Миссии Voyager — сорок пять лет. История величайшего путешествия в истории

В этот день, ровно 45 лет тому назад, с космодрома на мысе Канаверал состоялся запуск, положивший начало величайшему путешествию в истории человечества. Речь о проекте Voyager — паре зондов, впервые посетивших все планеты-гиганты Солнечной системы и позже вышедших в межзвездное пространство. По случаю сегодняшнего юбилея, мы бы хотели рассказать историю этой удивительной миссии. В целях удобства, мы разбили материал на две части.

Концепция «Большого путешествия»

В середине 1960-х сотрудники Лаборатории реактивного движения NASA (JPL) сделали любопытное открытие. Во второй половине 1970-х Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун должны были выстроиться в пространстве в огромную дугу, что случается лишь раз в 176 лет. Это давало уникальную возможность исследовать их в ходе одной пролетной миссии. При этом, использование гравитации планет для ускорения, позволяло значительно сократить время путешествия и добраться до Нептуна всего за 12 лет.

Путешествие Voyager в представлении художника. Источник: NASA

Вскоре в недрах JPL родился проект, получивший название Grand Tour (Большое путешествие). В его рамках предполагалось отправить в космос четыре зонда, которые бы изучили планеты-гиганты и Плутон.

К сожалению, из-за слишком большой стоимости, Grand Tour не получил нужного финансирования. Поэтому сотрудники JPL существенно уменьшили масштаб проекта. После ревизии он предполагал отправку двух зондов для изучения Юпитера и Сатурна (но с возможностью последующего продления миссии). В этот раз, их ждал успех. Проект был одобрен и получил необходимое финансирование. Изначально он носил название Mariner Jupiter-Saturn, но позже получил имя Voyager, под которым и вошел в историю.

Техническое устройство Voyager

Оба Voyager имеют идентичную конструкцию. Их основой является герметичный корпус в форме десятигранной призмы высотой 0,5 метра и диаметром 1,8 метра. На него установлены антенна, двигатели и выносные штанги с научными инструментами. Начальная масса аппарата (с учетом топлива) составляла 825 кг.

Устройство аппаратов Voyager. Источник: NASA

Для получения энергии на каждом Voyager установлены три радиоизотопных термоэлектрических генератора (ритэга), содержащих плутоний-238. При его распаде выделяется тепло, которое затем преобразуется в электроэнергию.

Комплект научной аппаратуры Voyager состоит из набора камер, спектрометров, магнитометра, а также нескольких детекторов и приемников, для изучения параметров окружающей среды. Основная часть научных инструментов размещена на специальной поворотной платформе.

Управление аппаратами осуществляется при помощи трех раздельных компьютерных систем (каждая из них дублирована). Их суммарная оперативная память составляет порядка 68 килобайт. Также на Voyager имеется запоминающее устройство емкостью в 67 мегабайт, позволяющее хранить до 100 изображений от его телевизионных камер.

Подготовка зонда Voyager к запуску. Источник: NASA

Стоит отметить, что все основные компоненты аппаратов полностью зарезервированы. Именно это техническое решение, а также возможность дистанционного перепрограммирования компьютеров Voyager, предопределили поразительную долговечность миссии. За время полета зонды неоднократно сталкивались с техническими проблемами и поломками, но благодаря наличию резервных компонентов, ни одна из них не стала критической.

Начало «Большого путешествия»

Voyager 2 был запущен 20 августа 1977 года, Voyager 1 — 5 сентября 1977 года. Это не опечатка. Voyager 2 действительно отправился в космос раньше Voyager 1. Впрочем, поскольку Voyager 1 двигался по более быстрой траектории, вскоре он обогнал своего «собрата».

Уже 18 сентября 1977 года Voyager 1 сфотографировал Землю и Луну с дистанции в 7,25 млн километров. Это первый в истории снимок, где наша планета и ее спутница целиком находятся в одном кадре.

Земля и Луна. Снимок Voyager 1. Источник: NASA

В 1979 году Voyager 1 и Voyager 2 достигли своей первой цели — Юпитера. Аппараты открыли его кольца, три ранее неизвестных спутника, а также сделали детальные фотографии как самой планеты, так и ее лун. Оказалось, что Ганимед является крупнейшим спутником планеты в Солнечной системе (раньше считалось, что Титан немного больше), а Европа имеет гладкую ледяную поверхность, покрытую трещинами. Впоследствии была выдвинута гипотеза, что под ее поверхностью скрывается океан.

Анимация, демонстрирующая приближения Voyager 2 к Юпитеру. Источник: NASA

Но главной сенсацией стал Ио, где были найдены действующие вулканы. Это стало первым в истории случаем обнаружения продолжающейся геологической активности на другом теле Солнечной системы. По мнению многих сотрудников проекта, именно вулканы Ио являются наиболее важной из всех находок Voyager.

Извержение вулкана на Ио. Источник: NASA

В 1980 — 1981 году оба зонда посетили Сатурн. Шестая планета также преподнесла немало сюрпризов. Оказалось, что ее кольца устроены намного сложнее, чем считалось ранее, и на самом деле состоят из сотен небольших колечек. Были открыты и т. н. спутники-пастухи — небольшие луны, гравитация которых влияет на кольца и удерживает воедино их частицы.

Зонды провели детальную съемку всех основных спутников Сатурна, а также открыли ряд его ранее неизвестных лун. Оказалось, что Мимас напоминает «Звезду смерти» из «Звездных войн», в то время как полушария Япета имеют радикально разную окраску.

Снимок Сатурна, сделанный аппаратом Voyager 1. Источник: NASA

Одной из основных целей визита к Сатурну было изучение Титана — единственного спутника планеты в Солнечной системе, обладающего полноценной атмосферой. К сожалению, оказалось, что она полностью непрозрачна в видимом спектре, и Voyager не смог получить снимки его поверхности. Но анализ атмосферы показал, что температура на Титане близка к «тройной точке» метана, при которой он может одновременно существовать в жидком, твердом и газообразном состоянии. Впоследствии это предположение было подтверждено миссией Cassini.

После Сатурна пути аппаратов навсегда разошлись. Благодаря успехам миссии, NASA удалось добиться продления программы и получить разрешение на отправку Voyager 2 к Урану и Нептуну. Что касается Voyager 1, то после визита к Титану, гравитация Сатурна направила его «вверх», по отношению к плоскости эклиптики Солнечной системы.

Визит к Урану и Нептуну

Voyager 2 добрался до Урана в январе 1986 года. Оказалось, что по своему строению планета значительно отличается от Юпитера и Сатурна, 90% массы которых приходится на водород и гелий. На Уране из водорода и гелия состоит лишь атмосфера. Под ней располагается своего рода океан, состоящий из смеси воды, аммиака, метана и сероводорода. В центре же, находится каменное ядро. Для обозначения таких тел впоследствии стал использоваться термин ледяные гиганты.

Уран. Источник: NASA

Также выяснилось, что Уран является самой холодной планетой Солнечной системы, его магнитное поле асимметрично, а полюса очень сильно смещены по отношению к географическим. Другим важным достижением миссии, стало открытие 11 новых спутников Урана и нескольких колец.

После Урана, Voyager 2 направился к Нептуну. Его пролет состоялся в августе 1989 года. По своему внутреннему строению и характеристикам магнитного поля, планета оказалась похожа на Уран. В ее атмосфере нашелся крупный шторм, который назвали Большим Темным пятном. Последующий анализ снимков Voyager 2 также позволил обнаружить ряд нескольких неизвестных спутников.

Нептун глазами Voyager 2. Источник: NASA/JPL-Caltech/Kevin M. Gill

Главной же «звездой» пролета, стал крупнейший спутник Нептуна — Тритон. На его поверхности были найдены извергающие азот криовулканы. А в районе экватора обнаружилось что-то вроде замерзших озер, с берегами в виде ступенчатых террас, высотой до километра. Это указывает на то, что в прошлом поверхность Тритона несколько раз расплавлялась — возможно, из-за приливных взаимодействий с Нептуном.

Глобальная мозаика Тритона. Источник: NASA/JPL/USGS

Анализ данных Voyager 2 также позволил разрешить загадку планеты X — гипотетического небесного тела, оказывающего влияние на орбиту Урана. Его поиски в свое время привели к открытию вначале Нептуна, а затем, когда его массы оказалось недостаточно, чтобы объяснить все отклонения — Плутона. Но измерения Voyager 2 показали, что масса Нептуна изначально была определена с погрешностью. Когда ее учли, исчезли все несоответствия в орбите Урана, а с ними и надобность в Планете X, в ее традиционном понимании.

Траектория полета Voyager 1 и Voyager 2. Источник: wikipedia.org

На момент встречи с Нептуном, существование пояса Койпера еще оставалось лишь теорией — его первый объект был открыт лишь в 1992 году. Поэтому восьмая планета стала последней целью для аппарата. После ее пролета, Voyager 2  ушел по траектории, направленной «вниз», по отношению к плоскости эклиптики Солнечной системы.

Но хоть у аппаратов больше и не осталось планет для изучения, вскоре они вновь напомнили о себе. В феврале 1990 года Voyager 1 сделал семейный портрет планет Солнечной системы. На одном из снимков оказалась запечатлена и Земля. Это изображение получило название Pale Blue Dot и ныне считается одной из самых важных космических фотографий в истории.

Фотография Pale Blue Dot (обновленная версия). Источник: NASA

После завершения «Большого путешествия», американский Конгресс несколько раз предлагал прекратить дальнейшее финансирование Voyager, мотивируя это дороговизной сеансов дальней космической связи. Но NASA сумела отстоять проект. В организации знали, что в будущем, аппараты достигнут границы, отделяющей Солнечную систему от межзвездного пространства. Весь вопрос заключался в том, успеют ли они это сделать до момента прекращения своей работы…

Большое путешествие аппаратов Voyager. Источник: UST

О том, как аппараты Voyager вышли в межзвездное пространство, и что ждем миссию в будущем, мы поговорим во второй части нашего обзора.

Только самые интересные новости и факты в нашем Telegram-канале!

Присоединяйтесь: https://t.me/ustmagazine

Ученые нашли нейтронные звезды на орбитах подобных Солнцу светил
Орбита горячего Юпитера оказалась самой вытянутой из всех экзопланет
Рамзес встретится с Апофисом: ESA отправит миссию к рекордному астероиду
NASA показала красоту космического корабля Cygnus перед его уничтожением: фото
Смерть лунохода: NASA закрыла проект VIPER
Ученые открыли 10 удивительных пульсаров
Бывшие руководители NASA и ESA призвали оставить МКС в космосе для следующих поколений
Илон Маск переносит свою штаб-квартиру из-за «гендерного» закона
На HBO выходит фильм о «диком диком космосе». И это — не фантастика
Прорыв в физике: ученые научили ядра атомов поглощать и излучать энергию