Доброго времени суток. Сегодня будет рассказ о миссии Вояджер. Благодаря ей, человечество получило множество информации о газовых гигантах и Солнечной системе в целом.

1. Истоки.

Человечество всегда стремилось познать Вселенную. Птолемей, Коперник, Галилей и множество других людей, открывшие нам Солнечную систему во всей красе, стояли у истоков дальнейшего изучения космоса. Но вернемся к газовым гигантам, которые и были целью Вояджеров. Если Юпитер и Сатурн были видны с древних времен, то Уран с Нептуном открыли гораздо позже.

Есть свидетельства, что Уран видели еще в 1690 году, тогда его сочли за звезду. Через 91 год, в 1781 году английский астроном — Уильям Гершель обнаружил Уран, первоначально посчитав его кометой, но после дальнейших исследований признал своё открытие планеты. За заслуги награжден Георгом III пожизненной стипендией в 200 фунтов стерлингов.

Галилео Галилей наблюдал Нептун, аж в 1612 и 1613 годах, но признавал его звездой. К нему вернулись только после открытия Урана, так как в его орбите наблюдались отклонения от таблиц, составленных Алексисом Буваром в 1821 году. В 1821-1846 годах астрономы активно искали предмет отклонений, предполагая, что это могла быть планета. В 1843 Джон Куч Адамс вычислил орбиту теоретической планеты. Наконец, 23 сентября 1846 года, в Берлинской обсерватории обнаружили Нептун. Дальнейшее изучение планет было затруднено из-за их удаленности от земли

В середине XX века человечество начало летать в космос. Сначала Спутник-1, а за ним Пионер-1. В 1961 году полет человека в космос. В 60-х были совершены пробные полеты к Марсу. В 73 году Пионер-10 достиг Юпитера, а в 79 — Пионер-11 сфотографировал Сатурн. Нептун с Ураном оставались недосягаемыми. Естественно, ученым хотелось изучить эти планеты с более близкого расстояния, чем с земли и получить более качественные фотографии Юпитера, Сатурна и их спутников, нежели полученные с Пионеров-10,11.

Так и началось зарождение «миссии Вояджер».

2. Разработка миссии.

Знакомьтесь, Гари Фландро — это человек, рассчитавший возможность достижения всех внешних планет с помощью гравитационного маневра рядом с каждой планетой, мимо которой пролетит зонд. Он опубликовал работу, где была описана возможность за 1 полет посетить все газовые гиганты в 70-80-x годах, так как близился парад планет, который состоялся в 1982 году. Другая такая возможность могла представиться только через 176 лет. Суть маневра состояла в использовании гравитации крупных планет, под ее воздействием аппарат разгонялся, меняя свою траекторию и направляясь к следующей своей цели.Ускорение с помощью маневра.Полет 2 зонда наиболее красочно демонстрирует маневр.

В 1969 году НАСА выдвинуло проект Grand Tour (Большое Тур), полет и изучение внешних планет по двум траекториям: Юпитер — Сатурн — Плутон и Юпитер — Уран — Нептун, на каждую по 2 аппарата. Как всегда, все упиралось в деньги. Сверху подумали, подумали и решили, что Уран с Нептуном как-то далековато… (а Плутон тем более), соответственно денег не выделили, тогда в НАСА, скажем так, поделили проект на 2, убрав оттуда половину планет, зондов и Плутон (на данный момент, Плутон — карликовая планета, так что в каком-то смысле я прав про дележку планет). После всех правок финансирование было получено.

Заинтересовать общественность «Большим туром», помог участник команды Вояджера, Карл Саган. Он предложил разместить на борту каждого корабля «послание с земли» в виде позолоченного диска с основной информацией о человечестве. В ее числе: приветствие на 55 языках, звуки, музыка с Земли, изображения с Земли, где мы находимся в космосе т.д. Короче говоря, вся база данных для захвата человечества установления контакта с нашей цивилизацией. Стоит отметить, что подобные послания уже были размещены на Пионерах 10 и 11. С подачи того же Карла Сагана, но количество информации было в разы больше, чем на Пионерах.

Что ж… Общественность заинтересована, деньги есть и можно приступать к сборке уникальных зондов.

3. Оборудование.

В процессе разработки плана полета стало ясно, что солнечные батареи, необходимые для питания зонда, будут бесполезны на таком удалении от Солнца (рядом с Нептуном солнечные лучи слабее в 900 раз, чем на земной орбите), и НАСА приняло решение поставить 3 радиоизотопных термоэлектрических генератора. Поясняю, РИТЭГ использует для выработки электричества тепло от распада радиоактивного материала, в случае Вояджера, плутоний-238 (его период полураспада составляет 87,7 года), когда материал распадается, то он выделяет тепловую энергию, а термоэлектрогенератор преобразует тепловую энергию в электрическую. Несмотря на схожесть с ядерным реактором, РИТЭГ отличается от него конструктивной простотой и меньшими размерами, но КПД у него все же существенно меньше. Существенным плюсом послужила долговечность работы РИТЭГа и ненадобность обслуживания на протяжение всего срока службы. Энергия, вырабатываемая 3 РИТЭГами, была около 7 киловатт, в процессе полета она уменьшалась, так при пролете, мимо Урана, она равнялась 4 киловаттам.

На Вояджере было установлено 2 компьютера, в ходе полета они были неоднократно перепрограммированы, на что и были рассчитаны при запуске. Жесткий диск был рассчитан на 100 фотографий, а его емкость была равна 67 Мегабайт. Для ориентации в межзвёздном пространстве использовалось 2 датчика Солнца, датчик звезды Канопус и инерциальный измерительный блок (для определения координат). Для коррекции полета Вояджера использовалось 4 микродвигателя.

Передавалась информация 2 антеннами, скорость передачи была равна 115,2 кбит/с рядом с Юпитером, и так же уменьшалась по мере отдаления от земли, при пролете Сатурна она уменьшилась до 45 кбит/с, а у Урана была равна 4,6 кбит/с, но к тому времени на Земле появились более чувствительные радиотелескопы, и скорость довели до 30 кбит/с.

Ну и главное — КАМЕРА. Точнее камеры, их было две: телевизионная камера с широкоугольным объективом и телевизионная камера с телеобъективом. Один кадр весил 125 килобайт, путем нехитрых вычислений получаем то, чтобы отправить 1 фото на землю требовалось полминуты (33.333… секунды, если я не ошибся в расчетах), вроде бы немного, но не забываем про расстояние до земли, увеличивающееся ежесекундно и ограниченность жесткого диска (100 кадров).

Остальные научные приборы были для исследования планет, их атмосфер, спутников и изучения солнечной системы. Вот их список из википедии:

• Инфракрасный спектрометр, предназначенный для исследования энергетического баланса планет, состава атмосфер планет и их спутников, распределения температурных полей.
• Ультрафиолетовый спектрометр, предназначенный для исследования температуры и состава верхних слоёв атмосферы, а также некоторых параметров межпланетной и межзвёздной среды.
• Фотополяриметр, предназначенный для исследования распределения метана, молекулярного водорода и аммиака над облачным покровом, а также для получения информации об аэрозолях в атмосферах планет и о поверхности их спутников.
• Два детектора межпланетной плазмы, предназначенные для регистрации как горячей дозвуковой плазмы в магнитосфере планет, так и холодной сверхзвуковой плазмы в солнечном ветре. Установлены также детекторы волн в плазме.
• Детекторы заряженных частиц низкой энергии, предназначенные для исследования энергетического спектра и изотопного состава частиц в магнитосферах планет, а также в межпланетном пространстве.
• Детекторы космических лучей (частиц высоких энергий).
• Магнитометры для измерения магнитных полей.
• Приёмник для регистрации радиоизлучения планет, Солнца и звёзд. Приёмник использует две взаимно перпендикулярные антенны длиной по 10 м.

Общая масса каждого аппарата — около 721 кг.

И вот Вояджер-1, 2 собраны и готовы к полету. Осталось только сказать «Ключ на старт…»

4. Полет Вояджера-1.

Зонд стартовал 5 сентября 1977 года. 18 сентября, в ходе калибровки приборов, Вояджер-1 сделал снимок Земли с Луной.

Юпитер. Через 2 года полета Вояджер-1 начал передавать первые снимки планеты, а максимальное сближение произошло 5 марта 1979 года.

Достигнув планеты, зонд начал передавать информацию о Большом Красном Пятне, атмосфере, магнитном поле и т.д. Остановимся на БКП (Большом Красном Пятне), это огромный ураган, размерами 24—40 тысяч км в длину и 12—14 тысяч км в ширину, длится он уже 350 лет. Скорость этой бури больше 500 км/ч, движение происходит по экватору и против часовой стрелки. Постепенно пятно уменьшается, но остается самым крупным в Солнечной системе, хотя есть аналог, Большое темное пятно на Нептуне, но к нему вернемся позже.

Были обнаружены полярные сияния и грозы. Обнаружили кольцо, хоть и небольшое (высотой около 30 км, шириной 8000 км), хотя это обстоятельство не помешало включить Юпитер в список планет обладающих кольцами.

Продолжалось широкомасштабное исследование спутников планеты. Вояджер посетил спутники: Амальтеи, Ио, Ганимед, Каллисто.

Первым у нас будет Ио. Аппарат обнаружил 8 активных вулканов, которые извергались на высоту около 400 км, примерно на этой же высоте находится МКС. На данный момент, Ио — самое геологическое активное тело Солнечной системы, на нём более 400 действующих вулканов.

На Ганимеде, Вояджер обнаружил большое количество воды, и возможно, подледный океан. На нем есть атмосфера, состоящая из модификаций кислорода, такие как: озон, кислород и атомарный кислород.

Амальтея вовсе не был похож на спутник округлой формы, скорее на астероид притянутый Юпитером из Пояса астероидов.

Ну и Каллисто. Вояджер получил информация об атмосфере, массе спутника, ну и фотографии, как же без них. Благодаря низкому радиационному фону, размерам Каллисто, его предлагают использовать как базу, которая послужит для дальнейшего освоения системы Юпитера.

С 27 февраля по 6 марта шла ежедневная конференция, где в прямом эфире передавали все снимки и данные с Вояджера. После пресс-конференции, Эдвард Стоун — руководитель всего проекта Вояджер, сказал:

Я думаю у нас набралось открытий почти на десятилетие, за этот двухнедельный период.

6 марта было объявлено, что зонд покинул Юпитер.

Вояджер-1 взял курс на Сатурн.

Сатурн. 12 ноября 1980 года Вояджер-1 достиг Сатурна, последней цели своей экспедиции. Сатурн в нашем сознании представляется планетой, окруженной множеством разнородных колец, Вояджер дополнил наши знания о них, открыв еще одно — кольцо F. У колец нашлась интересная особенность, они были волнистыми, такой эффект создавали спутники Сатурна: Прометей и Пандора.

Было обнаружено очень много атмосферных бурь, которые не были видны с земли. Но самое интересное, на мой взгляд, это полюса Сатурна. В них, скажем так, вписаны шестиугольники правильной формы. В каждом из шестиугольников бушуют бури разных размеров и мощности, но есть одна центральная, похожая на водоворот, правда без воды. Естественно ученые не могли понять, сей феномен. Спустя время выяснилось, что причиной такой странной геометрии были ветры, которые формировали такую устойчивую фигуру. Среди всех этих ураганов, температура на северном полюсе умудрилась подняться до +10°C. Хотя на верхних слоях атмосферы температура была равна -191°C.(Тут должны быть масонские мемы и теории). Снято «Кассини».

Так… Пройдемся по спутникам. Вояджер-1 посетил: Титан, Диону и Мимас.

Начнем с Титана. До миссии Вояджера считалось, что Титан самый большой спутник в солнечной системе, но после его изучения корона первенства отошла к Ганимеду. На Титане предполагается наличие метановых озер и рек. Зонд пролетел на расстоянии 6490 км от его поверхности, что позволило выяснить наличие на Титане плотной атмосферы.

Интересным спутником был Мимас. 400 км в диаметре, но у него есть одна особенность, а точнее кратер. Напоминающий нам один фильм…

Были получены детальные снимки Дионы и Энцелада, у последнего обнаружилась красивая, ледяная поверхность.

На этом красивом кадре мы расстаемся с Вояджером-1. После Сатурна, он резко изменил траекторию и полетел, скажем так, вверх и взял курс на выход из Солнечной системы.

Вояджер-1 внес неоценимый вклад в изучение Юпитера с Сатурном и их спутников. Количество информации, полученное с зондов, позволило запустить многие будущие миссии к ним. Но мы двигаемся дальше и возвращаемся ко второму зонду.

5. Полет Вояджера-2.

Зонд стартовал 20 августа 1977 года. Несмотря на то, что станция стартовала на 16 дней раньше своего близнеца, летела она медленнее и поэтому достигла Юпитера 9 июля 1979 года.

Вояджер обнаружил 3 новых спутника и еще одно кольцо у Юпитера, попутно сфотографировав Ио, на котором уже потух вулкан, снимаемый первым зондом.

Большой интерес для ученых представляла Европа, на которой, возможно, есть вода и жизнь. Вояджер запечатлел ледяной океан, прерываемый ледяными трещинами и извилинами. Зонд устремился к Сатурну.

Вояджер-2 прилетел к Сатурну 25 августа 1981 года. Сняв Сатурн в его естественных цветах, он перешел к изучению спутников. Зонд открыл 2 новых спутника: Пан и Паллена. Он посетил прекрасный спутник Энцелад и удостоил его звания самого холодного спутника Сатурна, температура на котором не превышала -198°C.

В это же время произошла первая неприятность. Платформу с научной аппаратурой заклинило, по всей видимости из-за микрочастиц из колец Сатурна, но все разрешилось с помощью перепрограммирования бортового компьютера. Эта неприятность не позволила сделать несколько снимков спутников Сатурна, но все же основная программа была выполнена.

Ну наконец мы летим к Урану и Нептуну.

Уран. Вояджер-2 совершил гравитационные маневры у Юпитера и Сатурна, благодаря этому он прибыл к Урану через 9 лет после старта, когда как полет без маневра занял бы 30 лет. После проблем с платформой шансы всей операции были оценены в 60-70%. Чтобы улучшить показатели передачи данных, были построены новые антенны на земле, выслан новый код сжатия данных на бортовой компьютер, а для экономии энергии, научные приборы включались поочередно.

За 6 дней до сближения с Ураном произошла еще одна неприятность. Снимки поступали на землю поврежденными, у зонда оказался дефектный бит, который имел значение 1 и не мог измениться. Благо за 2 дня все удалось починить и Вояджер-2 был готов передавать фотографии.

Максимальное сближение произошло 24 января 1986 года. При подлете к Урану ученым было известно о наличии у него 9 колец, 5 спутников и то, что планета наклонена на бок. После изучения всех данных, отправленных с Вояджера, было открыто 2 новых кольца и 11 новых спутников. Изучили длительность дня на планете, он составил 17 часов 12 минут. Удивительным оказалась температура, она равнялась -214°C, причем от полюсов до экватора она была абсолютно одинакова.

Были изучены и сфотографированы спутники Урана. Остановимся на Миранде. На этом 235 км спутнике остались следы активной геологии с одной стороны, а на другой части он плотно усеян кратерами. Причем Миранда неправильной формы.

За время исследования Урана было сделано около 6000 снимков планеты, его спутников и колец. Последнюю фотографию Урана зонд сделал уже после пролета планеты.

Мы покидаем Уран, делая гравитационный маневр в направлении Нептуна.

Нептун. На этой планете миссия Вояджера-2 должна была быть завершена. Путь до Нептуна от Урана составил 3.5 года, от земли 12 лет. Было решено провести зонд максимально близко к планете, в 5000 км от его поверхности, результат оказался стоящим. Максимальное сближение произошло 24 августа 1989 года.

Как мы видим на снимке, у Нептуна есть аналог БКП, названный довольно оригинально — Большое Темное Пятно (сократим до БТП). Правда, сей антициклон в два раза меньше Юпитерского, но он все равно больше нашей планеты и сила ветра в нем равна 2400 км/ч, для сравнения у БКП скорость вихря равна 500 км/ч.

Помимо этого была изучена атмосфера, в ней были обнаружены облака из азотного инея, полярные сияния, причем по всей планете, а не только на полюсах. Открыты 4 новых спутников и кольца. Изучен Тритон, довольно удивительный спутник с вулканической активностью, причем температура на нем равна -236°С, но извергаются вулканы c гейзерами азотом и метаном, а не магмой. Несмотря на разреженную атмосферу, на тритоне нашли тонкие облака, опять же из азотного инея.

После пролета Нептуна, Вояджер-2 по противоположной аналогии со своим близнецом, начал уходить вниз от прежней траектории полета. Все планы по миссии Вояджер были выполнены.

6. А что после Нептуна?

После удаления от Нептуна, началась консервация Вояджера-2. 10 октября и 5 декабря 1989 года были навсегда отключены камеры. В дальнейшем приборы отключались поэтапно, оставшиеся приборы были использованы для изучения космического пространства и связи с землей.

В это же время Вояджер-1 сделал «семейную фотографию» нашей системы, где были показаны все планеты кроме Меркурия и Марса т.к. свет от них был слишком слаб, чтобы увидеть их.

Речь Карла Сагана, посвященная второй фотографии:

Взгляните ещё раз на эту точку. Это здесь. Это наш дом. Это мы. Все, кого вы любите, все, кого вы знаете, все, о ком вы когда-либо слышали, все когда-либо существовавшие люди прожили свои жизни на ней. Множество наших наслаждений и страданий, тысячи самоуверенных религий, идеологий и экономических доктрин, каждый охотник и собиратель, каждый герой и трус, каждый созидатель и разрушитель цивилизаций, каждый король и крестьянин, каждая влюблённая пара, каждая мать и каждый отец, каждый способный ребёнок, изобретатель и путешественник, каждый преподаватель этики, каждый лживый политик, каждая «суперзвезда», каждый «величайший лидер», каждый святой и грешник в истории нашего вида жили здесь — на соринке, подвешенной в солнечном луче.

Земля — очень маленькая сцена на безбрежной космической арене. Подумайте о реках крови, пролитых всеми этими генералами и императорами, чтобы, в лучах славы и триумфа, они могли стать кратковременными хозяевами части песчинки. Подумайте о бесконечных жестокостях, совершаемых обитателями одного уголка этой точки над едва отличимыми обитателями другого уголка. О том, как часты меж ними разногласия, о том, как жаждут они убивать друг друга, о том, как горяча их ненависть.

Наше позёрство, наша воображаемая значимость, иллюзия о нашем привилегированном статусе во вселенной — все они пасуют перед этой точкой бледного света. Наша планета — лишь одинокая пылинка в окружающей космической тьме. В этой грандиозной пустоте нет ни намёка на то, что кто-то придёт нам на помощь, дабы спасти нас от нас же самих.

Земля — пока единственный известный мир, способный поддерживать жизнь. Нам больше некуда уйти — по крайней мере, в ближайшем будущем. Побывать — да. Поселиться — ещё нет. Нравится вам это или нет — Земля сейчас наш дом.

Говорят, астрономия прививает скромность и укрепляет характер. Наверное, нет лучшей демонстрации глупого человеческого зазнайства, чем эта отстранённая картина нашего крошечного мира. Мне кажется, она подчёркивает нашу ответственность, наш долг быть добрее друг к другу, хранить и лелеять бледно-голубую точку — наш единственный дом.

После этих последних кадров, камеры были окончательно отключены. Полное обесточивание зондов произойдет в период между 2025-2030. Ниже приведу список событий, которые произошли после отдаления от Нептуна (взял из этой статьи):

• 17 февраля 1998 года Вояджер-1 стал самым далёким рукотворным объектом, обойдя Пионер-10.
• В феврале 2002 года Вояджер-1 вошёл в ударную волну гелиосферы Солнца, а 16 декабря 2004 года — пересёк её впервые среди созданных человеком аппаратов. 30 августа 2007 её пересёк и его собрат, а 6 сентября на Вояджере-2 было отключено записывающее устройство.
• 13 августа 2012 года Вояджер-2 побил рекорд продолжительности работы аппарата в космосе. Это был рекорд Пионера-6, который проработал в космосе 12 758 дней — хотя возможно он до сих пор работоспособен (с ним не пытались связаться с 8 декабря 2000 года).
• 22 апреля 2010 года на Вояджере-2 обнаружились проблемы с научными данными. У зонда бит памяти оказался поврежденным. 23 мая ПО было переписано с таким расчётом, чтобы этот бит никогда не использовался.
• 25 августа 2012 года Вояджер-1 пересёк гелиопаузу (подтверждения этому были получены 9 апреля 2013), и оказался в межзвёздной среде. Вояджер-2 должен вскоре последовать за собратом и к этому рубежу.

Есть еще сайт, посвященный Вояджерам, на нем ежесекундно обновляются данные зондов.

Так же приведу список событий, которые должны произойти в далеком будущем (взял от сюда):

• 2020-30 г. «Вояджер-2» следом за «Вояджер-1» пройдет через границы гелиопаузы и выйдет в межзвёздное пространство (по некоторым данным уже вышел, пока спорно). Здесь мощности передатчика уже не хватит для передачи данных на Землю и «Вояджер-2» навсегда потеряет связь с человечеством.
• ~2300-е г. «Вояджер-2» перестанет испытывать силы гравитации Солнца, и окончательно покинет пределы Солнечной системы.
• ~4000-е г. «Вояджер-2» пройдет первое межзвёздное газовое облако, окружающее Солнечную систему (всего таких межзвёздных облаков, по данным телескопа «Хаббл» три).
• 8 571 г. «Вояджер-2» будет в 4 световых годах от Звезды Барнарда.
• 20 319 г. «Вояджер-2» пролетит в 3,5 световых лет от звезды Проксима Центавра.
• ~42 000 г. «Вояджер-1» пройдет в 1,6 светового года (15 трлн км) от звезды AC+79 3888 созвездия Жирафа и будет находиться на расстоянии в 1 парсек (31 триллион км) от Солнечной системы. Другой аппарат «Вояджер-2» пройдет в 1,7 светового года (15 трлн км) от звезды Росс-248 (одиночная звезда в созвездии Андромеды, находится на расстоянии около 10,3 св. лет от Солнца.) и будет находиться на расстоянии в 1 парсек (31 триллион км) от Солнечной системы.
• ~90 000-е г. «Вояджер-2» пройдет второе межзвёздное газовое облако и попадёт в третье (все три межзвёздные структуры отличаются по химическому составу и содержащих их элементов, что говорит об уникальности их образования и дальнейшей эволюции).
• 296 036 г. «Вояджер-2» пройдет Сириус на расстоянии 4,3 световых года.
• Спустя 1 млн. лет «Вояджер-2» будет находиться на расстоянии 47,4 световых лет от Солнца. Интересно, что периодически в определенное время земного года «Вояджер» в расстоянии сближается с Землей, это связанно с оборотом Земли вокруг Солнца и тем, что скорость движения Земли быстрее скорости самого космического аппарата.

7. Итог.

Миссия «Вояджер» внесла неоценимый вклад в науку и понимание космоса. Вояджеры навсегда останутся аппаратами, открывшими нам широчайшее представление о внешней Солнечной системе и Вселенной .

P.S. Я не умею писать красивые итоги.

Думаю на этой красивой, и в то же время печальной ноте, я заканчиваю свою статью. Надеюсь она тебе понравилась, ну и на этом все, мой дорогой читатель. Ариведерчи!

Кинуть рублик на Сбербанк: 4817 7602 4580 4905.

Если хочешь больше таких статьей, то загляни в наш паблик Стройка века, там не только космос, но и многое другое: экономика, политика, география, история и прочая, и прочая, и прочая… А еще мы есть в Дзене!

Помимо этого, предлагаю к просмотру статьи моих коллегов по цеху.

«Случайности неслучайны. История двух катастроф» для любителей авиакатастроф.

Прекрасный пост про безопасность в атомной энергетике сегодня сделал Николай Вододохов.