Космическая программа "Вояджер" - путь на край Солнечной системмы

Вояджер (англ. voyager, путешественник) - название серии американских космических аппаратов, а также название проекта по исследованию дальних планет Солнечной системы с участием аппаратов данной серии. "Вояджеры" стали третьим и четвёртым космическим аппаратом, покинувшим пределы солнечной системы, первыми двумя были "Пионер-10" и "Пионер-11".

Проект "Вояджер" - один из самых выдающихся экспериментов, выполненных в космосе в последней четверти XX века. Расстояния до планет-гигантов слишком велики для средств земного наблюдения. Поэтому отправленные на Землю "Вояджерами" фотоснимки и данные измерений имеют большую научную ценность.

Идея проекта впервые появилась в конце 60-х годов, незадолго до запуска первых пилотируемых аппаратов к Луне и аппаратов "Пионер" к Юпитеру.

Первоначально планировалось исследовать только Юпитер и Сатурн. Однако благодаря тому, что все планеты-гиганты удачно расположились в сравнительно узком секторе Солнечной системы ("парад планет") было возможно использование гравитационных маневров для облёта всех внешних планет, за исключением Плутона. 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.

"Вояджер" - довольно крупное сооружение. Это высокоавтономный робот, оснащённый собственными энергетическими установками, ракетными двигателями, компьютерами, системой радиосвязи, управления и научными приборами для исследования внешних планет, массой около 815 кг.

Всего было создано и отправлено в космос два таких аппарата:

- Вояджер-1
- Вояджер-2.

Каждый Вояджер был оснащен широкоугольной камерой, с областью видимости 3 гр., и камеру с областью видимости 0.5 гр.

Объекты на поверхности, размером 1 км могли быть обнаружены с расстояния 55000 км.

Изображение было преобразовано в 8-битный формат (256 оттенков серого), размер пикселя - 3.5 x 3.5 км.

Также Вояджер был оснащен плазменным комплексом:

- детектор плазмы;
- детектор заряженных частиц низких энергий;
- детектор космических лучей;
- магнитометры высокой и низкой чувствительности;
- приёмник плазменных волн.

А также спектрометрами: инфракрасным, диапазон от 4 до 50 мкм, и ультрафиолетовым, диапазон 50-170 нм. На борту к тому же был фотополяриметр.

Пока корабли летели через Солнечную систему, многие их функции были перепрограммированы, так что "Вояджеры" стали обладать большими ресурсами, чем те с которыми они стартовали. Пятилетний срок службы растянулся на 12 лет и более. В результате были исследованы все планеты-гиганты Солнечной системы, 48 их спутников, системы их колец, их магнитные поля.

Энергооснащение аппарата

В отличие от космических аппаратов исследующих внутренние планеты, "Вояджеры" не могли применять солнечные батареи, так как поток солнечной радиации по мере удаления аппаратов от Земли становился слишком мал. 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 падает.

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 материков, 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 14 мощных пульсаров. В качестве "мерной линейки" указана сверхтонкая структура молекулы водорода (1420 МГц).

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 58 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 и народная музыка многих стран.

На диске записано также обращение Картера, который в 1977 г. был президентом США. Вольный перевод обращения звучит так:

"Этот аппарат создан в США, стране с населением 240 млн. человек среди 4-миллиардного населения Земли. Человечество, все ещё разделено на отдельные нации и государства, но страны быстро идут к единой земной цивилизации.

Мы направляем в космос это послание. Оно, вероятно, выживет в течение миллиарда лет нашего будущего, когда наша цивилизация изменится и полностью изменит лик Земли: Если какая-либо цивилизация перехватит "Вояджер" и сможет понять смысл этого диска, - вот наше послание:

Это - подарок от маленького далёкого мира: наши звуки, наша наука, наши изображения, наша музыка, наши мысли и чувства. Мы пытаемся выжить в наше время, чтобы жить и в вашем. Мы надеемся, настанет день, когда будут решены проблемы, перед которыми мы стоим сегодня, и мы присоединимся к галактической цивилизации. Эти записи представляют наши надежды, нашу решимость и нашу добрую волю в этой Вселенной, огромной и внушающей благоговение".

Аппараты покидают солнечную систему

После встречи с Нептуном траектория "Вояджера-2" отклонилась к югу. Теперь его полет 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 аппарата таковы: энергии в радиоизотопных термоэлектрических батареях хватит для работы аппарата по минимальной программе примерно до 2025 г. Проблемой может стать возможная потеря Солнца солнечным датчиком, так как с большого расстояния Солнце становится все более тусклым. Тогда направленный радиолуч уйдёт с Земли и аппарат умолкнет. Это может произойти около 2030 г.

Вояджер-1 — самый дальний от Земли и самый быстрый движущийся объект, созданный человеком. На 22 января 2014 года Вояджер находился на расстоянии в 126,704 а. е. (18,954 млрд км) от Солнца и 0.002003 светового года (расстояние, преодолеваемое лучом света за 17 часов 38 минут и 24 секунды).

Сейчас «Вояджер-1» движется по гиперболической траектории, то есть, он не вернётся в Солнечную систему под действием гравитационного притяжения Солнца.

Путь "Вояджера 1"

Вояджер-1 стартовал 5 сентября 1977. Для него была выбрана более короткая трасса, чем для "Вояджера-2": Вояджер-1 должен был посетить только Юпитер и Сатурн. Длительность миссии первоначально была определена в 5 лет.

5 марта 1979 - Вояджер-1 достиг планеты Юпитер, 12 ноября 1980 - пролетел на минимальном расстоянии от Сатурна.

Космический аппарат прошёл в юпитерианской системе вблизи Ио и Каллисто, а в системе Сатурна - около Титана, Реи и Мимаса. После встречи с Сатурном "Вояджер-1" покинул плоскость эклиптитики.

15 ноября 2003 - Вояджер-1 оказался в зоне действия турбулентности, которая возникает, когда сталкиваются солнечный и межзвёздный ветры.

Положение аппаратов программы Вояджер

24 мая 2005 - на конференции в Новом Орлеане представители НАСА объявили, что Вояджер-1 покинул область, называемую предельным (конечным) ударом (или область ударного торможения, en:Termination shock). Это область, где солнечный ветер тормозится перед встречей со внешней средой со скорости 1,1-2,4 млн. км/ч и становится более плотным и тёплым. Покинув эту область, аппарат приблизился к гелиопаузе - границе Солнечной Системы - там, где солнечный ветер сливается с межзвёздной средой.

12 сентября 2013 года специалисты НАСА подтвердили, что зонд "Вояджер-1" вышел в межзвездное пространство. Зонду потребовалось 36 лет на то, чтобы достичь границы Солнечной системы и пересечь ее.

Ранее некоторые ученые заявляли, что аппарат еще в августе 2012 года вышел из гелиосферы, "пузыря" вокруг Солнца, наполненного солнечной плазмой. Однако "хозяева" "Вояджера" опровергали эти заявления, подчеркивая, что для таких выводов пока нет оснований. Теперь специалисты НАСА уверены, что выход человечества на просторы Галактики состоялся.

Путь "Вояджера 2"

Аппарат идентичен "Вояджеру-1". За счёт гравитационного манёвра у Сатурна и Урана, "Вояджер-2" смог на 20 лет сократить срок полёта к Нептуну по сравнению с прямой траекторией с Земли.

Аппарат передал на Землю тысячи снимков Урана, его спутников и колец. Благодаря этим фотографиям, учёные обнаружили два новых кольца, и исследовали девять уже известных, помимо этого были обнаружены 10 новых спутников Урана.

"Вояджер-2" стартовал 20 августа 1977, то есть на две недели раньше "Вояджера-1".
9 июля 1979 - максимальное сближение с Юпитером (71,4 тыс. км).

Вояджер-2" близко подошёл к Европе и Ганимеду, галилеевым спутникам, не исследованным ранее "Вояджером-1".Золотой диск, содержащий послание внеземным цивилизациям. 25 августа 1981 - максимальное сближение с Сатурном (101 тыс. км).

Траектория зонда прошла около спутников Сатурна Тефии и Энцелада.

24 января 1986 - "Вояджер-2" достиг Урана, пройдя от него на расстоянии 107 тыс. км.

24 августа 1989 - аппарат находился в 48 тыс. км от поверхности Нептуна.

Вот предполагаемая дальнейшая судьба аппарата:

- 8571 г. - "Вояджер-2" будет в 4 световых годах от Звезды Барнарда.

- 20319 г. - он пройдёт на минимальном расстоянии, 3,5 световых года от звезды Проксима Центавра.

- 296036 г. - "Вояджер-2" подойдёт к Сириусу на расстояние 4,3 световых года.