В глубины космоса...к братьям по разуму!?

космосу.
Во-вторых, после победы в лунной гонке бюджет NASA стали стремительно урезать
(одно время даже стоял вопрос о том, чтобы полностью свернуть американскую
программу пилотируемых полётов). Так что Grand Tour не получил нужных денег, а
драгоценное время продолжало уходить.

Но учёные не отступили. Благодаря настойчивости научного сообщества NASA удалось
выбить финансирование для более скромного по масштабу проекта — запуска всего
лишь двух аппаратов к Юпитеру и Сатурну. Изначально он носил громоздкое название
Mariner Jupiter-Saturn, но позже получил имя, под которым и вошёл в историю, —
«Вояджер».
Настоящие пионеры
Даже с учётом более скромного масштаба «Вояджер» всё равно оставался сложным и
амбициозным проектом. Притом у NASA не было никакого опыта полётов ко внешней
части Солнечной системы. Перед конструкторами встал ряд серьёзных вопросов.
Например, можно ли пролететь через пояс астероидов? Тогда доминировала гипотеза,
что он заполнен большим количеством мелких частиц, которые попросту уничтожат
космический аппарат, рискнувший его пересечь.
Другой важный вопрос касался радиации. К тому времени учёные уже знали, что наша
планета окружена радиационными поясами. Но что насчёт планет-гигантов? Есть ли у
них собственные радиационные пояса, и если да, то представляют ли они угрозу для
космической техники? Также существовало опасение, что плоскость, в которой
расположены кольца Сатурна, заполнена пылью — а она может вывести из строя
земные аппараты.
Был только один способ найти ответы на такие вопросы. Перед тем как отправлять
дорогостоящие «Вояджеры» в неизвестность, NASA требовалось разведать дорогу —
запустить более простые и дешёвые аппараты, которые было бы не так жалко потерять.
Задача стать космическими первопроходцами выпала зондам Pioneer 10 и Pioneer 11.
Они отправились в космос в 1972 и 1973 годах.
Оба зонда успешно пересекли пояс астероидов и тем самым доказали, что через него
можно безопасно пройти.
Во время пролёта Юпитера Pioneer 10 получил дозу облучения, превышающую 250 000 рад
(для человека смертелен уровень в 500 рад) / NASA-ARC, Rick Guidice
Потом они встретились с Юпитером. Оказалось, что у планеты действительно есть
радиационные пояса, причём их мощность в 10 000 раз превосходит мощность
радиационных поясов Земли. В результате аппаратура начала генерировать ложные
команды, связь несколько раз прерывалась, была потеряна часть снимков Ио. В какой-
то момент стало казаться, что зонд попросту не переживёт встречу с крупнейшей
планетой Солнечной системы. Но Pionеer 10 всё же удалось уцелеть.
Аппарат собрал данные о составе атмосферы газового гиганта, уточнил его массу,
измерил напряжённость магнитного поля. Также выяснилось, что общий тепловой
поток от Юпитера в 2,5 раза превышает количество энергии, которую планета получает
от Солнца.
После визита к Юпитеру Pioneer 10 разогнался до третьей космической скорости,
позволившей ему продолжить полёт по траектории, навсегда уводящей его за пределы
Солнечной системы. Хоть зонд и был рассчитан всего на 21 месяц работы, связь с ним
удавалось поддерживать вплоть до начала 2003 года.
Пролёт Pioneer 11 мимо Сатурна позволил инженерам NASA убить сразу двух зайцев:
отрепетировать гравитационный манёвр и проверить безопасность следующей части
маршрута, по которому планировалось направить «Вояджеры» / NASA Ames
Pioneer 11 также пришлось познакомиться с радиационными поясами Юпитера. Как и
аппарат-предшественник, он выдержал это испытание. Однако миссия Pioneer 11 не
ограничилась визитом к Юпитеру. Уже после запуска NASA решило изменить план
полёта и использовать гравитацию крупнейшей планеты Солнечной системы, чтобы
затем направить зонд к Сатурну.
Pioneer 11 достиг цели в 1979 году. Земной посланец успешно прошёл через плоскость
колец Сатурна, опровергнув опасения, будто концентрация частиц там настолько
высока, что представляет угрозу для космических аппаратов. Правда, это открытие
едва не стоило зонду жизни: при пролёте Сатурна он чуть не врезался в спутник, о
существовании которого на Земле раньше не подозревали.
После визита к Сатурну Pioneer 11 тоже набрал третью космическую скорость, чтобы
навсегда покинуть Солнечную систему. В последний раз он вышел на связь в 1995 году.
Pioneer 10 и Pioneer 11 доказали, что космический аппарат вполне способен пересечь
пояс астероидов и выжить в окрестностях планет-гигантов. Это отмело последние
сомнения в том, реально ли изучение дальних рубежей Солнечной системы. А значит,
инженеры могли приступить к работе непосредственно над «Вояджерами».
По расчётам астрономов, через 90 000 лет Pioneer 10 пролетит на расстоянии в
0,75 светового года от оранжевого карлика HIP 117795. Эта звезда обладает очень
высокой радиальной скоростью и движется примерно по направлению к
Солнечной системе. Через несколько тысяч лет после сближения с Pioneer 10
звезда пройдёт на расстоянии порядка трёх световых лет от Солнца.
Что касается Pioneer 11, то примерно через 930 000 лет зонд пролетит на
расстоянии 0,8 светового года от оранжевого карлика TYC 992-192-1.
Под капотом «Вояджеров»
Что же представляют собой «Вояджеры»? Конструкция аппаратов идентична. В их
основе — герметичный корпус в форме десятигранной призмы высотой 0,5 метра и
диагональю 1,8 метра. На нём установлена антенна длиной 3,66 метра для связи с
Землёй, двигатели, радиоизотопные генераторы, радиатор, а также выносные штанги,
на которых размещены научные инструменты. Общая масса зондов (без учёта топлива)
составляет 720 килограммов.
Подавляющее большинство космических аппаратов получают энергию благодаря
солнечным батареям. Однако этот вариант не подходил для «Вояджеров». Во внешней
части Солнечной системы наша звезда уже слишком тусклая, чтобы
фотогальванические элементы могли обеспечить зонд необходимой энергией.
Послание «Пионера»
Незадолго до запуска Pioneer 10 знаменитый учёный и популяризатор науки
Карл Саган предложил NASA разместить на борту зонда послание для
инопланетян, которые в далёком будущем могли бы его перехватить.
Организация одобрила идею. Так на свет появилось знаменитое послание
Pioneer.
Это размещённая на стойке антенны алюминиевая пластинка. На ней
выгравирована карта, показывающая положение Солнца по отношению к 14
пульсарам, схема Солнечной системы, траектория полёта Pioneer 10, а также
изображение обнажённых мужчины и женщины на фоне аппарата.
Поэтому «Вояджеры» получили связку из трёх радиоизотопных термоэлектрических
генераторов (РИТЭГов). Внутри каждого находится 24 сферы из плутония-238 — общим
весом 4,5 килограмма. При распаде плутония выделяется тепло, которое затем
преобразуется в электроэнергию. На момент запуска аппаратов их РИТЭГи
генерировали 470 ватт энергии.
«Вояджеры» получили комплект лучшей по тем временам аппаратуры: набор камер,
спектрометров, магнитометр, а также несколько детекторов и приёмников для
изучения параметров окружающей среды. Основная часть научных инструментов
размещена на специальной поворотной платформе. Благодаря этому во время пролёта
планет аппараты одновременно проводили наблюдения и притом удерживали
главную антенну направленной на Землю. Это конструкторское решение существенно
повысило научную отдачу миссии: скорость отправки данных на Землю увеличилась,
так что инженеры могли быстро реагировать на непредвиденные ситуации и менять
план полёта.
За управление аппаратами отвечают три раздельные компьютерные системы (каждая
из них дублирована) с суммарной оперативной памятью порядка 68 килобайт. Также
на «Вояджерах» есть запоминающее устройство ёмкостью в 67 мегабайт, позволяющее
хранить до 100 изображений с его телевизионных камер.
Конечно, сейчас на эти цифры нельзя смотреть без улыбки. Мощность дешёвого
смартфона в тысячи раз превышает мощность компьютеров на «Вояджерах». Но,
несмотря на более чем скромные по современным меркам характеристики, эти
компьютеры имели одно важное свойство: их можно было перепрограммировать
прямо во время полёта. Это свойство не только повысило эффективность работы
«Вояджеров», но и неоднократно спасало их от преждевременного завершения
миссии.
Другим важным нововведением, предопределившим удивительную долговечность
миссии, стало решение инженеров полностью дублировать все основные компоненты
аппаратов. За 47 лет полёта «Вояджеры» несколько раз сталкивались с поломками и
отказом оборудования — но благодаря «запаскам» ни одно из происшествий не было
критичным.
Небесное шоу, которое изменило представление об опасности астероидов
Начало бесконечного путешествия
Путешествие «Вояджера-2» началось 20 августа 1977 года, а «Вояджер-1» был запущен 5
сентября. Всё верно, тут нет ошибки. Аппарат под номером 2 действительно стартовал
раньше аппарата под номером 1. Просто они летели по немного разным траекториям —
и вскоре «Вояджер-1» догнал и обогнал собрата. Уже 18 сентября 1977 года «Вояджер-1»
сделал эффектный снимок Земли и Луны с дистанции в 11,66 миллиона километров от
нашей планеты.
Правда, этого могло и не случиться, поскольку запуск «Вояджера-1» чуть не обернулся
неудачей. На второй ступени ракеты «Титан» началась утечка топлива, из-за чего она
преждевременно отключилась. Чтобы компенсировать отклонение, инженерам
пришлось использовать разгонный блок. Ему едва хватило топлива, чтобы добрать
недостающую скорость и вытянуть «Вояджер-1» на нужную траекторию. К моменту
выключения у него оставалось горючего всего на три секунды работы.
К слову, «Вояджер-2» тоже преподнёс неприятный сюрприз. После выхода на орбиту
аппарат отказался откликаться на запросы с Земли. Лишь через пару дней инженеры
поняли, что в компьютерной системе аппарата из-за вибраций во время запуска
произошёл сбой. В результате они спешно разработали патч и устранили проблему.
Эта фотография, сделанная «Вояджером-1», — первый в истории снимок, где наша планета и
её спутник целиком находятся в одном кадре / NASA, JPL.
В марте 1978 года «Вояджер-2» снова чуть не довёл до инфаркта многих сотрудников
NASA — сломался основной передатчик зонда. Следуя заложенной программе, аппарат
переключился на запасной. К ужасу инженеров, после этого «Вояджер-2» перестал
воспринимать команды с Земли. Всё выглядело так, словно сломался и резервный
передатчик. Это означало конец миссии.
Впрочем, как следует поломав голову, инженеры сумели определить причину сбоя.
Оказалось, что запасной передатчик больше не может отслеживать частоту
приходящего с Земли радиосигнала. Он всё ещё «слышал» Землю, но в очень узком
диапазоне относительно некоторой фиксированной частоты. Инженеры разработали
алгоритм отправки команд на медленно меняющейся частоте, чтобы компенсировать
доплеровский сдвиг. С тех пор «Вояджер-2» управляется именно так.
Работоспособность всего одного компонента зонда определила, сможем ли мы увидеть
Уран и Нептун.
В 1979 году оба аппарата добрались до Юпитера, и вскоре последовали громкие
находки. Зонды открыли кольца Юпитера, три его ранее неизвестных спутника, а также
сделали детальные снимки основных лун. Выяснилось, что крупнейший планетарный
спутник в Солнечной системе — это Ганимед, а не Титан, как считалось