Проект отправки первых зондов к Юпитеру был утвержден руководством NASA в феврале 1969 г. В их задачи входило исследовать межпланетную среду вне орбиты Марса, изучить природу пояса астероидов и определить их возможную опасность для полетов к дальним планетам, исследовать свойства среды вблизи Юпитера.
Руководить созданием двух аппаратов, называвшихся до запуска Pioneer F и Pioneer G, поручили специальному проектному отделу Исследовательского центра имени Эймса (Моффетт-Филд, Калифорния) во главе с Чарлзом Холлом (Charles F. Hall); разработку служебного борта вел Джозеф Лепетич (Joseph E. Lepetich), а комплекса научной аппаратуры — Ралф Холтцклау (Ralph W. Holtzclaw). Научным руководителем проекта был д-р Джон Вулф (John H. Wolfe).
Контракт на разработку и изготовление двух одинаковых КА был выдан TRW Systems Group (Редондо-Бич, Калифорния); на фирме проект вел Б.Дж.О'Брайен (B.J.O'Brien). Запуск первого аппарата наметили на март 1972 г., второго — годом позже. В качестве носителя было решено использовать Atlas Centaur (компания General Dynamics/Convair) с дополнительным твердотопливным разгонным блоком TE364-4 (фирма McDonnell-Douglas Astronautics). Эта комбинация обеспечивала для КА массой 260 кг при прямом выведении (без промежуточной опорной орбиты) отлетную скорость 14.5 км/с и время перелета от 600 до 750 суток. Аппарат было решено стабилизировать вращением вокруг продольной оси, что и определило его компоновку. Чтобы КА влез под головной обтекатель диаметром 3.05 м, параболическую остронаправленную антенну высокого усиления (HGA, 38 дБ) сделали диаметром 2.74 м. Высота аппарата от кольца адаптера для установки на 3-й ступени РН и до рупорной антенны среднего усиления (MGA, 12 дБ) составила 2.9 м. Корпус станции сделали в виде шестигранной призмы высотой 0.36 м и диаметром 1.42 м; с одного боку к ней крепился контейнер с научной аппаратурой. Между корпусом и антенной LGA располагалась третья антенна — всенаправленная низкого усиления (LGA, 5 дБ).
В качестве источника питания были выбраны четыре радиоизотопных генератора (РИГ) SNAP-19 на плутонии-238, изготовленные компанией Teledyne Isotopes из топливных дисков Лос-Аламосской лаборатории, с суммарной мощностью 155 Вт в начале полета и 140 Вт к моменту прилета к Юпитеру. Для питания систем КА было нужно 100 Вт, для научной аппаратуры — еще 26 Вт. Избытком мощности заряжали серебряно-кадмиевую аккумуляторную батарею либо излучали его через радиатор. Чтобы РИГ создавали как можно меньшие помехи научной аппаратуре, их установили на концах двух штанг, отводимых в сторону от корпуса на 3 м после отделения КА от носителя. На третьей штанге длиной 6.6 м разместили датчик магнитометра.
Система ориентации и стабилизации включала датчик звезды Канопус и два солнечных датчика в качестве измерительных средств, и три пары ЖРД на каталитически разлагаемом гидразине в качестве исполнительных органов — для задания направления оси вращения и его скорости (номинальная — 4.8 об/мин) и для коррекций траектории. Из шести сопел два смотрели вдоль оси КА вниз, два вверх и два — по касательной к окружности антенны LGA. Никакого компьютера на борту не предусматривалось. В принципе бортовые ЭВМ к моменту создания КА Pioneer 10 уже существовали, но они были еще слишком велики и тяжелы. Отсутствие компьютера автоматически означало необходимость выдачи с Земли большого количества команд, и в основном в реальном времени. Если, конечно, считать таковым радиообмен с Юпитером: 45 минут "туда", 45 "обратно".
Радиосистема КА включала, помимо трех упомянутых антенн, два передатчика мощностью 8 Вт на лампах бегущей волны с частотой 2292 МГц (диапазон S) и два приемника на частоте 2110 МГц. Любой передатчик можно было подключить к антенне HGA либо к паре MGA/LGA. Бортовой блок цифровой телеметрии мог готовить данные в 13 разных форматах (с возможностью определения и коррекции сбойных битов) для сброса со скоростью от 16 до 2048 бит/с. Самая высокая скорость предназначалась для начального этапа полета при приеме на 26-метровую антенну; прием от Юпитера велся уже на 64-метровую антенну со скоростью 1024 бит/с. Для временного хранения информации на борту служило запоминающее устройство емкостью 49152 бит. (Вдумайтесь в эти числа — в дни, когда аппараты мультиспектрального зондирования оснащаются ЗУ емкостью в десятки гигабит, жил, работал и вел передачи с расстояния 12 млрд км аппарат, имеющий в миллион раз меньшую память!)
По командной радиолинии со скоростью 1 бит/с (!) можно было передать 222 разных команды — из низ 149 для управления системами КА и 73 для управления научной аппаратурой. Два декодера и блок распределения команд определяли достоверность каждой команды и ее адресата. Так как команда состояла из 22 бит, на ее прием на борту требовалось 22 секунды. Поэтому аппарат имел и программную память — на пять команд (!), которые могли быть выполнены друг за другом с заданными временными интервалами. Вот с такими средствами NASA отправлялось штурмовать Юпитер… Чтобы обеспечить заданную продолжительность работы КА — 21 месяц, разработчики максимально упростили борт за счет усложнения наземной части. Главные компоненты задублировали, остальные ставили на борт только при наличии опыта использования в космосе. (При проектировании станций учитывался опыт создания аппаратов серии Pioneer A…E, четыре из которых были успешно запущены в 1965-1969 гг., и с них были заимствованы целые блоки.) Электронные компоненты подвергли предварительной отработке, чтобы избежать ранних отказов.
Из 150 предложений, полученных в конце 1960-х годов, в 1970 г. для установки на КА Pioneer F/G были выбраны 11 научных инструментов: · гелиевый векторный магнитометр; · анализатор плазмы; · прибор для регистрации заряженных частиц, 4 датчика; · телескоп космических лучей; · гейгеровский телескоп; · детектор электронов и протонов радиационных поясов; · детектор метеороидных частиц, 4 телескопа; · детектор астероидных и метеороидных частиц, датчики пыли; · УФ-фотометр; · ИК-радиометр; · видовой фотополяриметр. Кроме того, два эксперимента проводились без размещения аппаратуры на борту КА — определение массы Юпитера и четырех галилеевых спутников по допплеровскому смещению сигнала и радиопросвечивание Юпитера и Ио.
Запуск КА Pioneer 10 состоялся 2 марта 1972 г. в 20:49:04 EST (3 марта в 01:49:04 UTC) со стартовой площадки LC-36A на мысе Канаверал. Через 17 минут после запуска, набрав скорость 14356 м/с, станция отделилась от 3-й твердотопливной ступени на заданной траектории. Развернув штанги с РИГ, она замедлила свое вращение; после этого выдвинулась штанга магнитометра. Для полета к Юпитеру станция получила очень высокую начальную скорость и всего через 11 час после старта станция вышла за пределы орбиты Луны. 5 марта был включен телескоп космических лучей, а после 10 суток полета работала уже вся научная аппаратура. 25 мая 1972 г. станция вышла за орбиту Марса и 16 июля пересекла условную границу пояса астероидов в 1.8 а.е. от Солнца. Вероятность его успешного прохождения оценивалась в 90%. Никаких попутных съемок не планировали, чтобы не добавлять ненужного риска, а потому Pioneer 10 прошел от ближайшего известного астероида в 8.8 млн км. Первой на пути встретилась безымянная планетка диаметром 1 км — это произошло уже 2 августа. Вторым был довольно крупный (24 км) астероид Нике — его станция миновала 2 декабря.
15 февраля 1973 г., на расстоянии 3.7 а.е. от Солнца, Pioneer 10 вышел из пояса астероидов неповрежденным. Увеличение концентрации астероидных частиц было замечено лишь однажды — в течение недели на отметке 2.7 а.е. от Солнца, а в среднем их количество оказалось намного меньше ожидаемого: если за март-июнь в датчики КА попала 41 пылевая частица, то за июнь-октябрь 1972 г. — 42. Pioneer 10 доказал, что пояс астероидов практической опасности не представляет; зато он обнаружил пылевой пояс значительно ближе к Юпитеру. 6 ноября с расстояния 25 млн км начались опытные съемки Юпитера фотополяриметром, а 8 ноября станция пересекла орбиту Синопе, самого далекого спутника планеты. Начался 60-суточный период пролета, за время которого на борт было передано около 16000 команд. 26 ноября аппарат пересек ударную волну на границе магнитосферы Юпитера (вдвое снизилась скорость солнечного ветра, в 10 раз подскочила энергия частиц), а 27 ноября прошел магнитопаузу. 29 ноября он миновал все внешние спутники и вступил во внутреннюю область системы Юпитера.
Регулярная съемка Юпитера началась 26 ноября. Специальная наземная система преобразовывала отдельные сканы фотополяриметра IPP, полученные при вращении аппарата, в серию снимков планеты. Они приходили в двух цветовых диапазонах — синем и красном, из которых сначала искусственно синтезировался "зеленый" кадр, а затем цветной снимок. Изображения, принятые в течение суток до пролета и суток после него, были более детальными, чем доступные с земных елескопов. Всего с борта было принято более 500 снимков. Чтобы во время пролета обезопасить аппарат от выполнения случайных команд, вызванных радиацией вблизи Юпитера, на борт раз в несколько минут отправлялась "лечебная" посылка; кроме того, спец командная последовательность немедленно восстанавливала работу фотополяриметра в случае сбоя. Такие сбои начались на расстоянии в 9 радиусов планеты и произошли 10 раз; были потеряны несколько близких планов Юпитера и единственный запланированный кадр Ио. Не будь этого сбоя, вулканы Ио могли быть обнаружены на 7 лет раньше!
Последний снимок Юпитера на подлете Pioneer 10 сделал с расстояния 203000 км, а первый на отлете — удалившись уже на 504000 км. Станция также провела съемку Европы и Ганимеда, хотя и с невысоким разрешением. В ходе радиозатмения Ио было обнаружено, что этот спутник имеет слабую атмосферу высотой до 115 км и ионосферу, простирающуюся на 700 км, а вдоль орбиты Ио имеется водородное облако. Аппарат провел первые прямые измерения магнитного поля Юпитера, характеристик заряженных частиц, составил тепловую карту планеты, определил состав верхней атмосферы. Планета оказалась чуть тяжелее, чем давали астрономические расчеты, примерно на массу земной Луны, и Pioneer 10 пришел к цели на минуту раньше расчетного времени. 4 декабря 1973 г. в 02:25 UTC станция прошла на высоте 132252 км над границей облаков Юпитера на фантастической скорости — 36.7 км/с. Высота пролета была выбрана с целью разведки радиационной обстановки.
В гравитационном поле Юпитера станция получила скорость, достаточную для ухода из Солнечной системы. В результате в феврале 1976 г. Pioneer 10 пересек орбиту Сатурна, 11 июля 1979 г. — орбиту Урана и 13 июня 1983 г. — орбиту Нептуна в 30.28 а.е. от Солнца, все еще имея скорость 13.66 км/с. За следующие 20 лет аппарат ушел еще на 50 а.е., продолжая измерения космических лучей и солнечного ветра в той области, что сейчас известна как пояс Койпера. Гелиопаузы — предела безраздельного влияния Солнца и подлинной границы Солнечной системы — он так и не достиг. 31 марта 1997 г. научная программа миссии была официально прекращена, однако сеансы связи было разрешено продолжать "для тренировки персонала проекта Lunar Prospector". В сентябре 1999 г. о прекращении проекта объявили вновь — и вновь сеансы были возобновлены "для отработки перспективных концепций связи на сверхдальних расстояниях".
Но третьи "похороны" "Пионера" — последние. Связь прекращена не в силу административного решения, а из-за потери технической возможности. Станция уходит из Солнечной системы в общем направлении на Альдебаран, но для того чтобы пройти 68 св.лет до этой звезды, ей потребуется более 2 млн лет. На борту она несет позолоченную пластину размером 152x228 мм, на которой простыми рисунками рассказано о том, как выглядят люди и где находится планета, запустившая этот аппарат. Идея этого послания принадлежала известному популяризатору ракетной техники Эрику Бургессу, Ричарду Хоагланду (который потом нашел "Сфинкса" на Марсе) и Дону Бейну. Карл Саган вместе с Фрэнком Дрейком набросали идею "картинки", а супруга Сагана Линда ее нарисовала.
Комментариев нет:
Отправить комментарий