Вояджер-1

Вояджер-1
«Вояджер-1»
Заказчик	НАСА
Производитель	Лаборатория реактивного движения
Задачи	исследование Сатурна, Юпитера, пояса Койпера, границ гелиосферы
Пролёт	Сатурн, Юпитер
Стартовая площадка	Мыс Канаверал, SLC-41
Ракета-носитель	Titan IIIE
Запуск	5 сентября 1977, 12:56:00 по UTC
Длительность полёта	в полёте 47 лет 23 дня
NSSDCA ID	1977-084A
SCN	10321
Технические характеристики
Масса	721,9 кг
Мощность	420 Вт
Источники питания	3 РИТЭГа
voyager.jpl.nasa.gov

«Вояджер-1» (англ. Voyager-1; буквально ─ «Странник») — американский космический зонд созданный в рамках космической программы «Вояджер» NASA и запущенный 5 сентября 1977 года для исследования Солнечной системы, в том числе Сатурна, Юпитера, пояса Койпера и границ гелиосферы.

«Вояджер-1» стал первым космическим зондом, который сделал детальные снимки спутников планет Солнечной системы. В 1998 году «Вояджер-1» является самым удаленным от Земли искусственным объектом, созданным человеком а с 2002 года он стал первым из космических аппаратов покинувших пределы Солнечной системы и вышедшим за её пределы. Его местоположение в режиме реального времени доступно на сайте NASA.

История проекта

Создание аппарата

Вулкан на Ио, впервые обнаруженный «Вояджером-1» (фото 4 марта 1979 года с расстояния 490 тыс. км)

Проект NASA «Вояджер-1» был утверждён в мае 1972 года, по изучению дальних планет Солнечной системы. Среднее расстояние до ближайшей из них, Юпитера составляло семьсот семьдесят восемь миллионов километровОбщая стоимость проекта составила 865 миллионов долларов. 5 сентября 1977 года NASA запустило в космос автоматическую межпланетную станцию ​«Вояджер-1» весом семьсот двадцать три килограмма. Однако ещё 20 августа 1977 года был запущен второй аппарат космической программы «Вояджер», который по своей массе был идентичен первому. 10 марта 1982 года NASA решило воспользоваться редким астрономическим явлением — полным парадом планет и направило второй аппарат к Урану и Нептуну. «Вояджер» является первым и единственным аппаратом, достигшим Урана в январе 1986 года и Нептуна в августе 1989 года. Изначально станция предназначалась для исследования Юпитера и Сатурна, а также их крупных спутников. «Вояджер-1» стал первым аппаратом, который сделал детальные снимки спутников этих планет. Максимальное сближение станции с Юпитером состоялось 6 июня 1979 года.

Для осуществления этой миссии корабли были построены с расчетом на пять лет работы. Но в процессе полета, когда планируемые цели были достигнуты, выяснилось, что возможен пролет вблизи еще двух далеких планет-гигантов — Урана и Нептуна. Летом 1989 года «Вояджер-1» стал первым космическим аппаратом, исследовавшим данную планету. «Вояджер-1» и «Вояджер-2» были высокоавтономными роботами, оснащёнными самыми передовыми на тот момент научными приборами — телевизионными камерами, спектрометрами, магнитометрами, детекторами плазмы, заряженных частиц и космических лучей. Техника была тщательно отлажена. Инженеры предложили установить на «Вояджеры» радиоизотопные термоэлектрические генераторы, по три штуки на каждый. Топливом для них стал плутоний-238. Автоматические станции «Вояджер» обнаружили новые спутники у дальних планет Солнечной системы: три — у Юпитера, четыре — у Сатурна, одиннадцать — у Урана, шесть — у Нептуна. Аппарат впервые запечатлел извержение вулкана на Ио и обнаружил высокое содержание гелия в верхних слоях атмосферы Сатурна. В общей сложности с космических аппаратов было передано на Землю шестьсот двадцать пять гигабайт данных.

Цена проекта, включая запуск, управление полётом и ядерные батареи, поставленные министерством энергетики США составила 865 миллионов долларов. Дополнительные 30 миллионов были выделены на Межзвездную миссию — продолжение полёта за пределы Солнечной системы. В 1990 году программа полета "близнецов" получила название «Межзвездная миссия Вояджеров». Была поставлена задача расширения исследований НАСА в Солнечной системе за пределы окрестности внешних планет, на внешних границах сферы влияния Солнца и за его пределами. Расширенная миссия продолжила изучение внешней среды солнечной системы и была нацелена достичь гелиопазы — условной границы Солнечной системы.

Характеристика аппарата

Космические аппараты серии «Вояджер» были построены в Лаборатории реактивного движения при Калифорнийском технологическом институте и научно-исследовательском центре NASA. Они идентичны друг другу и первоначально были рассчитаны на пять лет работы в космосе.

Масса аппарата при старте составляла 800 кг, масса полезной нагрузки — 86 кг. Основной блок — десятигранник диаметром — 2,5 м. Корпус аппарата — десятигранная призма с центральным проёмом. На корпусе смонтирован отражатель направленной антенны диаметром 4 метра. Электропитание обеспечивают три вынесенных на штанге радиоизотопных термоэлектрических генератора, использующих плутоний-238 в виде окиси (в силу удалённости от Солнца солнечные батареи были бы бесполезны). На момент старта общее тепловыделение генераторов составляло около 7 киловатт, их кремний-германиевые термопары обеспечивали 470 ватт электрической мощности. По мере распада плутония-238 (его период полураспада составляет 87,7 года) и деградации термопар мощность термоэлектрических генераторов падает. На 28.09.2024 остаток плутония-238 равен 68,9 % от начального, к 2025 году тепловыделение упадёт до 68,8 % от начального. Кроме штанги электрогенераторов, к корпусу прикреплены ещё две: штанга с научными приборами и отдельная штанга магнитометра.

На борту каждого из аппаратов размещено десять различных научных инструментов. Большинство приборов вынесено на специальной штанге, часть из них установлена на поворотную платформу. Управление «Вояджером» осуществляют три компьютерные системы. Эти системы можно перепрограммировать с Земли, что позволяло менять научную программу и обходить возникающие неисправности. Основную роль играет командная компьютерная подсистема, содержащая два независимых блока оперативной памяти по 4096 машинных слов и два процессора, которые могут работать как дублируя друг друга, так и независимо. Ёмкость запоминающего устройства на основе магнитной ленты — около 536 мегабит (до 100 изображений от телевизионных камер). В системе трёхосной ориентации используются два датчика Солнца, датчик звезды Канопус, инерциальный измерительный блок, а также 16 реактивных микродвигателей. В системе коррекции траектории используются четыре таких микродвигателя. Они рассчитаны на восемь коррекций при общем приращении скорости 200 м/с.

На борту каждого из аппаратов имеется две антенны — направленная и ненаправленная. Обе антенны работают на частоте 2113 МГц на приём и 2295 МГц на передачу S-диапазона, а направленная антенна — ещё и 8415 МГц на передачу X-диапазона. Мощность излучения — 28 Вт в S-диапазоне, 23 Вт в X-диапазоне. Радиосистема «Вояджера» передавала поток информации со скоростью 115,2 кбит/с от Юпитера и 45 кбит/с — от Сатурна. На определённом этапе миссии была реализована схема сжатия изображений, для чего был перепрограммирован бортовой компьютер. Также был задействован имевшийся на «Вояджере» экспериментальный кодировщик данных: схема коррекции ошибок в принимаемых и передаваемых данных была изменена с двоичного кода Голея на код Рида — Соломона, что сократило количество ошибок в двести раз.

Запуск и полёт

Запуск, 1977

Анимация "Вояджера-1" вокруг земли

Крошечная точка посередине коричневатой полосы справа — Земля с расстояния 6 миллиардов километров

Скорости и расстояния от Солнца Вояджеров 1 и 2

«Вояджер-1» был запущен 5 сентября 1977 года с базы ВВС США на мысе Канаверал ракетой-носителем Titan с разгонным блоком Centaur. Перед ним 20 августа 1977 года стартовал «Вояджер-2». 19 декабря 1977 года за счёт дополнительного гравитационного маневра «Вояджер-1» обогнал «Вояджер-2». [[6 июня 1979 года состоялось максимальное сближение с Юпитером (348,9 тысяч километров), тогда же аппарат пролетел в 20,6 тысяч километров от спутника Ио, после чего ему удалось сфотографировать в деталях спутники Европу и Ганимед.

12 ноября 1980 года аппарат максимально сблизился с Сатурном и пролетел мимо него на высоте 124 тысяч километров. В тот же день «Вояджер-1» оказался на самом близком расстоянии от спутника Титана (6,5 тысяч километров). Они впервые передали качественные и детальные снимки этих планет и их спутников. Аппараты оставались в хорошем состоянии, и NASA решило направить «Вояджер-2» к Урану и Нептуну. Он стал первым космическим аппаратом, посетившим окрестности седьмой и восьмой планет Солнечной системы. «Pale Blue Dot» (с англ. — «бледно-голубая точка») — одна из самых знаменитых фотографий, сделанная аппаратом «Вояджер-1» в 1990 году. На снимке Земля сфотографирована с расстояния в шесть миллиардов километров. В общей сложности с космических аппаратов было передано на Землю 625 гбайт данных.

«Вояджер-2» прошел в 4950 километров над северным полюсом Нептуна. Он обследовал его старые луны Тритон и Нереиду и добавил к списку его спутников еще шесть — диаметром от 400 до 50 километров. Он заметил также, что Нептун окружен тройкой совсем разреженных колец, и зафиксировал на Тритоне мощные газовые гейзеры высотой в несколько километров. 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 двенадцать лет и более. В результате были исследованы все планеты-гиганты Солнечной системы, сорок восемь их спутников, системы их колец, их магнитные поля.

5 ноября 2003 года «Вояджер-1» находился уже на расстоянии 13,5 миллиарда километров от Солнца, продолжая осуществлять измерения параметров так называемого "солнечного ветра" на столь большом удалении от его источника. 22 апреля 2010 года «Вояджер-2» начал испытывать проблемы с передачей научной информации: из-за сбоя ученые не могли расшифровать данные. Аппарат перевели в режим, в котором он стал передавать информацию только о своём состоянии. Дальнейшая диагностика показала, что источник проблем находился в одной из ячеек памяти бортового компьютера: значение в ячейке изменилось с нуля на единицу. Команда инженеров проекта отправила на аппарат команды перезагрузки, и после подтверждения нормальной работы бортового компьютера «Вояджер-2» переключили в обычный режим. В декабре 2011 года зонд «Вояджер-1» проник в новую, ранее неизвестную область в пограничной зоне между нашей планетной системой и межзвездным пространством. Данные, полученные с Вояджера, свидетельствовали о том, что эта область представляет собой своего рода космическое чистилище: здесь поток исходящих от Солнца заряженных частиц успокаивается, магнитное поле Солнечной системы нарастает, и частицы высоких энергий готовятся утечь в межзвездное пространство.

В августе 2012 года «Вояджер-1» первым из космических аппаратов покинул пределы Солнечной системы. Он опередил не только «Вояджер-2», но и запущенные ранее космические зонды Пионер-10 (1972) и Пионер-11 (1973), которые также направляются в межзвездное пространство. 4 декабря 2012 года «Вояджер-1» вошёл в новый регион — магнитную "скоростную автотрассу" для заряженных частиц на окраине Солнечной системы, за которой находится межзвездная среда. Данные о магнитном поле, полученные аппаратом указывали, что магнитное поле усилилось, но направление магнитных силовых линий не изменилось. 20 марта 2013 года «Вояджер-1», пересек границу гелиосферы и стал первым в истории искусственным объектом, покинувшим Солнечную систему. Миссия «Вояджер», находится на ночном небе созвездия Змееносца, крупное созвездие к югу от Геркулеса и к северу от Стрельца и Скорпиона. Движется со скоростью почти 17 км/с в районе звезды альфа Змееносца. Его "близнец" находится в созвездии Павлина, которое не видно в нашем Северном полушарии.

«Вояджер-1» продолжает ставить рекорды. В августе 2021 года аппарат превысил расстояние в 23 миллиарда километров от Солнца. Дальше не залетал ни один объект, созданный руками человека. Всякий раз, когда он отправляет на Землю очередной сигнал, он делает это с самого дальнего расстояния и тем самым увеличивает собственный рекорд. За сорок лет полёта аппарат отдалился от Земли почти на двадцать миллиардов километров и стал самым дальним искусственным объектом.

Послание иным цивилизациям

Позолоченный диск, закреплённый на корпусе «Вояджера»

Как космические зонды Пионер-10 и Пионер-11, космические аппараты «Вояджер» несут на своем борту послания иным мирам. Они записаны на позолоченные медные пластинки, помещённые в защитные футляры. Послания содержат указание местонахождения Солнечной системы и Земли, приветствия на пятидесяти пяти языках, а также 115 изображений (в области математики, физики, химии, астрономии, анатомии человека, жизни людей) и аудиозаписи (различные звуки нашей планеты: шум ветра, пение птиц, звук движущегося поезда; отрывки из музыкальных произведений Баха, Моцарта, Бетховена). Для их воспроизведения прилагается устройство. Из-за бюрократических проволочек у автора идеи астронома Карла Сагана и его коллег не вышло записать на "золотые диски" голоса делегатов разных стран в ООН, поэтому с инопланетянами разговаривают преподаватели иностранных языков Корнелльского университета

Дальнейшая судьба аппаратов

В настоящее время космические аппараты движутся в разные стороны от Солнца: «Вояджер-1» — в сторону созвездия Жирафа, «Вояджер-2» — созвездия Андромеды. Конкретной цели ни у одного из этих аппаратов нет, они не приблизится ни к одной из звезд галактики на расстояние ближе одного светового года. С аппаратами до сих пор поддерживается связь, часть их научных приборов продолжает работать. По расчетам учёных, запасы топлива позволят аппаратам оставаться работоспособными ещё на протяжении десяти лет. Затем связь с Землей будет навсегда потеряна.

Литература

• Voyager 1, Encounter with Jupiter (англ.). — NASA, 1979. — 42 p.
• Voyager Backgrounder (NASA News Release 80-160) (англ.). — NASA, 1980. — 42 p.

Ссылки

• Экспедиция Voyager 1. Досье (неопр.). ТАСС. Дата обращения: 16 сентября 2024.
• Высокий полет: лучшие снимки с космического аппарата «Вояджер» (неопр.). РБК. Дата обращения: 16 сентября 2024.
• Программа космических исследований Вояджер (неопр.). РИА Новости. Дата обращения: 16 сентября 2024.
• Грандиозное путешествие «Вояджера». Зонд присылает «странные» сигналы (неопр.). Аргументы и факты. Дата обращения: 16 сентября 2024.