Вояджер + Вояджер-1

Пользуясь уникальным парадом планет-гигантов (случающимся раз в 175 лет), аппаратам Вояджер-1 и Вояджер-2 удалось перевернуть наше представление о Солнечной системе и сделать столько открытий, сколько не удалось сделать ни одному аппарату — ни до, ни после них. На их счету числятся — обнаружение первой молнии и первого вулкана за пределами Земли, обнаружение первого криовулкана и единственного объекта Солнечной системы (не считая Земли), на поверхности которого могут существовать жидкие моря, открытие новых спутников у Юпитера (3), Сатурна (4), Урана (11), Нептуна (6), определение рекордсменов Солнечной системы по силе магнитного поля, скорости ветров, альбедо поверхности, массе среди спутников, открытие границ ударной волны и гелиопаузы у гелиосферы.

Конструкция АМС

Сейчас возможности аппаратов могут вызвать разве что улыбку, но на момент своего создания они были вершиной инженерной мысли — в них впервые стали обширно применяться средства защиты от радиации и электростатических разрядов, у них впервые появилась система автоматической защиты от сбоев, программируемая электроника в системе ориентации, они стали первым "космическим" применением кодов Рида-Соломона и технологии объединения отдельных радиоантенн в массивы. Каждый аппарат содержит около 65 тыс. деталей, а компьютеры внутри аппаратов — около 5 млн. электронных компонентов. На постройку двух Вояджеров ушло 5 лет работы, около 1,5 тыс. инженеров и около 200 млн. $.

По части средств связи аппараты всегда были на переднем крае — именно для них были модернизированы радиоантенны сети дальней космической связи NASA (далее DSN), которыми сейчас пользуются во всех научных проектах NASA за пределами земной орбиты. По сути они стали "крёстными отцами" большинства проектов АМС (автоматических межпланетных станций) для исследования объектов за пределами пояса астероидов, причём как в части средств связи, так и в части научного обоснования будущих проектов.

Система Связи

Так как разработчики изначально рассчитывали, что их аппараты должны достичь дальних границ Солнечной системы, то антенны занимают ключевое место в аппаратах — их диаметр составляет 3,66 м, а сами они состоят из алюминиевого ядра, покрытого смесью графита и эпоксидной смолы.

Команды с Земли подаются в S-радиодиапазоне на один из двух дублированных приёмников, а для отправки данных на Землю дополнительно используются передатчики X-диапазона. Один S-передатчик и оба X-передатчика в качестве усилителей используют лампы бегущей волны. Мощность усилителей составляет 9,4 и 21,3 Вт соответственно, при этом единовременно может работать только один из приёмников или передатчиков.

Изначально система связи была рассчитана на скорость передачи 115,2 кбит/с у Юпитера и 44,8 кбит/с у Сатурна с вероятностью битовых ошибок 5×10‾³ (что обеспечивалось кодами Рида-Соломона). У Урана и Нептуна скорость связи упала ещё и для передачи изображений потребовалось их сжатие, ошибки при передаче данных стали ещё критичнее и из-за этого поверх Рида-Соломона добавили ещё свёрточные коды (это снижало вероятность битовых ошибок до 10‾⁶ при небольшом увеличении вычислительной сложности).

Источник Энергии

Состоял из трёх РИТЭГов MHW (подобные использовались только на спутниках LES 8/9), имеющих 40,6 см в диаметре при длине в 51 см. Вес каждого из них составлял 37,7 кг (включая около 4,5 кг плутония-238), а мощность — больше 156 Вт на старте (при около 2,4 кВт тепловых).

Система Ориентации

Включает в себя 16 однокомпонентных двигателей ориентации (работающих на разложении гидразина) с тягой всего в 85 грамм каждый, 3 гироскопа (чувствительностью в 0,0001°), датчики Канопуса и Солнца (в отверстии антенны).

Компьютер

Представляет из себя три раздельных, дублированных вычислительных машины. Первая из них (CCS) выполняла командную роль и следила за состоянием аппаратов (она была идентичной применяемых в программе "Викинг"), вторая — Flight Data System (FDS), выполняла задачи формирования и передачи телеметрии (она была разработана специально для аппаратов), а третья — Attitude and Articulation Control System (AACS), управляла системой ориентации и платформой с научными приборами.

"640 килобайт хватит всем" — подумали разработчики и сделали оперативную память аппаратов состоящей из 4 тыс. 18-битных слов (примерно 69,63 Кбайт). Задающий генератор процессора работает на частоте 4 МГц, но тактовая частота самого процессора составляет только 250 кГц, при этом он может выполнять только 8 тыс. операций в секунду. В момент запуска аппаратов из доступных 4 тыс. слов свободными оставались только два, но при пролёте Урана и Нептуна ситуация ещё более усугубилась, так как в этот объём потребовалось впихнуть ещё код для исправления неровностей вращения платформы Вояджера-2.

Записывающее Устройство

Представляет из себя магнитофон с ременным приводом и магнитной 8-полосной лентой шириной 12,7 мм и длиной 328 м. Общий объём памяти составляет 536 млн. бит (≈ 63,9 Мбайт), этого достаточно для записи 100 фотографий с телевизионных камер. Скорость записи — 115,2 или 7,2 кбит/с, чтения — 57,6 или 33,6 или 21,6 или 7,2 кбит/с.

Программное Обеспечение

Хранится в перезаписываемой памяти, возможностью перезаписи пользовались множество раз — как для улучшения характеристик, так и для исправления сбоев. Изначально весь код для аппаратов писался на Фортран, часть из него на данный момент перенесена на Си. Аппараты имеют 7 подпрограмм, ответственных за исправление возможных сбоев. После пролёта Нептуна в 1990 году код был переписан так, чтобы аппараты продолжали передавать данные обратно, даже если они не смогут принимать команды с Земли.

Научное Оборудование

Включало в себя 11 инструментов весом в 105 кг, большинство из которых размещались на платформе длиной 2,3 м, с противоположной от РИТЭГа стороне (для защиты от его излучения). Полный вес вращающейся платформы составляет 103 кг, а точность её позиционирования — выше 0,1°.

На аппаратах размещаются —

— 2 Телекамеры — разрешение 800 строк, используются видиконы с памятью (считывание одного кадра требует 48 с.) — широкоугольная (поле 3°, фокусное расстояние 200 мм.) — узкоугольная (поле 0,4°, фокусное расстояние 500 мм.)

— Спектрометры — Инфракрасный (диапазон 4 — 50 мкм.) — Ультрафиолетовый (диапазон 50 — 170 нм.)

— Фотополяриметр — Детектор плазмы — Детектор заряженных частиц (низких энергий) — Детектор космических лучей — Магнитометры — Приёмник плазменных волн — Радиоприёмник, которым были сделаны "Симфонии Планет".

Золотые Пластинки

Представляют собой позолоченные пластинки, аналогичные патефонным, упакованные в алюминиевый футляр. На них записаны композиции Бетховена, Моцарта, Стравинского и слепого Вилли Джонсона, 116 изображений Земли, людей и животных, записи звуков ветра, грома, пение некоторых птиц и животных, записи приветствия на 55 языках, обращение Джимми Картера (являвшегося президентом США в тот момент), а также положение нашей Солнечной системы относительно 14 пульсаров. На обратной стороне нанесена инструкция о том, как данные записи можно прослушать.

Запуск … и первые проблемы

Запуск Вояджеров требовал использования самой мощной из существовавших на тот момент у NASA ракет — пятиступенчатой 633-тонной ракеты-носителя Titan IIIE, работавшей на 4-х различных компонентах топлива. Ускоритель и второй разгонный блок являлись твердотопливными (но с разным составом), первая и вторая ступени — заправлялись аэрозином и тетраоксидом диазота, а роль третьей ступени исполнял кислород-водородный разгонный блок "Центавр".

Мало кому известно, что вся миссия могла завершиться огромным фиаско ещё в первый месяц — при старте Вояджера-2 первые 4 ступени отработали превосходно, ракета-носитель по плану проработала 468 секунд, включившийся спустя 4 секунды после отделения от неё "Центавр" проработал 101 секунду и перевёл аппарат на парковочную орбиту. Спустя 43 минуты он включился вновь и проработав 339 секунд, перевёл твёрдотопливный разгонный блок Star-37E с Вояджером-2 на отлётную траекторию. Далее в работу вступил бортовой компьютер Вояджера-2, включивший разгонный блок, который проработал 89 секунд и вывел аппарат на траекторию встречи с Юпитером.

Но разделение Вояджера-2 и Star-37E с последующим раскрытием штанг аппарата прошло не так гладко, как хотелось бы — сразу после этих манипуляций аппарат начал вращаться, а через 16 секунд после разделения — основной AACS и вовсе отказался работать (так как оба CCS передали ему одновременно команду на подготовку двигателей ориентации). Это в итоге и спасло аппарат — так как у второго AACS не было сведений от гироскопов, то он начал ориентацию с нуля. Ориентацию таки удалось осуществить, но это заняло 3,5 часа, да и проблемы на этом не завершились — данные приборов говорили, что одна из штанг оказалась раскрыта не до конца. Было принято решение подтолкнуть штангу (чтобы она встала на замки), используя для этого разворот аппарата двигателями ориентации совместно с отстрелом крышки спектрометра IRIS, но компьютер Вояджер-2 отменил эту команду, посчитав её опасной. К 1 сентября всё таки удалось установить, что штанга на самом деле находится на месте и провести после стартовые проверки, так что у команды Вояджеров появилось несколько дней передышки между переведением Вояджера-2 в спящий режим и стартом Вояджера-1.

При старте Вояджера-1, наоборот — разделение и работа разгонных блоков были безукоризненны, а вот утечка окислителя на второй ступени Titan IIIE привела к тому, что она отключилась раньше положенного и ракета-носитель недодала "Центавру" целых 165,8 м/с. Компьютер разгонного блока определил неисправность и продлил время работы при выходе на парковочную орбиту, но на второе включение топлива разгонному блоку хватило впритык. На момент отключения двигателей в "Центавре" оставалось топлива всего на 3,4 секунды работы. Если бы на этой ракете летел Вояджер-2 — разгонный блок бы отключился, не набрав необходимой скорости (при отлёте от Земли скорость Вояджера-2 должна была составлять 15,2 км/с, в то время как скорость Вояджера-1 — только 15,1 км/с).

10 декабря оба аппарата вошли в пояс астероидов, а спустя 9 дней (ещё внутри его) Вояджер-1 обогнал Вояджер-2 на пути к их первой общей цели (за счёт более пологой траектории полёта).

23 февраля 1978 года поворотную платформу Вояджера-1 заклинило в одном положении. 17 марта её удалось побороть при помощи аккуратных движений платформы вперёд-назад.

Летом 1978 года Вояджеру-2 несколько раз забывали передавать проверочный сигнал и спустя неделю (когда счётчик подошёл к концу) — аппарат посчитал первичный передатчик вышедшим из строя и перешёл на запасной. Заметив это, операторы передали аппарату команду на переключение на основной передатчик, но аппарат и вовсе замолчал — в ходе переключений передатчиков произошло короткое замыкание, оба предохранителя на основном передатчике вышли из строя. Второму передатчику повезло немногим больше — на нём вышел из строя сопрягающий конденсатор (отвечавший за подстройку частоты), но сам он остался работоспособен.

С этого момента для связи с Вояджером-2 приходится точно рассчитывать частоту передачи сигнала — нужно учитывать скорость движения аппарата, движение Земли вокруг Солнца, и даже температуру самого приёмного устройства внутри аппарата (так как её неучтённое изменение всего на 0,25°C приводит к тому, что связь с аппаратом пропадает).

Сближение с Юпитером

Задержка сигнала при связи аппаратов при пролёте Юпитера уже должна была составлять 38 минут, так что подготовить всё надо было заранее — если бы учёные ошиблись бы на какие-то доли градуса в положении камер, то аппарат снял бы бескрайний космос вместо Юпитера и его спутников. Так что обновление софта для повышения резкости изображения было загружено в аппараты ещё в конце августа 1978 года, а программа полёта аппаратов составлялась за несколько дней заранее.

Когда Вояджер-1 начал делать первые снимки Юпитера 6 января 1979 (с интервалом в 2 часа), то их разрешение сразу превысило разрешение всех доступных фотографий Юпитера на тот момент. С 30 января аппарат перешёл на фотографирование с интервалом в 96 секунд, а 3 февраля стал делать мозаичные снимки 2×2 (размер Юпитера стал больше разрешения камеры). С 21 февраля он перешёл на мозаику 3×3, а максимальное сближение с Юпитером произошло 5 марта.

Кромке снимков Юпитера Вояджер-1 делал снимки его колец и спутников, среди которых наблюдалось удивительное разнообразие поверхностей. С 27 февраля начались ежедневные пресс конференции JPL, представляющие новые открытия прессе. Они закончились только 6 марта после официального объявления о том, что Вояджер-1 пролетел Юпитер.

"Я думаю у нас набралось открытий почти на десятилетие за этот двухнедельный период" — Эдвард Стоун на последней конференции.

Вскоре выяснилось, что это было ещё не всё. Улетая из системы Вояджер-1 сделал снимок Ио с расстояния 4,5 млн. км., на котором открылось то, что поначалу было отброшено фильтрами постобработки как бесполезный шум — Линде Морабито удалось обнаружить облака на снимках пепла, поднимающиеся на высоту в целых 260 км, что явным образом свидетельствовало об вулканической активности (при этом другое извержение видно на терминаторе, чуть ниже середины фотографии). Таким образом был выявлен виновник столь огромной активности радиационных поясов Юпитера — им оказался Ио.

Вояджер-2 максимально сблизился с Юпитером 9 июля. И хоть самое "вкусное" досталось его собрату, а операторы провели его на в 2 раза большем расстоянии от планеты, но второй аппарат не остался без открытий — он обнаружил 3 новых спутника и новое кольцо у Юпитера. По снимкам Ио (с расстояния 1 млн. км.) удалось установить, что поверхность спутника поменялась — вулканы Ио продолжали быть активны в промежутке между пролётами Вояджеров. Снимки Европы (с расстояния 206 тыс. км) показали удивительно гладкую поверхность льда, нарушаемую лишь в некоторых местах трещинами. В общей сложности аппараты получили почти 19 тыс. снимков Юпитера, его колец и спутников.

Снимки Европы, сделанные Вояджером-1 заинтересовали учёных, и камеры второго аппарата направили подробнее рассмотреть её поверхность. Но данных на тот момент не хватило, чтобы подтвердить наличие у Европы подповерхностного океана, и в том числе эту теорию в последствии отправился подтверждать космический аппарат "Галилео".

Сближение с Сатурном

Сатурн оказался весьма холодной, но неспокойной планетой — температура верхних слоёв его атмосферы составляла -191°C и только у северного полюса она поднималась до +10°C, а бушевавшие там ветра достигали 1800 км/ч в области экватора. Снимки Вояджера-1 показали, что орбита Энцелада проходит по наиболее плотным областям разреженного кольца Е Сатурна.

Но самым удивительным объектом в системе оказался Мимас — 396-километровый в диаметре спутник удивительным образом напоминал своим 100-километровым кратером Звезду смерти из "Звёздных войн" (V эпизод вышел всего за полгода до пролёта аппаратом Сатурна):

Последней целью Вояджера-1 стал Титан, считавшийся крупнейшим спутником в Солнечной системе (на тот момент). Пролёт аппарата всего в 6 490 километрах от его поверхности выдал практически сенсационные новости — уточнённые оценки его массы гласили, что корону самого крупного спутника Солнечной системы придётся отдать Ганимеду. Но ещё большим сюрпризом оказалась атмосфера Титана — она наоборот оказалась плотнее расчётной, а вместе с оценками её состава и температуры это означало, что на его поверхности могли существовать озёра и моря из жидких углеводородов.

После Сатурна пути аппаратов разошлись — сближение с Титаном далось Вояджеру-1 большой ценой, он вышел из плоскости эклиптики и уже не мог продолжить исследования планет. К счастью Вояджер-1 исполнил свою роль на "отлично", так что перенаправлять Вояджер-2 на встречу с Титаном не потребовалось, и он отправился (уже в одиночестве) в продолжение "Большого тура".

Пролёт 26 августа 1981 года Вояджера-2 мимо Сатурна тоже не остался без открытий — оказалось, что поверхность Энцелада весьма ровная и почти не содержит кратеров (а значит она является весьма молодой). Ровная поверхность льда обеспечивала ему место рекордсмена Солнечной системы по альбедо (1,38), это же обеспечивало и звание самого "холодного" спутника Сатурна — температура там не поднималась выше -198°C даже в полдень.

При близкой съёмке кольца Сатурна распались на мириады маленьких колец. Их было так много, что руководитель группы визуализации Брэдфорд Смит в ходе ежедневной пресс-конференции бросил их считать и предложил репортёрам сделать это самим.

Уран, Нептун и далее

Для целей ускорения связи с Вояджером-2 у Урана — 64-метровую и две 26-метровых тарелки сети DSN связали в единую сеть. Это было сделано впервые, ради ускорения передачи данных. Так как камеры аппарата должны были успеть сделать тысячи снимков системы Урана, а памяти аппарата хватало только на сотню из них, то система связи оказалась узким местом.

До встречи 24 января 1986 года Вояджера-2 с Ураном практически всё, что было о нём известно — это то, что он вращается "на боку", имеет 9 колец и 5 спутников (даже период его обращения был неизвестен). В ходе пролёта аппарата число спутников разом увеличилось в трое, а к кольцам прибавилось два новых, при этом они сами оказались отличны от таковых же у Юпитера и Сатурна — данные говорили о том, что они моложе планеты и, видимо, сформировались в результате разрушения спутников приливными силами.

Длительность уранианского дня составляла 17 часов и 12 минут, а климат оказался совсем не жарким — средняя температура в атмосфере составляла -214°C и удивительным образом выдерживалась практически точно на всей поверхности, от экватора до полюсов. Но самым удивительным открытием стало то, что Уран имеет магнитное поле в 60 раз большее чем у Земли, которое отстоит от центра планеты примерно на треть радиуса и отклонено от оси вращения аж на 60° (для Земли этот показатель составляет только 10°). Такое странное поведение ранее не фиксировалось ни у одного тела в Солнечной системе.

Для связи с пролетающим 25 августа 1989 года мимо Нептуна Вояджером-2 уже и этих ухищрений стало недостаточно и 64-метровые тарелки DSN в Голдстоуне (Калифорния), Мадриде (Испания) и Канберре (Австралия) были модернизированы до внушительных 70-ти метров. 26-метровые тарелки тоже "подросли" до диаметра в 34 метра.

"В каком-то смысле DSN и Вояджеры росли вместе" — руководитель DSN Сюзанна Додд.

Нептун был последней планетой с которой должен был встретиться Вояджер-2, поэтому было решено пройти невероятно близко рядом с планетой — всего в 5 тыс. км от его поверхности (это было менее трёх минут полёта, при скорости аппарата). И данные передаваемые аппаратом того стоили — в центре фотографий Нептуна красовалось "большое тёмное пятно", размерами в 2 раза превышающими Землю, которое представляло из себя атмосферный антициклон. Оно было меньше большого красного пятна Юпитера, но всё равно было рекордным — скорости ветра вокруг пятна достигали 2400 км/ч!

10 октября и 5 декабря 1989 были навсегда отключены камеры Вояджера-2. А 14 февраля 1990 года Вояджером-1 были сделаны его последние снимки, получившие название "Семейный Портрет" — на них изображены все планеты Солнечной системы, за исключением Меркурия и Марса (свет от которых слишком слаб, чтобы его можно было различить на камерах). В тот же день были отключены и камеры второго аппарата.

Среди этих фотографий выделяется фотография нашей Земли, сделать которую особо просил Карл Саган на протяжении многих лет. Именно с его руки она получила название "Бледно-Голубая Точка" —

"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".

— Карл Саган.

Изначально работники проекта боялись что камеры Вояджера могут быть повреждены из-за света Солнца, которое располагалось слишком близко к Земле с такого расстояния (Вояджер-1 на тот момент был немногим далее 6 млрд. км от Земли). Собственно линии на этой фотографии — это блики от Солнца. В 1989 году решение сделать фотографии было принято, но калибровки камер затянулись (так как тарелки DSN были заняты получением информации с Вояджера-2, пролетающего Нептун). После этого появились проблемы с тем, что сотрудники занимавшиеся управлением камер Вояджеров уже успели перевести на другие проекты. Вступиться за идею "семейного портрета" даже пришлось тогдашнему руководителю NASA — Ричарду Трули.

17 февраля 1998 года Вояджер-1 стал самым далёким объектом созданным человеком, обойдя в этом звании Пионер-10. К сожалению Пионерам-10 и 11 оказалось не суждено передать информацию об границах гелиосферы Солнца — у Пионера-11 предположительно вышел из строя солнечный датчик, из-за чего он "потерялся" в космосе и не смог поддерживать направление своей остронаправленной антенны на Землю — это произошло 30 сентября 1995 года на расстоянии 6,5 млрд км. Пионер-10 проработал до последних своих резервов, но его слабеющий сигнал в конце концов не смогли принимать даже огромные тарелки DSN, связь с ним была потеряна 23 января 2003 года на расстоянии 11,9 млрд км.

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.

31 марта 2006 года радиолюбитель из Бохум (Германия) смог получить данные с Вояджера-1 при помощи 20-метровой тарелки с применением техники накопления сигнала. Получение данных было подтверждено на станции DSN в Мадриде.

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). Может какие-нибудь энтузиасты решат с ним связаться и он вернёт себе звание самого долгоживущего космического аппарата? Кто знает…

22 апреля 2010 года на Вояджере-2 обнаружились проблемы с научными данными. 17 мая JPL выявила проблемы, который оказался бит памяти, оказавшийся в состоянии тиристорного защёлкивания. 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 "последнему рубежу".

Текущий статус

Изначальную программу полёта, рассчитанную на пять лет — они уже перевыполнили в 8 раз. Скорости Вояджеров составляют 17,07 км/с и 15,64 км/с соответственно. Их масса (после использования части топлива) составляет 733 и 735 кг. В РИТЭГах остаётся около 73% плутония-238, но выходная мощность питающая аппараты снизилась до 55% (с учётом деградации РИТЭГов) и составляет 249 Вт, от изначальных 450-ти.

Из изначальных 11 приборов, включенными остаются только 5 — это MAG (магнетометр), LECP (детектор заряженных частиц низкой энергии), CRS (детектор космических лучей), PLS (детектор плазмы), PWS (приёмник плазменных волн). На Вояджере-1 периодически включают ещё UVS (ультрафиолетовый спектрометр).

Будущее аппаратов

В данный момент команда «Вояджеров» борется за живучесть аппаратов, стараясь выкроить максимум из доступной энергии для работы научных приборов и их обогревателей. Лучше всего это процесс описывает Сюзанна Додд — "Разработчики говорят — "эта система потребляет 3,2 Вт." Но в действительности она потребляет 3 Вт, но они должны быть консервативны в процессе разработки, когда они строят аппарат. Теперь мы в той точке миссии, когда пытаемся избавиться от лишних резервов, и получить реальные цифры".

В ближайшее время на аппаратах должны быть отключены гироскопы, а с 2020 года — придётся приступить уже к отключению некоторых из научных инструментов. Члены команды пока не знают как они поведут себя в условиях дикого холода космоса (так как запасных аппаратов и даже отдельных их инструментов, которых бы можно было проверить в барокамере, на Земле не сохранилось). Возможно, приборы останутся работоспособны в процессе отключения их обогревателей, и тогда момент отключения последних приборов удастся оттянуть с 2025 года до 2030-го.

По оценкам, Вояджер-2 должен выйти за пределы гелиосферы в пределах десятилетия — точной даты назвать нельзя, так как гелиосфера не идеально сферическая, а вытянутая под действием внешних сил межзвёздной среды. Так что Вояджеру-2 должно хватить времени выйти из ударной волны, чтобы приступить к изучению межзвёздного вещества (в точке отличной от собрата) и сделать с ним возможно даже не последнее своё открытие — форму солнечной гелиосферы.

После 2030 года аппараты перейдут в режим радиомаяков (не имея мощности поддерживать работу своих приборов) и проработают так до 2036 года, после чего замолкнут уже навсегда. Таким образом аппараты должны "выйти на пенсию" в возрасте 48-53 лет, а "дожить" они должны до возраста в 59 лет.

В декабре 2023 года NASA сообщило, что вместо телеметрии Вояджер-1 стал циклически присылать в ЦУП однотипные бессмысленные наборы данных. Методом исключения команда инженеров определила, что источником проблемы стала ошибка в системе полетных данных FDS (Flight Data System). Вернуть аппарат в исправное состояние пока не удалось.

Вояджер-1 примерно через 40 тыс. лет должен пролететь в 1,6 светового года от звезды Глизе 445 созвездия Жирафа, которая движется в сторону созвездия Змееносца. Вояджер-2 через те же 40 тыс. лет пройдёт на расстоянии 1,7 светового года от звезды Росс 248. В дальнейшем аппараты будут вечно странствовать по галактике Млечный Путь.

https://se7en.ws/voyadzhery-polyot-dlinnoyu-v-zhizn/

Статья была изначально написана для Хабра, но на нём самом сейчас уже недоступна. Автор — Денис Нырков, 2017 год.

Человечество еще с самой глубокой древности задавалось, задается сегодня и будет задаваться в будущем о том, одиноко ли оно во Вселенной. Согласитесь, что однозначного ответа на данный вопрос не существует. Возможно, что наша человеческая цивилизация, существующая на нашей планете - вовсе, является единственной во всей Вселенной, а может быть и такое, что не то что наша цивилизация, а сама жизнь как таковая существует только на Земле. И все потому, что именно на Земле сложились так все физические и химические условия, расстояние от Солнца, сила свечения Солнца, электромагнитная оболочка Земли и многое другое, что сподвигло к тому, что на ней смогла возникнуть жизнь именно в углеродной ее форме. Нужно сказать, что у ученых есть гипотеза, что жизнь может быть и в другой форме, не только в углеродной.

Мы же возвращаемся к основной теме нашего сегодняшнего материала. Примерно с началом 1970-х гг. человечество в лице двух стран: США и СССР начали изучение дальнего космоса. Для более детального изучения как планет-гигантов, так и других областей Солнечной системы за ними - американцами в 1977 году были запущены две космические научные автоматические станции, названные "Вояджер-1" и "Вояджер-2". Но дело в том, что данные аппараты, завершив свою основную научную миссию уже не могли вернуться на Землю, а отправились на огромной скорости в межзвездное пространство. Таким вот образом они могут лететь хоть миллиарды лет, пока не будут схвачены силами звезды или другого космического тела, которые могут оказаться у них на пути, либо же, пока их не обнаружит представители внеземных разумных существ.

Теперь о самом интересном, дело в том, что "Вояджеры" не просто так отправлены людьми в глубины космоса. Они несут на себе, наверное, самую важную информацию во всей истории нашей цивилизации и всей планеты Земля, в целом. Ведь, есть вероятность, что в случае очень длительного полета, допустим несколько сотен миллионов или даже, хотя бы одного миллиарда лет, "Вояджеры" теоретически могут пережить либо человеческую цивилизацию, либо же саму Солнечную систему. В этом то и весь смысл миссии: передача всей ценной о людях, нашей планете и Солнечной системе информации другим цивилизациям. По сути, "Вояджеры" несут на себе "послание" от землян к тем, кто гипотетически может встретить эти аппараты и расшифровать послание.

Речь идет про гравированные пластинки, которые установлены на обе станции. Сами пластинки изготовлены из меди и имеют золотое покрытие. Данные пластины упакованы в защитные алюминиевые оболочки и крепко закреплены к корпусу станций болтами. Вы не поверите, но даже настолько крепкие по своей структуре алюминий, медь и золото будут разрушены мельчайшими и заряженными частицами, которые заполняют космическое пространство повсеместно в течении миллиарда лет. Тем не менее, хотя космическое пространство пусто, то есть расстояния между звездами огромны - риск уничтожения "Вояджеров" звездами - минимальный. Так вот, данные пластинки содержат в себе подробную информацию о человечестве, жизни на Земле, расположении нашей планеты и Солнечной системы в нашей Галактике, а также карта пульсаров, которая и поможет найти нашу Солнечную систему.

Так как по сути, данные пластинки являются грампластинками, то вместе с ними на борту станций в футляре упакованы игла для воспроизведения с пластинки и фонографическая капсула со схемой установки иглы на поверхности записи, скорость необходимая для проигрывания, а также способ преобразования видеосигналов в изображение. То есть, вся информация (звуковая и визуальная) записана на данные пластинки по той же технологии как записывалась раньше музыка на грампластинки. Как вы поняли, на каждой станции имеется свой набор всего необходимого, так как станции летят не в одном направлении, а в разных - и никогда уже не встретятся друг с другом. На данных пластинках три пласта всевозможной информации: музыкальная, звуковая и визуальная. Информации очень много. Сюда вошли классическая музыка, песни, приветствия на 55 разных языках, расовое разнообразие землян, виды деятельности человека, фотографии Луны, Земли, запуск ракеты, земные пейзажи, фотографии животных и людей, схемы ДНК человека, строение человека, а также разные земные звуки: такие как прибой океана, шумы природы и многое-многое другое.

В общем, самый главный смысл данного послания в том, что человечество передает своеобразный привет других внеземным цивилизациям. Конечно, вероятность того, что послание попадет к другим цивилизациям и будет правильно расшифровано ими, крайне мало. Но все же, тем не менее, данные пластинки могут стать своеобразными памятниками того, что когда-то на безграничных просторах Вселенной на никому неизвестной планете под названием Земля существовала разумная жизнь, которая отправила свое "послание" другим разумным существам, пусть даже в такой замысловатой для нас всех форме. В интернете на официальном сайте НАСА вы можете найти всю информацию с "золотой пластинки "Вояджера", которая несколько лет назад была им полностью обнародована.

Если Вам понравилась статья - поставьте лайк. Будем рады вашей подписке на нашу страницу в Пикабу и сообщество в ВК

Уже 46 лет Вояджер-1 и его брат-близнец Вояджер-2 летят в чёрной пустоте космического пространства, став первыми рукотворными объектами, покинувшими Солнечную систему.

Пользуясь уникальным парадом планет-гигантов (случающимся раз в 175 лет), им удалось перевернуть наше представление о Солнечной системе, и сделать столько открытий, сколько ни удалось сделать ни одному аппарату до, или после них.

НАУЧНОЕ ОСНАЩЕНИЕ АППАРАТА

Каждый аппарат миссии «Вояджер» оснащен:
Телевизионными камерами с чёткостью 800 строк, с использованием специальных видиконов с памятью. Для считывания одного кадра требуется 48 секунд.
широкоугольной камерой (с полем около 3 градусов), фокусным расстоянием 200 мм;
узкоугольной камерой (0,4 градуса), фокусным расстоянием 500 мм;
Спектрометрами:
Инфракрасным, с диапазоном от 4 до 50 мкм;
Ультрафиолетовым, с диапазоном от 50 до 170 нм;
Фотополяриметром;
Плазменным комплексом:
детектором плазмы;
детектором заряженных частиц низких энергий;
детектором космических лучей;
магнитометрами высокой и низкой чувствительности;
приёмником плазменных волн.

Система связи: так как разработчики изначально рассчитывали что их аппараты должны достичь дальних границ Солнечной системы, антенны занимают ключевое место в аппаратах: диаметр их составляет 3,66 м, а сами они состоят из алюминиевого ядра покрытого смесью графита и эпоксидной смолы.

Команды с Земли передаются в S-радиодиапазоне на один из двух дублированных приёмников, а для передачи данных на Землю также используется ещё и передатчики X-диапазона. Один S-передатчик и оба X-передатчика используют лампы бегущей волны в качестве усилителя. Мощности усилителей составляют 9,4 и 21,3 Вт, при этом единовременно может работать только один из приёмников или передатчиков.
Изначально система связи была рассчитана на скорость передачи 115,2 кбит/с у Юпитера, и 44,8 кбит/с у Сатурна с вероятностью битовых ошибок 5*10^-3 (что обеспечивалось кодами коррекции Рида-Соломона). Для связи у Урана и Нептуна — скорость связи упала ещё, и для передачи изображений потребовалось их сжатие, так что ошибки при передаче данных стали ещё критичнее, и поверх кодов Рида-Соломона добавили свёрточные коды (это обеспечивало вероятностью битовых ошибок 10^-6 при небольшом увеличении вычислительной сложности).
Источник энергии состоял из трёх термоэлектрический генераторов MHW (подобные использовались только на спутниках LES 8/9), и имеющих 40,6 см в диаметре при длине в 51 см. Вес каждого из них составляет 37,7 кг (включая около 4,5 кг плутония-238), а мощность была больше 156 Вт на старте (при около 2,4 кВт тепловых).

Система ориентации включает в себя 16 однокомпонентных двигателей ориентации (работающих на разложения гидразина) с тягой всего в 85 грамм каждый; три гироскопа с точностью в одну десятитысячную долю градуса (один из которых был запасным); датчики Канопуса и Солнца (который размещался в отверстии антенны):

Компьютер представляет из себя три раздельных дублированных вычислительных машины. Первая из них (CCS) выполняет командную роль, и следит за состоянием аппаратов (она идентична той, что применялись в программе «Викинг»); другая (Flight Data System — FDS) выполняет задачи формирования и передачи телеметрии (она была разработана специально для аппаратов); а третья (Attitude and Articulation Control System — AACS) управляет системой ориентации и платформой с научными приборами.

«640 килобайт хватит всем» подумали разработчики, и сделали оперативную память аппаратов состоящей из 4 тыс. 18-битных слов (примерно 69,63 Кбайт). Задающий генератор процессора работает на частоте 4 МГц, но тактовая частота самого процессора — составляет только 250 кГц, при этом он может выполнять только 8 тыс. операций в секунду. В момент запуска аппаратов из доступных 4 тыс. слов — свободными оставались только два, но при пролёте Урана и Нептуна — ситуация ещё более усугубилась, так как в этот объём потребовалось впихнуть ещё код для исправления неровностей вращения платформы Вояджера-2.

Записывающее устройство: представляет из себя магнитофон с ременным приводом, и магнитной лентой шириной в пол дюйма (12,7 мм), и длиной в 328 м. Ширина ленты разделена на 8 полос, из которые единовременно может читаться только одна. Общий объём памяти составляет 536 млн бит (около 63,9 Мбайт) — этого достаточно для записи 100 фотографий с телевизионных камер. Скорость записи составляю 115,2 и 7,2 кбит/с, а чтения — 57,6; 33,6; 21,6 и 7,2 кбит/с.

Золотые пластинки: на них расположены записи композиций Бетховена, Моцарта, Стравинского и слепого Вилли Джонсона (общий список лежит здесь, а прослушать их можно тут); 116 изображений Земли, людей и животных; записи звуков ветра, грома, пение некоторых птиц и животных; записи приветствия на 55 языках и обращение Джимми Картера (являвшегося президентом США в тот момент); а также положение нашей Солнечной системы относительно 14 пульсаров. На обратной стороне нанесена инструкция о том как данные записи можно прослушать.

На диске записано также обращение Картера, который в 1977 году 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 всё 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».
В 2015 году НАСА приняло решение выложить в интернет все звуки с золотой пластинки для зондов «Вояджеров». Ознакомиться с ними может любой желающий на сайте НАСА.

АППАРАТЫ ПОКИДАЮТ СОЛНЕЧНУЮ СИСТЕМУ

Ученым Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA) удалось запустить двигатели запущенной в 1977-м году межпланетной станции «Вояджер-1», находящейся сейчас на расстоянии более 20 млрд км от Земли. Об этом говорится в сообщении на сайте NASA. В последний раз эти двигатели запускались в 1980 году.

«С этими двигателями, которые все еще функционируют после 37 лет простоя, мы сможем продлить срок службы космического корабля «Вояджер-1» на два-три года», — заявила Сюзанна Додд, руководитель проекта «Вояджер» в Лаборатории реактивного движения NASA. Двигатели планируется использовать для корректировки ориентации аппарата, с тем чтобы его антенны были направлены на Землю. Сигнал к космическому аппарату шел 19 часов 35 минут.
Команда на запуск двигателей была дана во вторник, 28 ноября 2017 года. О ее успешном выполнении ученые узнали на следующий день, когда получили ответ со станции. Для того чтобы выполнить эту процедуру, ученые изучили документацию на программное обеспечение аппарата, которое было написано на устаревшем к этому времени языке программирования.
Среди этих фотографий выделяется фотография нашей Земли, сделать которую особо просил Карл Саган на протяжении многих лет. Именно с его руки она получила название «бледно-голубая точка»:

Земля на красной линии справа, ниже центра фотографии. Размеры Земли на этом фото составляют 0,12 пикселя. Единственная причина, почему она ещё хоть как-то различима — это то, что она отражает достаточно света, чтобы быть заметной на фоне мрака космоса.

У "Вояджера-1" теперь есть спутник в царстве звезд. Космический аппарат "Вояджер-2" вошел в межзвездную среду. Он стал вторым объектом, созданным человеком, который выходит из-под влияния нашего Солнца после выхода "Вояджера-1" из Солнечной системы в 2012 году. Заметное увеличение плотности плазмы свидетельствует о переходе "Вояджера-2" от горячей плазмы с меньшей плотностью, характерной для солнечного ветра, к холодной плазме с более высокой плотностью межзвездного пространства, сообщают астрономы. Это похоже на скачок плотности плазмы, который испытал "Вояджер-1", когда он выходил за пределы Солнечной системы.

https://foto-history.livejournal.com/14504277.html

https://ru.wikipedia.org/wiki/Вояджер

https://voyager.jpl.nasa.gov/mission/status/