты Земли превышает 50 млн. км. для сантиметрового передатчика.) Поэтому легко видеть, что мощность принимаемого сигнала будет обратно пропорциональна квадрату длины волны передатчика. Но здесь возникает другая трудность: чтобы радиолуч не ушел с Земли, система ориентации аппарата должна поддерживать направление на Землю с точностью в несколько угловых минут. Есть сложности и на Земле: сантиметровое излучение сильно поглощается дождем (и меньше - облаками).

Радиосистема "Вояджеров" передавала поток информации со скоростью 115,2 кбит/с с Юпитера и 45 кбит/с с Сатурна. Ниже мы остановимся на некоторых ухищрениях инженеров, позволивших "обмануть природу" и передавать по этому каналу с Нептуна в 3-4 раза больше информации, чем намечалось вначале. Но сначала об одной истории, которая показывает, что несущественных компонентов на борту космического аппарата не бывает. Далеко не самые сложные устройства на борту "Вояджеров" - командные приемники. Они принимают и декодируют (расшифровывают) поступающие с Земли радиокоманды. По существу, это "уши" аппарата. Приемников два, основной и резервный. Впрочем, если бы инженеры JPL заранее знали, что ожидает "Вояджер-2" в полете, они, наверное, поставили бы и четыре. Все началось с того, что после очередного сеанса радиосвязи операторы забыли послать на борт специальную команду, предназначенную для самого приемника. Через длинную цепь причинно-следственных связей это привело к выходу приемника из строя. Неожиданно обнаружилось, что и переход на резервный приемник не дает результата. Аппарат оглох. На решение проблемы были брошены лучшие специалисты - ведь дело шло к фактической потере аппарата.

И вот, после длинной серии экспериментов удалось установить, что аппарат все-таки что-то слышит, но слышит одну-единственную "ноту". На все остальные частоты, посылаемые наземным передатчиком, он не реагирует, в том числе и на те, на которые он рассчитан. Удалось выяснить, что у резервного командного приемника из-за повреждения конденсатора не работает автоматическая подстройка частоты гетеродина - несложный, но очень важный электронный узел. Дело в том, что частота сигнала, принимаемого аппаратом с Земли, постоянно меняется из-за доплеровских сдвигов, достигающих очень больших значений. Без автоматической подстройки приемник может принимать лишь сигналы в пределах собственной полосы пропускания, которая составляет менее 1/1000 нормального ее значения. Даже доплеровские сдвиги от суточного вращения Земли превышают ее в 30 раз. Оставался единственный выход из положения - каждый раз рассчитывать новое значение передаваемой частоты и подстраивать наземный передатчик так, чтобы, после всех сдвигов, сигнал как раз попадал в полосу пропускания приемника. Это и было сделано - компьютер теперь включен в контур передатчика. И так- все 12 лет полета. Продолжительность ежедневной связи с аппаратом составляет от 8 до 16 ч, а в сближениях связь идет круглосуточно. Кстати, сигналы на аппарат обычно посылает 400-киловаттный передатчик в Голдстоуне с его 64-метровой (теперь 70-метровой) антенной. Специалисты JPL рассказывают, что время от времени аппарат теряет сигнал и снова "глохнет" на несколько дней. Но есть люди, которые каким-то "шестым чувством" угадывают, на какую частоту ушел приемник. Положение осложняется тем, что кроме доплеровских сдвигов на настройку приемника сильно влияет температура аппарата, которую приходится контролировать очень тщательно: от ее изменения на четверть градуса настройка уходит на 100 Гц. Есть и другие факторы, старение деталей, например. И все-таки ни одно сближение не было потеряно! Впрочем, в памяти бортового компьютера находится еще одна "аварийная" программа, которая предписывает аппарату думать самому, если такое случится. В сближении с Нептуном на консультации с Землей времени не оставалось: время распространения радиосигнала "туда и обратно" составляло 8,2 ч.

Продленная миссия Вояджера-2: Уран и Нептун . В 1981 г. было принято решение дополнить миссию Вояджера-2 сближением с Ураном, а в 1986-с Нептуном. Эти сближения были включены в программу полета и аппарат стали готовить к новым, более сложным задачам. В какой-то мере это был риск, так как вероятность его надежной работы на последующие 5 лет в 1981 г. оценивалась в 60-70 %. С другой стороны, эксплуатационные характеристики аппарата, как ни странно, улучшились. За прошедшие после запуска годы вошли в строй новые 34-метровые антенны, а огромные 64-метровые чаши в США, Испании и Австралии наращены до 70 м. В результате при той же надежности радиолинии скорость передачи данных с Нептуна удалось увеличить с 4,6 до 30 кбит/с (для повышения надежности использовалась скорость 21,6 кбит/с). Фактический выигрыш был намного больше. Со времени запуска существенно продвинулась прикладная математика, что позволило усовершенствовать технику "сжатия данных" на борту аппарата, для чего понадобилось полностью перепрограммировать бортовой компьютер с помощью радиокоманд. Кстати, этот процесс не всегда проходил гладко. Чем планета дальше, тем больше о ней хотят узнать ученые. Объем информации входит в противоречие с ее достоверностью. Но надежность данных можно увеличить только увеличивая избыточность информации. У Юпитера и Сатурна информация перед радиопередачей на Землю кодировалась и сжималась так, что исходный ее объем почти не увеличивался. Но в сближении с Ураном и Нептуном ученые перешли на более мощное кодирование Рида - Соломона, которое позволяет сжать информацию в несколько раз, но несет в себе некоторый риск.

Оставалось всего шесть дней до сближения с Ураном, когда выяснилось, что все изображения, переданные с обновленным кодом, искажены сеткой черных и белых линий. Специалисты бросились искать ошибку. Одна группа, не доверяя компьютеру, обработала вручную все пикселы. (Пиксел - это один элемент, одна точка изображения). Результат оказался тот же. Другая группа подготовила новое задание аппарату: прочесть и передать на Землю все, что он записал в память. Прошло много часов, но, наконец, ответ был получен. Сравнение показало, что среди многих килобайт программы в одном восьмиразрядном слове один из нулей замещен единицей. Запрос с Земли и ответ Вояджера-2 показали, что перевести эту ячейку в "нулевое" состояние не удается. Тогда программисты так переписали эту часть программы, чтобы дефектный триггер не вызывал искажений. За четыре дня до сближения программа была послана на борт. Телеметрическая информация стала поступать без искажений.

Интересно, что подготовленные для "Вояджера-2" решения после лабораторных испытаний опробовались на "Вояджере-1" и только потом включались в программы "Вояджера-2". Очень большие сложности вызывала телевизионная съемка Нептуна, а особенно его темных спутников. Еще в сближении с Ураном инженеры сетовали на недостаточную освещенность планеты и спутников. Телевизионная съемка при низкой освещенности с быстро летящего аппарата приводят к кажущимся искажениям формы небесного тела. "Это все равно, что в сумерки фотографировать кусок угля на черном фоне", - сказал один из них. В самом деле, освещенность от Солнца на Уране в 370 раз ниже, чем на Земле. Но на Нептуне она уже в 900 раз ниже! Единственная возможность получить нормальное изображение-это, как знает каждый фотограф, увеличить длительность экспозиции. Для Нептуна она составляет 15 с и больше, а для темных спутников и колец-от 2 до 10 мин.

Но увеличить экспозицию было не так-то просто. Скорость аппарата близка к 16 км/с, а относительно Нептуна и Тритона - еще больше. Так как аппарат прошел близко от них, 3900 км от облачного слоя над северным полюсом Нептуна и 39 000 км. от Тритона, длительная экспозиция неизбежно приводила бы к смазыванию изображения. Такой же результат дает работа двигателей системы ориентации, исправляющих небольшие отклонения "Вояджера-2" от заданного положения. Импульсы от двигателей слегка покачивают аппарат.

Как удалось специалистам преодолеть эти сложности? Прежде всего, была вдвое сокращена длительность импульсов включения верньерных двигателей системы ориентации. Оказалось, что и таких укороченных импульсов для ориентации достаточно, а покачивания аппарата значительно уменьшились. Во время экспозиции включение двигателей запрещено. Кроме того, включение и выключение лентопротяжного механизма запоминающего устройства (магнитофона) разрешается только вместе с включением верньерных двигателей. Все это привело к тому, что во время накопления экспозиции телевизионными камерами дрейф положения осей аппарата стал в 10 раз медленнее движения часовой стрелки. В дальнейшем, по мере приближения к Нептуну, этот дрейф удалось уменьшить еще в 2,5 раза (0,2 угл. мин/с). Для устранения смазывания изображения камеры медленно поворачиваются за объектом съемки так чтобы компенсировать его относительное движение.

Точность приводов платформы для этого недостаточна, поэтому ее выставляют в нужное положение и фиксируют, а далее за объектом съемки медленно поворачивается весь аппарат. Составленное из полученных таким образом кадров мозаичное изображение получается забавно искаженным, как у спутника Нептуна Миранды. Конечно, она имеет форму сферы, а не яйца. Такие искажения легко устранить обработкой. Благодаря всем принятым мерам, при сближении с Нептуном удалось избежать длительных перерывов в передаче научных данных на Землю, как это было при сближении с Ураном. Так закончилась планетная миссия "Вояджера-2" .

Зонд "Вояджер-2", покинувший Землю 33 года назад, начал посылать на Землю сообщения, не поддающиеся декодированию.

В 1977 году, когда этот космический аппарат был запущен НАСА в рамках программы «Вояджер», ученые поместили в него носитель данных (12-дюймовый диск). Понимая, что вероятность контакта с высокоразвитой внеземной формой жизни , все же, существовала, они записали на этот диск образцы музыки, а также приветствия на 55 разных языках.

В настоящий момент, поток данных с «Вояджера-2» не поддается дешифровке: посылаемые им сигналы имеют неизвестный формат. Несмотря на то, что официально НАСА объясняет ситуацию сбоем в системе, отвечающей за кодирование данных, существует альтернативное мнение, согласно которому смена формата стала результатом того самого контакта, к которому ученые подготовили «Вояджер-2» в 1977 году.

Уфолог Хартвиг Хаусдорф (Hartwig Hausdorf) комментирует положение дел следующим образом: «Создается впечатление, будто кто-то перепрограммировал или похитил зонд – впрочем, возможно, всей правды мы до сих пор не знаем».
Формат, в котором с «Вояджера-2» отправлялась исследовательская информация, изменился в прошлом месяце, когда аппарат был на расстоянии 8,6 миллиарда миль от Земли. Согласно представителям НАСА, специалисты агентства занимаются решением проблемы. В данный момент зонд переведен в режим, в котором он передает данные только о своем состоянии.

"ВОЯДЖЕР-2" ИССЛЕДУЕТ УРАН

Борислав Славолюбов

20 августа 1977 года с космодрома космического центра им. Кеннеди был запущен космический аппарат "Вояджер-2". Первоначально станция стартовала к Юпитеру и Сатурну. Однако на рубеже 70-х и 80-х годов все планеты-гиганты удачно расположились в сравнительно узком секторе Солнечной системы ("парад планет"). Последний раз такое "собрание" проходило 180 лет назад. Использование гравитационного маневра сделало возможным дальнейший полет "Вояджера" - к Урану и Нептуну. Без такого маневра полет к Урану продолжался бы на 20 лет дольше, 30 лет вместо 9 - станция летела бы до сих пор.

После пролета мимо Сатурна под воздействием притяжения этой планеты "Вояджер-2" совершил пертурбационный маневр (разворот почти на 90°) и перешел на траекторию полета к Урану. В 1981 году вероятность выполнения научной программы у Урана оценивалась в 60-70%. Во время пролета системы Сатурна произошло заклинивание поворотной платформы аппарата. Для того, чтобы понять, в чем неисправность, в Лаборатории Реактивного Движения (JPL) были срочно изготовлены 86 (!) макетов силового привода платформы, на которых и провели всестороннее изучение нештатной ситуации. Удалось выяснить, что причиной заклинивания послужила большая нагрузка на платформу вблизи Сатурна, и неисправность можно устранить. Была разработана программа более аккуратного управления платформой. Как запасной вариант, было предусмотрено наведение приборов путем разворота всей станции с помощью двигателей микроориентации.

В 1986 году в южном полушарии Урана стояло полярное лето. К Солнцу (и к подлетающему "Вояджеру-2") был обращен южный полюс планеты. Из-за большого наклонения спутниковой системы Урана по отношению к эклиптике было решено совершить пролет вблизи лишь одного спутника. В 1984 году этим спутником была выбрана Миранда. Было принято решение о минимальном расстоянии до Миранды в 29 тысяч километров. Рассматривался вариант и более тесного сближения - до 15 тысяч километров, но в этом случае система компенсации сдвига изображения телевизионных камер не могла бы предотвратить смазывания получаемых снимков.
При пролете мимо Урана впервые для связи с "Вояждером-2" использовались новые 64-метровые антенны, установленные в США, Испании и Австралии. Из-за падения мощностей радиоизотопных батарей (до 400 Вт) приходилось ограничить научную программу и использовать приборы поочередно.
В период с 4 ноября 1985 г. по 10 января 1986 г. станция вела обзорные наблюдения Урана с использованием телевизионных камер, которые регистрировали образования в атмосфере планеты и движение ее спутников. На снимках, полученных 30 декабря, был обнаружен новый спутник - Пак, размером около 170 км. Примерно в это же время было сфотографировано главное кольцо и несколько других. По мере постепенного сближения с Ураном в течение января 1986 года были сфотографированы еще около десятка небольших внутренних спутников размером в несколько десятков километров.
Кроме ранее известных 9 колец было открыто еще 2 слабых кольца - 1986 U1R и 1986 U2R. Дополнительно, установленный на аппарате фотополяриметр обнаружил по крайней мере еще несколько неполных колец, лежащих за пределами кольца Эпсилон.

Также было обнаружено, что узкие кольца погружены в широкое, разреженное кольцо.

Был сделан вывод, что кольцо Эпсилон состоит из крупных частиц размером около 1 метра (точнее, от 10 см до 10 м).
За 6 дней до максимального сближения с Ураном произошел серьезный сбой в передаче данных. Выяснилось, что при переходе на более мощный алгоритм сжатия (Рида-Солона) при передаче данных изображения искажены сеткой черных и белых линий. Одна группа, не доверяя компьютеру, обработала вручную все пикселы. Результат оказался тот же. Другая группа подготовила новое задание аппарату: прочесть и передать на Землю все, что он записал в память. Прошло много часов, прежде чем был получен ответ. Сравнение показало, что среди многих килобайт программы в одном восьмиразрядном слове один из нулей замещен единицей. Запрос с Земли и ответ Вояджера-2 показали, что перевести эту ячейку в "нулевое" состояние не удается. Тогда программисты так переписали эту часть программы, чтобы дефектный триггер не вызывал искажений. За четыре дня до сближения программа была послана на борт. Телеметрическая информация стала поступать без искажений.
В атмосфере Урана наблюдалось гораздо меньше деталей, чем в атмосферах Сатурна и Юпитера. На полученных снимках видна коричневатая дымка над южной полярной областью, освещенной Солнцем, а также некоторые облачные образования на различных широтах, движущиеся с неодинаковой скоростью.

Были обнаружены ветры, направление которых совпадает с направлением вращения планеты, причем в высоких широтах циркуляция атмосферы происходит с большей скоростью, чем у экватора. В самых верхних слоях атмосферы температура высокая: 750 К на дневной и 1000 К на ночной стороне планеты. В нижней части атмосферы над обоими полюсами температура одинакова. Исследования температуры в функции широты показали, что в высоких широтах близ полюса и в низких широтах близ экватора она одинакова. Зарегистрирован холодный пояс шириной 10-15°, ось которого тянется примерно вдоль 40-й параллели. Температура атмосферы в этом поясе существенно ниже, чем в прилегающих областях. Станция обнаружила на Уране корону атомарного водорода над молекулярным водородом. Температура этой короны на дневной стороне 750 К, на ночной 1000 К.
Вояджер-2 открыл у Урана магнитосферу с напряженностью 0,25 Гс. Его полярность та же что и у Юпитера и Сатурна, и противоположна полярности магнитного поля Земли и Меркурия. Магнитометры станции показали, что в пределах магнитосферы планеты находятся орбиты спутников - Миранды, Ариэля и Умбриеля. Зарегистрированы возмущения магнитного поля этими тремя спутниками. Шлейф магнитосферы планеты простирается на большое расстояние. При проходе шлейфа зарегистрировано изменение направления поля на обратное, обусловленное наклоном магнитной оси Урана к оси вращения. Этот наклон составляет около 60 градусов, больше, чем у любой другой планеты Солнечной системы. При вращении Урана его магнитная ось перемещается в пространстве и увлекает за собой силовые линии магнитного поля, закручивая их.
Внутренняя магнитосфера Урана, по-видимому, представляет собой комбинацию горячих (100 000 К) и очень горячих (10 000 000 К) ионов. Горячие ионы обнаружены вблизи планеты, их плотность в 10 раз выше, чем плотность очень горячих ионов, которые обнаружены по обе стороны орбиты Миранды. Считают, что источником этих ионов является не солнечный ветер, а более удаленные от планеты спутники Урана. Генерируемые ими ионы (в основном протоны) при приближении к планете могут поглощаться Мирандой. Прибор для регистрации космического излучения обнаружил повышение интенсивности магнитного поля Урана внутри орбиты Миранды. Интенсивность поясов радиации Урана практически такая же, как у поясов Земли, и несколько меньше, чем у поясов Сатурна. В поясах Урана ниже содержание электронов высокой энергии, чем в поясах Земли.
Наблюдения магнитного поля Урана были важны еще и потому, что они позволили определить период вращения Урана вокруг оси и на основании этого - скорость ветров в атмосфере путем прослеживания движения облачных образований.
Зарегистрировано свечение Урана в УФ диапазоне, распространяющееся примерно на 50 тыс. км от планеты. На ночной стороне планеты обнаружены авроральные явления в районе магнитного полюса. Также зафиксировано интенсивное так называемое "электросвечение" атмосферы на дневной стороне планеты и радиоизлучение с ночной стороны. Плотность экзосферы достигает 100 штук в куб.см на уровне самого внешнего, кольца.

За несколько дней до пролета Урана станция начала подробную съемку крупнейших спутников:

В день пролета были получены беспрецедентные по разрешению снимки четырех крупнейших спутников. Наиболее близко от этих спутников станция пролетела от Ариэля - в 130 тысячах километров. В результате были получены снимки с разрешением до 2-3 километров на пиксель, показывающие геологически активную поверхность спутника. Для других спутников расстояние было гораздо выше: Умбриэль 557 тыс. км. (10 км на пиксель), Титания - 369 тыс. км. (13 км на пиксель) и Оберон - 660 тыс. км (12 км на пиксель).

Вояджер-2 прошел в 81200 км от облачного слоя Урана 24 января 1986 года. При проходе АМС через плоскость колец на расстоянии около 100 тысяч км от центра планеты прибор для изучения волн в плазме регистрировал приблизительно 30 слабых столкновений с частицами каждую секунду. Примерно в это же время АМС подошла к Миранде - до 30 тысяч километров от ее поверхности. Это позволило получить снимки с разрешением 560 метров на пиксель.

Но, к сожалению, все пять крупных спутников Урана были отсняты лишь с одного - подсолнечного полушария.
Через 3 часа АМС вошла в радиотень Урана и провела радиозондирование ее атмосферы. Съемка системы Урана продолжалась и после пролета планеты. Всего от АМС было получено около 6 тыс. снимков Урана, его спутников и колец.

О том, что использует орбитальный телескоп Hubble для исследования свойств межзвездной среды, в которую вышла станция Voyager 1. Этот самый быстро движущийся и самый удаленный от Земли аппарат, созданный человеком, вместе с Voyager 2, несмотря на свою технологическую, с современной точки зрения, простоту, уже в течение почти 40 лет изучает Солнечную систему. О последних результатах и будущем миссии рассказывает .

В настоящее время Voyager 1 в 138 астрономических единицах (около 21 миллиарда километров) от Земли. Это расстояние свет преодолевает чуть более чем за 19 часов. К рекордам первой станции приближается вторая - Voyager 2 находится на удалении более 114 астрономических единиц (примерно 17 миллиардов километров) от Земли. Свет проходит это расстояние за 16 часов. Скорость движения станций превышает 3,3 астрономической единицы в год.

Станции Voyager движутся почти в полтора раза быстрее запущенных еще в начале 1970-х аппаратов Pioneer, связь с которыми НАСА не поддерживает. Примерно через пару лет Voyager 2 удалится дальше от Солнца, чем Pioneer 10.

Миссии Voyager 1 и Voyager 2 отличаются траекторией полета - вторая станция пролетела мимо Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна, тогда как первый аппарат посетил только Юпитер и Сатурн.

Voyager 1 опередил не только Voyager 2, первым пролетев мимо Юпитера и Сатурна в конце 1970-х - начале 1980-х, но и Pioneer 11 - в 1998 году, на расстоянии около 70 астрономических единиц от Солнца. Pioneer 11 вместе с Pioneer 10 и двумя станциями Voyager - первые рукотворные объекты, покинувшие пределы пояса Койпера.

Технически Voyager 1 и Voyager 2 идентичны. Стартовая масса вместе с гидразином, который использовался для управления ориентацией аппаратов, составляла 815 килограммов. Каждая из станций целиком, с развернутыми антеннами, помещается в куб со стороной четыре метра. Оба аппарата запущены в 1977 году, второй - на 16 суток раньше.

Основной целью миссии Voyager являлось пролетное исследование газовых гигантов Солнечной системы, с чем две станции успешно справились.

Эта область Солнечной системы, представляющая собой скопление ледяных небесных тел, начинается за орбитой Нептуна, на расстоянии 30 астрономических единиц от звезды и заканчивается за орбитой Макемаке, третьей по величине карликовой планеты Солнечной системы, в 60 астрономических единицах от светила. В настоящее время в поясе Койпера находится только один рукотворный аппарат - зонд New Horizons, который в 2015 году пролетал мимо Плутона, крупнейшей известной карликовой планеты.

Станция Voyager 1 - первый рукотворный объект, вышедший в межзвездное пространство. В декабре 2011 года, через 35 лет после старта, аппарат покинул пределы гелиосферы - магнитного аналога атмосферы планет и оказался в районе гелиопаузы, отделяющей гелиосферу от межзвездного пространства.

Граница Солнечной системы, кроме гелиопаузы, также часто определяется сферой Хилла. Так называют область пространства, в котором определяющее гравитационное влияние оказывает центральное небесное тело. Для Солнца радиус сферы Хилла оценивается в один-два световых года. С этой точки зрения, станция Voyager 1 еще нескоро покинет пределы Солнечной системы.

В тот момент научные инструменты Voyager 1 зарегистрировали стократное увеличение количества высокоэнергетических электронов, летящих в сторону Солнца из межзвездного пространства, и сокращение числа низкоэнергетических частиц, прилетающих от светила. В первом полугодии 2012-го станция зафиксировала усиление интенсивности галактических космических лучей. В конце августа того же года аппарат, отметив практически полное угасание солнечного ветра, покинул гелиосферу и вышел в межзвездное пространство.

Однако нашлись ученые, заявившие, что Voyager 1 еще не преодолел гелиопаузу, где происходит торможение солнечного ветра межзвездными частицами. Они полагали, что такой переход должен сопровождаться значительным сдвигом в характеристиках магнитного поля, чего не наблюдалось. Кроме того, направление магнитного поля в районе пребывания Voyager 1 отклоняется на 40 градусов от ожидаемого.

Впоследствии эти аргументы были . Измерения, проведенные при помощи спутника IBEX (Interstellar Boundary Explorer), предназначенного для изучения границ Солнечной системы, показали, что фиксируемое аппаратом направление магнитных линий связано с возмущением, оказываемым Солнечной системой на глобальное галактическое магнитное поле. По расчетам, в 2025 году Voyager 1 покинет пределы возмущенного поля.

Что будет дальше с миссией Voyager? Три радиоизотопных термоэлектрических генератора, установленных на каждом из аппаратов, позволят им поддерживать связь с Землей еще примерно десять лет. За это время ученые надеются тщательнее исследовать межзвездное пространство, в частности структуру гелиопаузы, в том числе и с целью планирования миссий к альфе Центавра.

Как показали данные Hubble, окружающее Солнечную систему первое межзвездное газовое облако Voyager 2 покинет через две тысячи лет. Еще 90 тысяч лет станции потребуется, чтобы пройти второе облако и попасть в третье. Эти межзвездные структуры

Маловероятно, что вблизи Gliese 445 и Ross 248 существуют пригодные для жизни планеты. Эти звезды слишком малы, а Ross 248 еще и вспыхивающая - ее светимость может меняться нерегулярным образом сразу во всех диапазонах электромагнитного спектра. Интересно, что эта звезда, а не Проксима Центавра, через примерно 36 тысяч лет на короткое время, около 6 тысяч лет, станет ближайшим к Солнцу светилом.

В общем, станции Voyager, как и Pioneer, скорее всего, станут вечными странниками в межзвездном пространстве. Вряд ли установленные на станциях Voyager золотые пластины с указанием местонахождения Земли, а также несколькими изображениями и аудиозаписями, будут обнаружены возможными обитателями других миров и тем более правильно поняты ими.

36 лет назад в космос был запущен космический аппарат “Вояджер-2”. И хотя в последние годы его более быстро летящий брат-близнец “Вояджер-1” куда больше на слуху (чего стоят одни споры насчет того, вышел он за пределы Солнечной системы или нет), не стоит забывать что “Вояджер-2” по-прежнему удерживает уникальное достижение - еще ни одному космическому аппарату ни до, ни после него не удавалось изучить одним заходом четыре планеты Солнечной системы. Причем, если к Сатурну и Юпитеру позже запускались другие аппараты, то Уран и Нептун с тех пор больше никто не посещал. Так что неизвестно, сколько еще десятилетий нам придется довольствоваться той информацией, что передал “Вояджер-2”.

Замысел

Один из авторов и бессменный руководитель программы "Вояджер" профессор Эд Стоун. Что интересно, большинство нынешних участников проекта родилось позже, чем были запущены сами аппараты.

Изначальный план состоял в том, чтобы отправить в космос четыре космических корабля - но из-за значительного урезания бюджета NASA в начале 70-х, деньги были выделены только на два зонда, которые должны были изучить Юпитер и Сатурн. К счастью, создателям аппарата удалось добиться плана полета, предусматривающего возможность продления миссии "Вояджера-2" для изучения Урана и Нептуна. Для этого требовалось, чтобы “Вояджер-1” полностью выполнил все поставленные перед им задачи. К счастью, “Вояджер-1” сработал безупречно.

Старт

В соответствии с практикой тех лет, всего было построено три аппарата с бортовыми номерами VGR 77-1, VGR 77-2 и VGR 77-3. Последний был резервным, на тот случай если на каком-то из основных аппаратов будут обнаружены неполадки. Эта практика полностью себя оправдала когда на испытаниях аппарата с номером VGR 77-2 возникли проблемы - и потому его пришлось заменить на VGR 77-3, который и был запущен 20 августа 1977 года и известен теперь как "Вояджер-2".

Через две недели, 5 сентября 1977 года стартовал "Вояджер-1". Кому-то может показаться странным, что аппарат с номером 2 стартует раньше чем номер 1 - но первый "Вояджер" шел по более быстрой и экономичной траектории, и потому вскоре обогнал своего “брата”. VGR 77-2 же остался на Земле и сейчас инженеры отрабатывают на нем все команды, перед тем как передать их непосредственно на сами аппараты.

Юпитер

Слева направо и сверху вниз: Ио, Европа, Ганимед, Каллисто

Ио на фоне Юпитера

Сатурн

Энцелад и Япет

На фотографии справа изображен фрагмент колец Сатурна. На фотографии слева - прощальное фото навсегда покидавшего нашу систему "Вояджера-1".

Уран

В январе 1985 года "Вояджер-2" пролетел вблизи Урана, передав на Землю тысячи снимков планеты, его спутников и колец. Благодаря этим фотографиям, учёные обнаружили 10 новых спутников, два новых кольца и исследовали девять уже известных.

Кольца Урана

Сам Уран получился достаточно невыразительным на фотографиях в видимом спектре, но вот снимки его спутников, в частности Миранды, удивили исследователей.

Слева направо: Миранда, Ариэль, Умбриэль, Титания и Оберон

До этого считалось что маленькие спутники быстро охлаждаются после своего образования, и представляют собой однообразную пустыню, испещрённую кратерами. Однако выяснилось, что на поверхности Миранды пролегают долины и горные хребты, среди которых были заметны скалистые утёсы. Это говорит о том, что история луны богата тектоническими и термальными явлениями.

На фотографии слева - Титания. Справа - Миранда.

"Прошальное" фото Урана

Нептун

Были получены красивые снимки Нептуна и его уникального путника Тритона. На Тритоне были обнаружен криовулканизм, что стало большой неожиданностью для всех участников проекта.

"Вояджер-2" покидает Нептун и Тритон. Одна из последних сделанных аппаратом фотографий

Технические проблемы и их решение

Поскольку полёт «Вояджера-2» продлился гораздо дольше, чем было запланировано, ученым сопровождавшим миссию, пришлось решить огромное количество технических проблем. Заложенные изначально правильные подходы к конструированию аппаратов позволили это сделать. К наиболее значимым и успешно решённым проблемам можно отнести:

*Выход из строя компенсатора частоты сигнала радиопередатчика. Это устройство должно было подстраивать несущую частоту радиопередатчика в связи с тем, что она, у двигающегося со скоростью порядка 11,5 км/с аппарата, испытывает значительное смещение Допплера. Проблема была решена созданием в максимально сжатые сроки земного аналога этого устройства, но уже для наземного приёмного комплекса, работающего до сих пор. Без него связь с аппаратом была бы невозможна.

*Выход из строя одной из ячеек оперативной памяти бортовой ЭВМ — программу удалось переписать и загрузить так, что этот бит перестал влиять на нее.

*На определённом участке полёта применявшаяся система кодирования управляющего сигнала уже переставала отвечать требованиям достаточной помехозащищённости из-за ухудшения отношения сигнал/шум. В бортовую ЭВМ была загружена новая программа, осуществлявшая кодирование гораздо более защищённым кодом (был применён двойной код Рида — Соломона). Самое интересное то, что в 1977 году этот способ кодировки еще не существовал.

*В 2010 году, получив искаженное сообщение от зонда, команда провела тщательный дамп памяти, используя один из резервных компьютеров, и выяснила, что один бит в программе изменился с 0 на 1. Перезагрузка программы все исправила.

*При пролёте плоскости колец Сатурна бортовая поворотная платформа с телекамерами была заклинена, возможно, частицей этих колец. Осторожные попытки поворота её несколько раз в противоположные стороны позволили, в конце концов, разблокировать платформу.

*Падение мощности питающих изотопных элементов потребовало составления сложных циклограмм работы бортового оборудования, часть которого начали время от времени отключать, чтобы предоставить другой части достаточно электроэнергии.

*Огромное удаление аппарата от Земли потребовало многократной модернизации наземного приёмо-передающего комплекса, чтобы принимать слабеющий сигнал.

Планета X

Данные полученные "Вояджером-2" позволили ученым положить конец почти вековой дискуссии о существовании т.н. Планеты X - гипотетического небесного тела, оказывающего необъяснимое влияние на орбиту Урана. Поиски этого тела в свое время привели к открытию Плутона - но когда выяснилось, что его масса составляет лишь 0,002% от земной, стало понятно, что он никак не может вызывать такие отклонения.

Точка в этой истории была поставлена в 1994 году, когда по результатам уточнения массы Нептуна, проведенного на основании анализа данных полученных “Вояджером-2”, выяснилось что она на 0,5% меньше расчетной (разница была сопоставима с массой Марса). В результате исчезли несоответствия в орбите Урана, а с ними и надобность в Планете X.

Настоящее и будущее

В настоящее время, "Вояджер-2" находится на расстоянии 102 а.е. от Солнца и продолжает удаляться от него еще на 3.2 а.е. в год (для сравнения - "Вояджер-1" находится на расстоянии 125 а.е. от Солнца). Данные полученные с зонда позволяют предположить что гелиосфера ("пузырь", в пределах которого Солнце, его магнитное поле и солнечный ветер доминируют над межзвёздной средой), имеет выпуклость, направленную наружу (в северном полушарии нашей системы), и впадину, направленную внутрь (в южном полушарии).

36 лет назад в космос был запущен космический аппарат “Вояджер-2”. И хотя в последние годы его более быстро летящий брат-близнец “Вояджер-1” куда больше на слуху (чего стоят одни споры насчет того, ), не стоит забывать что “Вояджер-2” по-прежнему удерживает уникальное достижение - еще ни одному космическому аппарату ни до, ни после него не удавалось изучить одним заходом четыре планеты Солнечной системы. Причем, если к Сатурну и Юпитеру позже запускались другие аппараты, то Уран и Нептун с тех пор больше никто не посещал. Так что неизвестно, сколько еще десятилетий нам придется довольствоваться той информацией, что передал “Вояджер-2”.

Замысел

Один из авторов и бессменный руководитель программы "Вояджер" профессор Эд Стоун. Что интересно, большинство нынешних участников проекта родилось позже, чем были запущены сами аппараты.

Изначальный план состоял в том, чтобы отправить в космос четыре космических корабля - но из-за значительного урезания бюджета NASA в начале 70-х, деньги были выделены только на два зонда, которые должны были изучить Юпитер и Сатурн. К счастью, создателям аппарата удалось добиться плана полета, предусматривающего возможность продления миссии "Вояджера-2" для изучения Урана и Нептуна. Для этого требовалось, чтобы “Вояджер-1” полностью выполнил все поставленные перед им задачи. К счастью, “Вояджер-1” сработал безупречно.

Старт

В соответствии с практикой тех лет, всего было построено три аппарата с бортовыми номерами VGR 77-1, VGR 77-2 и VGR 77-3. Последний был резервным, на тот случай если на каком-то из основных аппаратов будут обнаружены неполадки. Эта практика полностью себя оправдала когда на испытаниях аппарата с номером VGR 77-2 возникли проблемы - и потому его пришлось заменить на VGR 77-3, который и был запущен 20 августа 1977 года и известен теперь как "Вояджер-2".

Через две недели, 5 сентября 1977 года стартовал "Вояджер-1". Кому-то может показаться странным, что аппарат с номером 2 стартует раньше чем номер 1 - но первый "Вояджер" шел по более быстрой и экономичной траектории, и потому вскоре обогнал своего “брата”. VGR 77-2 же остался на Земле и сейчас инженеры отрабатывают на нем все команды, перед тем как передать их непосредственно на сами аппараты.

Юпитер

Слева направо и сверху вниз: Ио, Европа, Ганимед, Каллисто

Ио на фоне Юпитера

Сатурн

Энцелад и Япет

На фотографии справа изображен фрагмент колец Сатурна. На фотографии слева - прощальное фото навсегда покидавшего нашу систему "Вояджера-1".

Уран

В январе 1985 года "Вояджер-2" пролетел вблизи Урана, передав на Землю тысячи снимков планеты, его спутников и колец. Благодаря этим фотографиям, учёные обнаружили 10 новых спутников, два новых кольца и исследовали девять уже известных.

Кольца Урана

Сам Уран получился достаточно невыразительным на фотографиях в видимом спектре, но вот снимки его спутников, в частности Миранды, удивили исследователей.

Слева направо: Миранда, Ариэль, Умбриэль, Титания и Оберон

До этого считалось что маленькие спутники быстро охлаждаются после своего образования, и представляют собой однообразную пустыню, испещрённую кратерами. Однако выяснилось, что на поверхности Миранды пролегают долины и горные хребты, среди которых были заметны скалистые утёсы. Это говорит о том, что история луны богата тектоническими и термальными явлениями.

На фотографии слева - Титания. Справа - Миранда.

"Прошальное" фото Урана

Нептун

Были получены красивые снимки Нептуна и его уникального путника Тритона. На Тритоне были обнаружен криовулканизм, что стало большой неожиданностью для всех участников проекта.

"Вояджер-2" покидает Нептун и Тритон. Одна из последних сделанных аппаратом фотографий

Технические проблемы и их решение

Поскольку полёт «Вояджера-2» продлился гораздо дольше, чем было запланировано, ученым сопровождавшим миссию, пришлось решить огромное количество технических проблем. Заложенные изначально правильные подходы к конструированию аппаратов позволили это сделать. К наиболее значимым и успешно решённым проблемам можно отнести:

*Выход из строя компенсатора частоты сигнала радиопередатчика. Это устройство должно было подстраивать несущую частоту радиопередатчика в связи с тем, что она, у двигающегося со скоростью порядка 11,5 км/с аппарата, испытывает значительное смещение Допплера. Проблема была решена созданием в максимально сжатые сроки земного аналога этого устройства, но уже для наземного приёмного комплекса, работающего до сих пор. Без него связь с аппаратом была бы невозможна.

*Выход из строя одной из ячеек оперативной памяти бортовой ЭВМ — программу удалось переписать и загрузить так, что этот бит перестал влиять на нее.

*На определённом участке полёта применявшаяся система кодирования управляющего сигнала уже переставала отвечать требованиям достаточной помехозащищённости из-за ухудшения отношения сигнал/шум. В бортовую ЭВМ была загружена новая программа, осуществлявшая кодирование гораздо более защищённым кодом (был применён двойной код Рида — Соломона). Самое интересное то, что в 1977 году этот способ кодировки еще не существовал.

*В 2010 году, получив искаженное сообщение от зонда, команда провела тщательный дамп памяти, используя один из резервных компьютеров, и выяснила, что один бит в программе изменился с 0 на 1. Перезагрузка программы все исправила.

*При пролёте плоскости колец Сатурна бортовая поворотная платформа с телекамерами была заклинена, возможно, частицей этих колец. Осторожные попытки поворота её несколько раз в противоположные стороны позволили, в конце концов, разблокировать платформу.

*Падение мощности питающих изотопных элементов потребовало составления сложных циклограмм работы бортового оборудования, часть которого начали время от времени отключать, чтобы предоставить другой части достаточно электроэнергии.

*Огромное удаление аппарата от Земли потребовало многократной модернизации наземного приёмо-передающего комплекса, чтобы принимать слабеющий сигнал.

Планета X

Данные полученные "Вояджером-2" позволили ученым положить конец почти вековой дискуссии о существовании т.н. Планеты X - гипотетического небесного тела, оказывающего необъяснимое влияние на орбиту Урана. Поиски этого тела в свое время привели к открытию Плутона - но когда выяснилось, что его масса составляет лишь 0,002% от земной, стало понятно, что он никак не может вызывать такие отклонения.

Точка в этой истории была поставлена в 1994 году, когда по результатам уточнения массы Нептуна, проведенного на основании анализа данных полученных “Вояджером-2”, выяснилось что она на 0,5% меньше расчетной (разница была сопоставима с массой Марса). В результате исчезли несоответствия в орбите Урана, а с ними и надобность в Планете X.

Настоящее и будущее

В настоящее время, "Вояджер-2" находится на расстоянии 102 а.е. от Солнца и продолжает удаляться от него еще на 3.2 а.е. в год (для сравнения - "Вояджер-1" находится на расстоянии 125 а.е. от Солнца). Данные полученные с зонда позволяют предположить что гелиосфера ("пузырь", в пределах которого Солнце, его магнитное поле и солнечный ветер доминируют над межзвёздной средой), имеет выпуклость, направленную наружу (в северном полушарии нашей системы), и впадину, направленную внутрь (в южном полушарии).

Главная » Английский алфавит » Вояджер 2 на каком он расстоянии сейчас. Путешествие в бездну