Вояджер-1 намацав кордон Сонячної системи
Вояджер-1 — автоматичний зонд, запущений 1977 року, досяг меж геліосфери. Геліосфера - це область навколосонячного простору, де сонячний вітер все ще переважає над "галактичним вітром" - потоком частинок міжзоряного середовища. Два роки тому апарат увійшов до зони геліопаузи, де тиск сонячного вітру та врівноважує тиск міжзоряного середовища. У червні цього року датчики Вояджера зареєстрували різке зростання рівня галактичних космічних променів — апарат вийшов із-під захисту сонячного вітру.
Вояджер-1 знаходиться на відстані 121 астрономічної одиниці (18 мільярдів кілометрів) від Сонця і рухається зі швидкістю 17 кілометрів на секунду. Це найвіддаленіший від Землі і найшвидший об'єкт, коли-небудь побудований людиною. Радіосигнал від Вояджера досягає Землі за 16 годин 38 хвилин.
На великих відстанях від Сонця звичні для навколоземних апаратів сонячні батареї марні. Джерелом енергії для Вояджера служать три радіоізотопні термоелектричні генератори. У міру розпаду палива їхня потужність зменшується. Головна місія Вояджера-1 – дослідження зовнішніх планет Сонячної системи – була успішно завершена у 1989 році. З того часу для економії енергії NASA поступово відключає датчики та пристрої, без яких можна обійтись. Очікується, що останні системи Вояджера пропрацюють до 2025-2030 років. Зараз потужність «батарейок» складає приблизно 300 Вт.
На борту Вояджера працюють 6 комп'ютерних модулів (3 системи, кожна з яких продубльована). Загальний обсяг пам'яті на борту апарата – 68 кілобайт.Як запам'ятовуючий пристрій використовується пам'ять на магнітному дроті - різновид пам'яті на магнітних сердечниках, в якій замість феритових кілець намагнічені ділянки дроту зі спеціальним покриттям.
Командна система (Computer Command System - CCS) і система управління положенням і позиціонуванням (Attitude and Articulation Control System - AACS) служать для управління Вояджером та обробки аварійних ситуацій. Кожна з них має 4096 18-бітних слів. — FDS) керує науковим обладнанням та передачею даних на Землю. 8198 16-бітових слів.
Крім того, на борту апарату є стрічкове ЗУ для наукових даних та позолочена платівка із записами музики народів світу, звуків природи, людських голосів, що вітають потенційну аудиторію інопланетян 55 найпоширенішими мовами Землі, та 116 зображень людей, пейзажів, наукових схем та ді.
Враховуючи умови, в яких працюють системи Вояджера та повну неможливість ремонту та техобслуговування (за винятком перепрограмування кількох тисяч осередків пам'яті по радіоканалу зі швидкістю 16 біт в секунду та “пінгом” о 33 годині) це один з найнадійніших і найдовших електронних пристроїв, коли- чи створених людиною.
Більше інформації про програму «Вояджер», у тому числі дані з його датчиків та точне положення та швидкість, можна дізнатися на офіційному сайті проекту.
3760000 тисяч льє над водою
П'ятого вересня 1977 року відбувся запуск міжпланетної станції «Вояджер-1» — першого космічного апарату, який вийшов у міжзоряний простір.За минулий час апарат встиг відійти від поверхні нашої планети на відстань 139,6 астрономічної одиниці. Цього року ми відзначаємо сорокаріччя від дня старту «Вояджера-1» та розповідаємо про історію проекту.
Ідею проекту «Вояджер» (Voyager) було висунуто аерокосмічним агентством NASA наприкінці 60-х років. У 1976 році мала статися рідкісна для Сонячної системи подія — раз на 177 років Юпітер, Сатурн, Уран і Нептун на три роки опиняються по один бік від нашого світила, тож із Землі вони видно на невеликій ділянці неба. Інженери NASA вирішили використати це явище, щоб запустити до газових гігантів дві дослідні станції - вдале розташування планет дозволяло зондам зробити гравітаційні маневри та заощадити паливо.
У 1977 році «Вояджер-1» та його не менш відомий близнюк «Вояджер-2» вирушили дослідити тоді ще маловивчені світи. Незважаючи на номер у назві, першим у космос було запущено корабель «Вояджер-2». Справа в тому, що зонди мали облетіти планети-гіганти з різних боків, щоб зібрати про них якнайбільше інформації. «Вояджер-2» летів так званою повільною траєкторією і мав зблизитися з усіма чотирма планетами, тоді як «Вояджер-1» досліджував лише Юпітер і Сатурн і його шлях був помітно коротше. Оскільки вчені з самого початку знали, що запущений пізніше зонд досягне астероїдного поясу між Марсом та Юпітером раніше, ніж його брат-близнюк, то й назвали його відповідно.
Перш ніж відправити «Вояджери» до космічного простору, інженери NASA розглянули понад 10 тисяч можливих траєкторій польоту, після чого вибрали лише одну (і, як виявилося, вдалу).Проте навіть після такої детальної підготовки багато хто був не впевнений у тому, що місія вдасться. Майже одразу після запуску у «Вояджера-2» виникли технічні проблеми, тому інженери не поспішали відправляти в космос другий апарат. Спочатку запуск «Вояджера-1» мав відбутися 1 вересня, проте його відкладали двічі. Незважаючи на те, що агентство NASA вважає політ зонда «точним та бездоганним», спогади учасників місії говорять про інше. Як розповідає Джон Касані, керівник програми, відразу після старту він і Чарльз Колейз, радник місії «Вояджер» та експерт з навігації, перебували в диспетчерському центрі запусків на мисі Канаверал, коли їм прийшли погані показники з ракети-носія Titan IIIE («Титан- Центавр»). Здавалося, що "Вояджер-1" не досягне мети. «Я був наляканий. Ми були налякані», – поділився Касані. Колейз обернувся до Касані, який сидів поруч: «Джоне, ми можемо зазнати невдачі. Нам бракує швидкості».
У паливній магістралі другого ступеня «Титану» виявився крихітний, спочатку не помічений витік, який створив серйозні проблеми під час запуску. Навіть якби «Вояджер-1» досяг меж навколоземної орбіти, йому могло б не вистачити швидкості, щоб успішно долетіти до своєї наступної мети — Юпітера.
Тим не менш, ракета-носій мала запас палива, яке могло врятувати ситуацію. Головна небезпека полягала в тому, що порожні паливні насоси могли вибухнути та пошкодити «Вояджер-1», якби пальне було повністю витрачено. Проте "Титан-Центавра" доставив зонд на орбіту за три секунди до того, як у нього закінчилося паливо, і місію було врятовано.
Зонд "Вояджер-2" стартував з мису Канаверал 20 серпня 1977 року.Траєкторія його польоту дозволяла досліджувати не тільки Юпітер і Сатурн та їх супутники, а й два інші газові гіганти — Уран і Нептун.
«Вояджер-2» став першим і єдиним космічним апаратом, який зблизька вивчив усі чотири зовнішні планети Сонячної системи. Крім того, зонд сфотографував Ганімед і Європу, галілеєві місяці Юпітера, завдяки цим зображенням вчені вперше висунули гіпотезу про існування рідкого океану за межами Землі.
«Вояджер-2» також отримав знімки кілець Сатурна та поверхні його супутників, тисячі знімків Урану, його супутників та кілець та унікальні фотографії Нептуна. Зараз його місія, як і місія «Вояджера-1», триває — апарат дедалі більше віддаляється від нас і тепер вивчає міжзоряний простір.
До речі, спочатку "Вояджери" мали стати частиною програми "Марінер" (Mariner), яка займалася вивченням внутрішніх планет, і отримати назви "Марінер-11" і "Марінер-12", але керівники місії в результаті відмовилися від цієї ідеї. Пізніше «Вояджер-1» хотіли дати ім'я Mariner-Jupiter-Saturn 77, або MJS-77. “Я сказав: “Кому взагалі цікавий рік старту місії? Нам потрібна гарна назва, що чіпляє, — розповідає Касані. - Ми провели змагання. Головним призом для переможця була скринька шампанського». Так з'явилася назва "Вояджер".
Оскільки програма від початку передбачала дослідження далеких планет, вчені було неможливо встановити на «Вояджери» сонячні батареї — в міру віддалення від Сонця інтенсивність його випромінювання помітно падає. Наприклад, поблизу орбіти Нептуна вона приблизно 900 разів менше, ніж в обриті Землі.Тому джерелами електроенергії в кожному із зондів є три радіоізотопні термоелектричні генератори (РІТЕГ) — як паливо вони використовують плутоній-238. На момент старту їхня потужність становила приблизно 470 ватів; оскільки період напіврозпаду плутонію-238 становить 87,74 року, генератори, що використовують його, втрачають 0,78 відсотка своєї потужності на рік. Станом на 3 вересня 2017 року у «Вояджера-1» залишилося 72,9 відсотка запасів палива. До 2050 року потужність скоротиться до 56,5 відсотка.
На борту космічного апарату встановлено систему з двох телевізійних камер — ширококутну та вузькокутну. Дозвіл вузькокутної камери достатньо, щоб прочитати заголовок газети на відстані одного кілометра. Саме завдяки цій системі космічному апарату вдалося одержати унікальні знімки Сонячної системи. Наприклад, за два тижні після запуску «Вояджер-1» зробив перший в історії спільний портрет Землі та її супутника Місяця.
У березні 1979 року зонд дістався околиць Юпітера. Він сфотографував знамениту Велику Червону Пляму — найбільший атмосферний вихор у Сонячній системі, а також виявив вулканічну активність на Іо, одній з галілеєвих місяців газового гіганта. Це був перший випадок, коли вченим вдалося побачити вулкани, що діють, десь за межами Землі. Крім того, "Вояджер-1" зробив ще одне примітне відкриття - він уперше побачив кільця Юпітера. До цього вважалося, що система кілець є лише Сатурн і Уран.
Наступною зупинкою «Вояджера-1» став Сатурн із його знаменитою системою кілець та супутників. Максимальне зближення космічного апарату та планети відбулося 12 листопада 1980 року — тоді зонд наблизився до верхнього шару хмар на 64,2 тисячі кілометрів.Він відправив на Землю перші високоякісні знімки кілець, що складаються з уламків льоду, комет та пилу, а також сфотографував деякі з місяців Сатурна. Космічний апарат виявив, що щілина Кассіні, вперше помічена в XVII столітті, теж є своєрідним розрідженим кільцем із частинок льоду та пилу. Тоді ж було відкрито тонке і тьмяне кільце E. Крім того, інфрачервоні та ультрафіолетові спектрометри, встановлені на борту Вояджера-1, визначили, що атмосфера планети майже повністю складається з водню з домішками гелію.
На дослідженні Сатурна та Юпітера основна місія апарату закінчилася, проте він продовжив свою космічну одіссею. У лютому 1990 року "Вояджер-1" направив свої камери на нашу планету та зробив серію портретів Сонячної системи. Тоді ж було отримано знаменитий знімок Pale Blue Dot («Бліда блакитна крапка»): на ньому Земля відбита з відстані 5,9 мільярда кілометрів. Фотографія отримала таку назву через те, що наша планета на ній схожа на блакитну крапку; вона займає лише 0,12 пікселя на знімку.
Згодом американський астрофізик та популяризатор науки Карл Саган написав про цей знімок у своїй книзі: «Погляньте ще раз на цю точку. Це тут. Це наш дім. Це ми. Всі, кого ви любите, всі, кого ви знаєте, все, про кого ви коли-небудь чули, всі люди, що коли-небудь існували, прожили свої життя на ній. >кожна мати і кожен отець, кожна здібна дитина, винахідник і мандрівник, кожен викладач етики, кожен брехливий політик, кожна „суперзірка“, кожен „найбільший лідер“, кожен святий і грішник в історії нашого виду жили тут — на смітнику, підвішеному в сонячному промені».
У лютому 1998 року «Вояджер-1» випередив апарат «Піонер-10» і став найдальшим від нас об'єктом, створеним руками людини. Сьогодні зонд знаходиться на відстані 139,6 астрономічних одиниць від Землі (або близько 21 мільярда кілометрів — або, якщо скористатися іншою одиницею виміру, увічненою Жюлем Верном у своєму романі, майже 3,76 мільярда морських льє) і продовжує рухатися до зовнішніх меж Сонячної системи зі швидкістю 16,9 кілометра на секунду. На його борту знаходиться послання інопланетним цивілізаціям — одна із двох золотих платівок «Вояджера». У її створенні брали участь Карл Саган та астроном Френсіс Дрейк, які придумали, як за допомогою технології грамзапису вигравірувати на платівці не лише звуки та музику, а й зображення.
Повідомлення являє собою мідний диск із золотим покриттям, який запакований у алюмінієвий футляр. На ньому записана вся найважливіша інформація про нашу планету — її види, розташування щодо 14 потужних пульсарів, склад атмосфери, відомі форми життя, молекула ДНК та звуки природи. На золотих платівках є розповідь і про нас, людей. Якщо інопланетні цивілізації коли-небудь розшифрують послання, то вони зможуть дізнатися про анатомію людини, почути плач дитини та шепіт матері, познайомитися з музикою Баха та Моцарта та отримати вітання 55 мовами, включаючи російську. Навіть коли двигуни «Вояджера-1» припинять роботу (це станеться в 2030 році), золоті платівки повільно пливтимуть у космосі цілістю та безпекою не менше мільярда років.
У грудні 2004 року плазмовий комплекс, ще один науковий прилад на борту "Вояджера-1", показав, що зонд перетнув геліосферну ударну хвилю - поверхню всередині геліосфери, на якій сонячний вітер різко сповільнюється до звукових швидкостей (щодо швидкості самого Сонця). Це відбувається через те, що потік заряджених частинок «наштовхується» на міжзоряну речовину, тому ударна хвиля вважається одним із рубежів Сонячної системи. Відстань до світила на той момент складала 94 астрономічні одиниці.
У грудні 2011 року «Вояджер-1» пішов на відстань 119 астрономічних одиниць і дістався так званого регіону стагнації — останнього рубежу, що відокремлює зонд від міжзоряного простору. У цій галузі спостерігається сильне магнітне поле через те, що тиск заряджених частинок із зовнішнього космосу змушує поле, яке створюється Сонцем, ущільнюватися. Там же спостерігається зростання кількості високоенергетичних електронів (приблизно в 100 разів), які прилітають із міжзоряного середовища, тому ця область також вважається однією з меж Сонячної системи.
У першій половині 2012 року «Вояджер-1» досяг меж межзоряного простору. Датчики апарату зафіксували зростання рівня галактичних променів на 25 відсотків - це означало, що зонд наближається до межі геліосфери. 12 вересня 2013 NASA підтвердило, що «Вояджер-1» вийшов за межі геліосфери і тепер знаходиться в міжзоряному просторі. Проте до гіпотетичної хмари Оорта, межі гравітаційного впливу Сонця, апарату ще далеко.
Усі наукові прилади «Вояджера-1» будуть вимкнені до 2025 року, після цього з зонда надходитимуть лише дані про його технічний стан. Сьогодні сигнал від космічної станції йде до Землі 17 годин та 20 хвилин.У майбутньому у програмі місії намічено ще одне зближення з великим небесним тілом — щоправда, станеться воно не скоро лише через 40 тисяч років. Космічний апарат повинен пролетіти за 1,6 світлового року (15 трильйонів кілометрів) від зірки AC+79 3888 у сузір'ї Жирафа; правда, на той момент ми вже не зможемо отримати жодних даних від «Вояджера-1». Після цього зонд продовжить блукати Чумацьким шляхом, дедалі більше віддаляючись від свого будинку — Землі.
Після «Вояджерами» досліджувати зовнішню частину Сонячної системи вирушили інші міжпланетні станції — «Улісс», «Галілео», «Юнона» і «Кассіні» (останній скоро завершить свою роботу падінням на Сатурн). Однією з найамбіційніших програм можна вважати «Нові рубежі» (New Horizons). Вона розрахована на дослідження системи Плутона і Харона, а також вивчення об'єктів поясу Койпера — області Сонячної системи за Плутоном, де заховано величезну кількість астероїдів, комет і навіть кілька карликових планет. Наукові дані збирає міжпланетна станція New Horizons, запущена NASA у 2006 році.
Зараз цей зонд, як і «Вояджери», рухається у бік міжзоряного простору, але знаходиться набагато ближче до Сонця — на відстані 39 астрономічних одиниць — і летить набагато повільніше, незважаючи на високу швидкість запуску. Це пов'язано з тим, що Вояджеру-1 вдалося набрати додаткову швидкість за рахунок гравітаційного маневру у Юпітера. Крім того, потужність двигунів станції New Horizons поступається потужністю двигунів «Вояджерів», тому їй не вдасться побити рекорд дальності зондів-близнюків — коли космічний апарат припинить свою роботу в 2020-х роках, загальна довжина його шляху становитиме 50–55 астрономічних одиниць.
