Вояджер
Шаблон:Значения [[Файл:Titan 3E Centaur launches Voyager 2.jpg|thumb|Запуск «Вояджера-2» на ракете-носителе [[TitanШаблон:NbspIIIE|Titan IIIE]]]]
«Во́яджер» (англ. Шаблон:Lang-en2, буквально — «Путешественник») — название двух американских космических зондов, запущенных в 1977 году, а также проекта по исследованию дальних планет Солнечной системы с участием аппаратов данной серии.
Всего было создано и отправлено в космос два аппарата серии «Вояджер»: «Вояджер-1» и «Вояджер-2». Аппараты были созданы в Лаборатории реактивного движения (англ. Шаблон:Lang-en2 — JPL) НАСА. Проект считается одним из самых успешных и результативных в истории межпланетных исследований — оба «Вояджера» впервые передали качественные снимки Юпитера и Сатурна, а «Вояджер-2» впервые достиг Урана и Нептуна. «Вояджеры» стали третьим и четвёртым космическими аппаратами, план полёта которых предусматривал вылет за пределы Солнечной системы (первыми двумя были «Пионер-10» и «Пионер-11»). Первым в истории аппаратом, достигшим границ гелиосферы и вышедшим за её пределы, стал «Вояджер-1»<ref>Шаблон:Cite web</ref>Шаблон:Sfn.
Аппараты серии «Вояджер» — это высокоавтономные роботы, оснащённые научными приборами для исследования внешних планет, а также собственными энергетическими установками, ракетными двигателями, компьютерами, системами радиосвязи и управления. Общая масса каждого аппарата — около Шаблон:Num.
Проект «Вояджер»
Фото сделано «Вояджером-1»
Фото сделано «Вояджером-2»
Проект «Вояджер» — один из самых выдающихся экспериментов, выполненных в космосе в последней четверти XX века. Планеты-гиганты слишком далеки для наземных средств наблюдения, поэтому отснятые «Вояджерами» в окрестностях этих планет изображения и сделанные измерения до сих пор имеют большую научную ценность<ref>Шаблон:Cite web</ref><ref>Шаблон:Cite web</ref><ref>Шаблон:Cite web</ref>.
Идея проекта впервые появилась в середине 1960-х, когда студент-интерн Шаблон:Нп5 рассчитал возможность достижения внешних планет с использованием гравитационного манёвра около Юпитера. В 1966 году он опубликовал работу, в которой обратил внимание, что в конце 1970-х годов представляется удачная возможность для облёта сразу четырёх внешних планет Солнечной системы (Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна) одним космическим аппаратом, благодаря их редкому сближению на орбитах.
В 1969 году НАСА выдвинуло амбициозный проект под названием «Grand Tour (Большое путешествие)», предусматривавший отправку двух космических аппаратов по траектории Юпитер — Сатурн — Плутон и ещё двух по траектории Юпитер — Уран — Нептун. Однако агентство не получило достаточного финансирования для его подготовки. В результате проект был пересмотрен: из него были официально исключены Уран, Нептун и Плутон, а число запусков сокращено до двух космических аппаратов хорошо отработанного класса «Mariner». Рабочее название программы «Mariner Jupiter-Saturn» было заменено на «Вояджер» незадолго до запуска<ref>Шаблон:Книга</ref>.
Благодаря тому, что все планеты-гиганты удачно расположились в сравнительно узком секторе Солнечной системы («парад планет»), было возможно использование гравитационных манёвров для облёта всех внешних планет, за исключением Плутона. Поэтому траектория полёта была рассчитана исходя из этой возможности, хотя официально изучение Урана и Нептуна не вошло в программу миссии (для гарантированного достижения этих планет потребовалось бы строительство более дорогих аппаратов с более высокими характеристиками по надёжности).
После того, как «Вояджер-1» успешно выполнил программу исследования Сатурна и его спутника Титана, было принято окончательное решение направить «Вояджер-2» к Урану и Нептуну. Для этого пришлось слегка изменить его траекторию, отказавшись от близкого пролёта около Титана.
Научное оснащение аппарата
- Телевизионные камеры чёткостью Шаблон:Num; используются специальные видиконы с памятью. Считывание одного кадра требует Шаблон:Num.
- широкоугольная (поле около 3°), фокусное расстояние Шаблон:Num;
- узкоугольная (0,4°), фокусное расстояние Шаблон:Num;
- Спектрометры:
- Инфракрасный, диапазон отШаблон:Nbsp4 до Шаблон:Num;
- Ультрафиолетовый, диапазон 50—170Шаблон:Nbspнм;
- Фотополяриметр;
- Плазменный комплекс:
- детектор плазмы;
- детектор заряженных частиц низких энергий;
- детектор космических лучей;
- магнитометры высокой и низкой чувствительности;
- приёмник плазменных волн.
Энергооснащение аппарата
В отличие от космических аппаратов, исследующих внутренние планеты, «Вояджеры» не могли использовать солнечные батареи, так как по мере удаления аппаратов от Солнца поток солнечного излучения становится слишком мал — например, вблизи орбиты Нептуна он примерно в Шаблон:Num меньше, чем на орбите Земли.
Источником электроэнергии являются три радиоизотопных термоэлектрических генератора (РИТЭГа). Топливом в них служит плутоний-238 (в отличие от плутония-239, используемого в ядерном оружии); их мощность в момент старта космического аппарата составляла примерно Шаблон:Num при напряжении Шаблон:Num постоянного тока. Период полураспада плутония-238 составляет примерно Шаблон:Num, и генераторы, использующие его, теряют 0,78 % своей мощности в год. В 2006 году, спустя Шаблон:Num после запуска, такие генераторы должны иметь мощность только Шаблон:Num, то есть около 79,5 % от исходной. Кроме того, биметаллическая термопара, которая преобразует тепло в электричество, также теряет эффективность, и реальная мощность будет ещё ниже. На 11 августа 2006 года мощность генераторов «Вояджера-1» и «Вояджера-2» снизилась до Шаблон:Num и Шаблон:Num соответственно, то есть составила около 60 % от мощности на момент запуска. Эти показатели лучше, чем предполётные предсказания, основанные на консервативной теоретической модели деградации термопары. С падением мощности приходится сокращать энергопотребление космического аппарата, что ограничивает его функциональность.
Технические проблемы «Вояджера-2» и их решение
Полёт «Вояджера-2» продлился гораздо дольше, чем было запланировано. В связи с этим после пролёта Юпитера учёным, 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 автоматической подстройки частоты гетеродина. Без автоматической подстройки приёмник может принимать лишь сигналы в пределах собственной полосы пропускания, которая составляет менее 1/1000 нормального её значения. Даже доплеровские сдвиги от суточного вращения Земли превышают её в Шаблон:Num. 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 включён в контур передатчика<ref>Солнечная система. Дальше — только звезды Шаблон:Wayback (о полёте «Вояджера-2»).</ref>.
- выход из строя одной из ячеек оперативной памяти бортовой ЭВМ — программу удалось переписать и загрузить так, что неисправный бит перестал влиять на неё;
- 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).
- при пролёте плоскости колец Сатурна бортовая поворотная платформа с телекамерами была заклинена, вероятно, 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;
- незапланированное вначале удаление аппаратов от Земли потребовало многократной модернизации наземного приёмо-передающего комплекса, чтобы принимать слабеющий сигнал<ref>Шаблон:Cite web</ref>.
Послание внеземным цивилизациям
К борту каждого «Вояджера» прикрепили круглую алюминиевую коробку, положив туда позолоченный видеодиск. На диске 115 слайдов, на которых собраны важнейшие научные данные, виды Земли, её континентов, различные ландшафты, сцены из жизни животных и человека, их анатомическое строение и биохимическая структура, включая молекулу ДНК.
В двоичном коде сделаны необходимые разъяснения и указано местоположение Солнечной системы относительно четырнадцати мощных пульсаров. В качестве «мерной линейки» указана сверхтонкая структура молекулы водорода (Шаблон:Число).
Кроме изображений, на диске записаны и звуки: шёпот матери и плач ребёнка, голоса птиц и зверей, шум ветра и дождя, грохот вулканов и землетрясений, шуршание песка и океанский прибой.
Человеческая речь представлена на диске короткими приветствиями на 55 языках народов мира. По-русски сказано: «Здравствуйте, приветствую вас!». Особую главу послания составляют достижения мировой музыкальной культуры. На диске записаны произведения Баха, Моцарта, Бетховена, джазовые композиции Луи Армстронга, Чака Берри, народная музыка многих стран.
На диске записано также обращение Картера, который в 1977 году был президентом США. Вольный перевод обращения звучит так:
В 2015 году НАСА приняло решение выложить в интернет все звуки с золотой пластинки для зондов «Вояджеров». Ознакомиться с ними может любой желающий на сайте НАСА<ref>Шаблон:Cite web</ref><ref>Шаблон:Cite web</ref>.
По мнению авторов американского телесериала «Жизнь после людей», за миллион лет «Вояджеры» значительно пострадают от взаимодействия с межзвёздной средой (молекулами межзвёздного газа, космической пылью и метеороидами). Аппараты в целом, вероятно, ещё сохранят узнаваемый облик, но золотые пластинки будут повреждены и непригодны для воспроизведения<ref>«Life After People: The Series», эпизод 7: «Sin City Meltdown» (телеканал History, 2 июня 2009), 40:50.</ref>.
Участие России в сеансах связи
В 1992 году Уссурийским центром дальней космической связи были проведены экспериментальные сеансы связи с «Вояджерами», находившимися на расстояниях более 5 миллиардов километров. Было проведено 10 сеансов приёма телеметрии и 5 сеансов доплеровских измерений длительностью несколько часов<ref>Шаблон:Книга</ref>.
Аппараты покидают Солнечную систему
После встречи с Нептуном траектория «Вояджера-2» отклонилась к югу. Теперь его полёт проходит под углом 48° к эклиптике, в южной полусфере. «Вояджер-1» поднимается над эклиптикой (начальный угол 38°). Аппараты навсегда покидают пределы Солнечной системы.
Технические возможности аппаратов таковы: энергии в радиоизотопных термоэлектрических батареях хватит для работы по минимальной программе примерно до 2025 года<ref>Шаблон:Cite web</ref>. Проблемой может стать возможная потеря Солнца солнечным датчиком, так как с большого расстояния Солнце становится всё более тусклым. Тогда направленный радиолуч отклонится от Земли, и приём сигналов аппарата станет невозможным. Это может произойти около 2030 года.
Теперь из научных исследований «Вояджеров» на первом месте — изучение переходных областей между солнечной и межзвёздной плазмой. «Вояджер-1» пересёк гелиосферную ударную волну (англ. Шаблон:Lang-en2) в декабре 2004 года на расстоянии Шаблон:Num от Солнца<ref name="voyager_fastfacts">Шаблон:Cite web</ref>. Информация, поступающая с «Вояджера-2», привела к новому открытию: хотя аппарат на тот момент ещё не достиг данной границы, но получаемые от него данные показали, что она асимметрична — её южная часть примерно на Шаблон:Num ближе к Солнцу, чем северная (вероятное объяснение — влияние межзвёздного магнитного поля)<ref>Шаблон:Cite web</ref>. «Вояджер-2» пересёк гелиосферную ударную волну 30 августа 2007 года на расстоянии Шаблон:Num<ref>Шаблон:Cite web</ref><ref>Шаблон:Cite web</ref>. Ожидается, что аппараты пересекут гелиопаузу примерно через Шаблон:Num после пересечения гелиосферной ударной волны<ref name="voyager_fastfacts" />.
На определённом расстоянии скорость солнечного ветра резко падает и перестаёт быть сверхзвуковой. Область (практически поверхность), в которой это происходит, называется границей ударной волны (англ. Шаблон:Lang-en2 или Шаблон:Lang-en2). Это и есть граница, которую пересекли «Вояджеры». Можно считать её границей внутренней гелиосферы. По некоторым определениям, гелиосфера здесь и кончается.
«Вояджер-2» подтвердил, что гелиосфера — не идеальный шар, она сплющена: её южная граница находится ближе к Солнцу, чем северная. Кроме того, аппарат сделал ещё одно неожиданное наблюдение: торможение солнечного ветра за счёт противодействия межзвёздной среды должно было бы приводить к резкому повышению температуры и плотности плазмы ветра. Действительно, на границе ударной волны температура была выше, чем во внутренней гелиосфере, но всё равно разница в Шаблон:Num меньше, чем ожидалось. Чем вызвано расхождение и куда уходит энергия, неизвестно.
28 ноября 2017 года на «Вояджере-1» были успешно опробованы 10-миллисекундными включениями четыре двигателя коррекции траектории MR-103, не включавшиеся более 37 лет ― с 8 ноября 1980 года, когда аппарат находился вблизи Сатурна. В случае необходимости эти двигатели предполагается использовать вместо комплекта двигателей ориентации (того же типа), которые с 2014 года проявляют признаки ухудшения работоспособности<ref>Elizabeth Landau. Voyager 1 Fires Up Thrusters After 37 Years Шаблон:Wayback. NASA.gov. 1 Dec 2017.</ref><ref>Шаблон:Cite web, РБК, 2 декабря 2017 года.</ref>.
Культурное влияние
Программа «Вояджер» оказала значительное влияние на массовую культуру и общественное восприятие космических исследований. Миссия с самого начала привлекала внимание СМИ. По мере приближения аппаратов к планетам-гигантам в новостях публиковались всё более детальные изображения Юпитера, Сатурна, а затем и ранее малоизученных Урана и Нептуна. По словам менеджера проекта Сьюзи Додд, в годы активных пролётов в Лаборатории реактивного движения ежедневно проводились пресс-конференции<ref name=":0">Шаблон:Статья</ref>.
Миссия «Вояджер» оказала влияние на фильмы и телесериалы. В фильме «Звёздный путь» (1979), вышедшем через два года после запуска аппаратов, центральным элементом сюжета является космический объект «Ви’Джер» (V’Ger). Согласно фильму, «Ви’Джер» — это вымышленный аппарат «Вояджер-6», который на своём пути встретил цивилизацию разумных машин и обрёл самосознание. Подобно реальным аппаратам, «Ви’Джер» хранил записи о планетах, лунах, звёздах и галактиках. По утверждению Сьюзи Додд, именно «Звёздный путь» чаще всего упоминается в СМИ в связи с миссией «Вояджер»<ref name=":0" />.
В эпизоде «Маленькие зелёные человечки» сериала «Секретные материалы» (1994) агент Малдер рассказывает о запуске аппаратов в августе и сентябре 1977 года. Он упоминает золотую пластинку с посланием для внеземных цивилизаций, содержащим изображения, музыку и звуки Земли. Музыка с этой пластинки звучит в самом эпизоде<ref name=":0" />.
Золотая пластинка «Вояджера» также стала самостоятельным культурным феноменом. Её изображение и символика используются в кино, на телевидении, а также в качестве элемента дизайна одежды. В 2017 году было организовано переиздание пластинки на виниле через краудфандинговую платформу Kickstarter. Кампания привлекла более 10 тысяч участников и собрала свыше 1,3 миллиона долларов<ref name=":0" />.
Особое культурное значение приобрёл снимок Земли «Pale Blue Dot» (Шаблон:Tr-en), сделанный аппаратом «Вояджер-1» 14 февраля 1990 года. Фотография была сделана по инициативе астронома Карла Сагана и стала одним из последних изображений, переданных аппаратом перед отключением его камер для экономии энергии. На снимке Земля выглядит как крошечная точка в луче рассеянного солнечного света. Комментируя изображение, Саган подчёркивал его философское значение: «На этой точке все, кого вы любите, все, кого вы знаете, все, о ком вы когда-либо слышали, все люди, когда-либо существовавшие, прожили свои жизни […] на пылинке, подвешенной в солнечном луче»<ref name=":0" />.
По словам Сагана, это изображение является демонстрацией «тщеславия человека» и подчёркивает ответственность людей друг перед другом и необходимость беречь Землю. Снимок вдохновил его на написание книги «Голубая точка. Космическое будущее человечества» (1994). В свою очередь, книга повлияла на создателей короткометражного фильма «Wanderers» (2014) и телесериала «Пространство», посвящённых расселению человечества за пределами родной планеты<ref name=":0" />.
Память
В честь программы названа «Область Вояджера» на Плутоне (название утверждено МАС 7 сентября 2017 года)<ref>Шаблон:Cite web</ref>.
Примечания
Литература
Ссылки
- Официальный сайт программы «Вояджер»Шаблон:Ref
- Спутники Юпитера: В 3-х ч. / Под ред. Д. Моррисона. — М.: Мир, 1985—1986.
Шаблон:Внешние ссылки Шаблон:Вояджер Шаблон:Юпитер Шаблон:Сатурн Шаблон:Исследование Юпитера АМС Шаблон:Исследование Сатурна АМС