Тайна миссии «Вояджер»: где сейчас корабли и как они связываются с Землей
Вселенная бесконечна и скрывает множество загадочных явлений. Где-то на Марсе ежегодно «поет» песню марсоход Curiosity, поздравляя себя с днем рождения. А вокруг планет и спутников продолжают полет «Вояджеры», чьи снимки перевернули представление о космосе.
Миссия «Вояджер» – легендарное исследование внешней Солнечной системы аппаратами «Вояджер 1» и «Вояджер 2» в 1977 году. Это был сложный и амбиционный проект. К тому моменту у NASA еще не было опыта полетов подобного масштаба. Прежде чем отправить аппараты в космос, ученые провели проверочный запуск других кораблей, чтобы подробно исследовать путь, который им предстоит.
Подготовка к миссии «Вояджер» и запуск «Пионеров»
В начале 1970‑х годов NASA отправило в космос два исследовательских зонда – Pioneer 10 (1972) и Pioneer 11 (1973). Перед ними стояла серия ключевых задач, связанных с проверкой давних гипотез о структуре и опасностях космоса. Предстояло решить основные вопросы. Первый: проходимость пояса астероидов. В то время ученые предполагали, что пояс астероидов плотно заполнен мелкими частицами, способными уничтожить любой космический аппарат, рискнувший его пересечь. Второй: радиационные пояса планет‑гигантов. Необходимо было выяснить, существуют ли у таких планет мощные радиационные поля и насколько они опасны для техники. Третий: тайна колец Сатурна. Предполагалось, что плоскость колец насыщена пылью, которая может вывести аппараты из строя.
В итоге Pioneer 10 и Pioneer 11 успешно пересекли пояс астероидов и тем самым доказали, что через него можно безопасно пройти. Потом произошла встреча с Юпитером. Зонды подтвердили наличие у планеты мощных радиационных поясов – их интенсивность оказалась в 10 000 раз выше, чем у земных. Это вызвало сбои в работе аппаратуры.
Pioneer 10 выдержал экстремальные условия. Зонд разогнался до третьей космической скорости и вышел на траекторию, уводящую его за пределы Солнечной системы. Связь с ним поддерживалась до 2003 года.
Что касается Pioneer 11, он был направлен к Сатурну с использованием гравитационного маневра – метода, при котором аппараты подталкиваются притяжением планет, набирая ускорение. Небольшой спойлер: движение «Вояджеров» продолжается до сих пор благодаря гравитационным маневрам.
Вернемся к Pioneer 11. Аппарат успешно прошел через плоскость колец Сатурна, опровергнув опасения о высокой концентрации пыли. Миссия завершилась в 1979 году. Последний раз зонд выходил на связь в 1995 году.
Pioneer 10 и Pioneer 11 доказали, что космические аппараты способны преодолеть пояс астероидов и выдерживать воздействие радиационных поясов планет‑гигантов. Это означало, что можно приступать к старту программы «Вояджер».
Незадолго до запуска Pioneer 10 ученый Карл Саган предложил разместить на борту зонда послание для внеземных цивилизаций. NASA одобрило идею, и на аппарат была установлена алюминиевая пластина, закрепленная на стойке антенны. На ней были выгравированы: карта, показывающая положение Солнца относительно 14 пульсаров (быстро вращающихся нейтронных звезд), схема Солнечной системы, траектория полета Pioneer 10, изображения обнаженных мужчины и женщины на фоне зонда. Это сообщение получило известность как «Послание Pioneer».
Миссия «Вояджер»
В 1972 году NASA утвердило проект – миссию «Маринер Юпитер/Сатурн 1977». За его реализацию взялась Лаборатория реактивного движения. Изначально планировалось сконструировать межпланетные зонды на базе уже существующей серии аппаратов «Маринер», чтобы с их помощью исследовать две гигантские планеты Солнечной системы – Юпитер и Сатурн. Незадолго до начала миссии аппараты обрели название – «Вояджеры».
«Вояджеры» представляли собой настоящие технологические шедевры своего времени. Они были оснащены высококачественными камерами, спектрометрами, магнитометрами, а также разнообразными детекторами и приемниками для анализа окружающей космической среды. Ключевой особенностью стало полное дублирование всех критически важных приборов, чтобы миссия не сорвалась в неподходящий момент. Дело в том, что столкновение с техническими неполадками неизбежно. Благодаря запасным деталям ни одна из проблем не привела к трагическим последствиям.
Особого внимания заслуживают «золотые пластинки», размещенные на борту «Вояджеров». Они были запечатаны в защитные алюминиевые футляры и содержали послание для потенциальных внеземных цивилизаций. Пластинки содержали разнообразные данные. Чтобы инопланетяне точно поняли сообщение, приветствие было записано на 55 языках. Затем им предстояло услышать музыку и звуки нашего мира, включая природные шумы, голоса животных и птиц, произведения Баха, Бетховена, Моцарта, песни Луи Армстронга, народную музыку разных стран. К их просмотру предоставляются и более 100 изображений, среди которых снимки Земли, природы, схема ДНК, анатомические схемы и портреты людей.
Первым был запущен «Вояджер 2» 20 августа 1977 года. Спустя чуть более двух недель, 5 сентября того же года, в космос полетел «Вояджер 1». Аппараты специально отправили в космос в такой последовательности. Хотя аппараты стартовали по разным траекториям, «Вояджер 1» вскоре опередил своего напарника. Он считается самым быстрым космическим зондом из покидающих Солнечную систему.
Уже 18 сентября 1977 года аппарат сделал впечатляющие снимки Земли и Луны. Однако этот успех мог и не состояться: при старте «Вояджера 1» возникла серьезная проблема – из-за утечки топлива раньше положенного отключилась ракета-носитель «Титан». Специалистам пришлось оперативно задействовать разгонный блок, чтобы компенсировать недостающую скорость и вывести аппарат на нужную траекторию.
«Вояджер 2» тоже заставил разработчиков волноваться. После выхода на орбиту он перестал отвечать на сигналы с Земли. Спустя пару дней специалисты выяснили, что во время запуска из-за вибраций произошел сбой в системе. Оперативно разработав обновление программного обеспечения, они устранили неполадки. Но это были не все сюрпризы. Очередная проблема возникла в марте 1978 года, когда вышел из строя основной передатчик аппарата. Зонд автоматически переключился на запасной, но при этом перестал принимать команды с Земли. К счастью, и этот вопрос удалось быстро решить.
Открытия «Вояджера 1»
5 марта 1979 года «Вояджер 1» добрался до Юпитера и совершил ряд сенсационных открытий: обнаружил кольца Юпитера, выявил три ранее неизвестных спутника, сделал детальные снимки крупных лун.
Благодаря этим данным выяснилось, что самый большой спутник в Солнечной системе – Ганимед, а не Титан, как считалось ранее. Добавив собранные данные к существующим, ученные смогли составить подробную карту Ганимеда.
Это не все плоды, которые принес «Вояджер 1». Аппарат показал, что Европа имеет ледяную поверхность с трещинами, под которой скрывается океан. Появилась гипотеза, что этот спутник самый пригодный для жизни инопланетян благодаря наличию воды и приливному нагреву.
Далее «Вояджер 1» направился к Сатурну, где сделал детализированные снимки планеты и ее колец. На фото видно, что основные кольца состоят из сотен мелких колечек. Помимо этого, зонд открыл спутники-пастухи, гравитация которая удерживает частицы колец.
Также ему удалось запечатлеть все крупные спутники Сатурна, в том числе ранее неизвестные: Мимас, Япет, Эпиметей и Янус.
Самок яркое событие в ходе миссии произошло в 1990 году. «Вояджер 1» сделал уникальные снимки Солнца и шести планет Солнечной системы. Особого внимания заслужило изображение Земли – крошечная бледно голубая точка, запечатленная на расстоянии шесть млрд километров. Снимок, получивший название Pale Blue Dot («Бледно-голубая точка»), вошел в историю как одно из самых значимых космических фото.
Это стало последним кадром «Вояджеров». Камеры «Вояджера 1» были отключены навсегда. А оптические приборы «Вояджера 2» перестали функционировать еще в 1989 году – после изучения Нептуна.
Открытия «Вояджера 2»
Что касается «Вояджера 2», после успеха «Вояджеров» на Юпитере он был отправлен на изучение Урана и Нептуна.
Начнем с Урана. Аппарат открыл 11 новых спутников планеты, обнаружил два кольца, сделал четкие снимки спутника Миранды, доказывающие, что ее поверхность покрыта долинами и горными хребтами, что изменило представление ученых о жизненном цикле спутников. Предполагалось, что все их поверхности должны быть одинаковыми, поскольку они быстро остывают после образования.
Перейдем к Нептуну. Аппарат собрал данные о Тритоне – крупнейшем спутнике планеты, обнаружив криовулканы, извергающие азот с высотой выбросов до восьми километров, и замерзшие озера в районе экватора. Также были открыты шесть новых спутников планеты.
Рассказав об открытиях обоих «Вояджеров», хотим отметить, что важнейшим их достижением стало то, что они первыми достигли внешних границ гелиосферы – области пространства, формируемой солнечным ветром и магнитными полями Солнца. За ней располагается гелиопауза – граница, где давление солнечного ветра уравновешивается давлением межзвездной среды.
Что с «Вояджерами» сейчас
Оба аппарата постепенно приближаются к финалу своей исторической миссии. Их энергоснабжение обеспечивается радиоизотопными термоэлектрическими генераторами, чья производительность ежегодно снижается на 4 Вт. Падение выработки энергии вынуждает инженеров последовательно отключать бортовое оборудование – в первую очередь второстепенные системы.
На текущий момент функционируют только приборы, направленные на изучение межзвездной среды: они измеряют характеристики магнитных полей и анализируют потоки заряженных частиц. Эти данные необходимы для науки, чтобы расширить знания человечества о космосе.
По оценкам специалистов, устойчивая связь с «Вояджерами» может сохраняться до 2030 года. Когда произойдет истощение энергетических ресурсов, зонды продолжат свой полет в космическом пространстве, но уже свободной от научной миссии.
«Вояджер‑1» в настоящее время находится на расстоянии более чем на 24 млрд км от Земли. В 2012 году он преодолел границу гелиосферы – области, где доминирует влияние солнечного ветра, и вышел в межзвездную среду. Это самый удаленный объект, сконструированный человеком, во Вселенной. Его ключевая – задача в сборе и передаче данных о плотности плазмы, температуре и магнитных полях за пределами влияния Солнца.
«Вояджер 2» движется по другой траектории. Он расположен на расстоянии более 20 млрд км от Земли. Аппарат покинул гелиосферу в 2018 году, попав в межзвездное пространство. В отличие от своего напарника, ему удалось заснять Уран и Нептун, получив данные об этих мало изученных планетах.
«Вояджер‑1» и «Вояджер‑2» по‑прежнему поддерживают связь с Землей и регулярно отправляют научные данные. Однако из‑за расстояния сигнал идет до адресата более 20 часов. Для приема информации NASA использует глобальную сеть радиотелескопов Deep Space Network – систему сверхмощных антенн, специально разработанную для коммуникации с дальними космическими объектами.
