|
Удивительная миссия Voyager-2
«Вояджер-2» — действующий космический аппарат, запущенный НАСА 20 августа 1977 года в рамках программы «Вояджер» для исследований дальних планет Солнечной системы. Первый и единственный аппарат, достигший Урана (в январе 1986 года) и Нептуна (в августе 1989 года). По дальности достижения и изучения объекта Солнечной системы его смогла превзойти только АМС «Новые горизонты», которая в июле 2015 года достигла Плутона.
В январе 2017 года «Вояджер-2» находился на расстоянии в 114,06 а. е. (16,9 млрд км, или 0,001744 св. года) от Солнца — расстояние, преодолеваемое лучом света за 15 часов 23,5 минуты. Скорость движения станции превышает 3,3 астрономической единицы в год.
Миссия «Вояджера-2» первоначально включала изучение только Юпитера и Сатурна, а также их спутников. Траектория полёта также предусматривала возможность пролёта мимо Урана и Нептуна, которая была успешно реализована.
В марте 2005 года «Вояджер-2» находился на расстоянии 11,412 млрд км от Земли. Скорость удаления из Солнечной системы — 494 млн км в год (около 15 км/с, или 0,005 % от скорости света).
Аппарат идентичен «Вояджеру-1». За счёт гравитационного манёвра у Юпитера, Сатурна и Урана «Вояджер-2» смог на 20 лет сократить срок полёта к Нептуну (по сравнению с прямой траекторией с Земли). «Вояджер-2» стартовал 20 августа 1977 года, то есть на 16 дней раньше «Вояджера-1». 9 июля 1979 года произошло максимальное сближение с Юпитером (71,4 тыс. км). «Вояджер-2» близко подошёл к Европе и Ганимеду, галилеевым спутникам, не исследованным ранее «Вояджером-1». Переданные снимки позволили выдвинуть гипотезу о существовании жидкого океана под поверхностью Европы. Обследование самого крупного спутника в Солнечной системе — Ганимеда — показало, что он покрыт корой «грязного» льда, а его поверхность значительно старше поверхности Европы. После обследования спутников аппарат пролетел мимо Юпитера.
Снимок поверхности Европы
25 августа 1981 года произошло максимальное сближение с Сатурном (101 тыс. км). Траектория зонда прошла около спутников Сатурна Тефии и Энцелада, аппарат передал подробные фотографии поверхности спутников.
Фотография Энцелада
24 января 1986 года — максимальное сближение с Ураном (81,5 тыс. км).
Аппарат передал на Землю тысячи снимков Урана, его спутников и колец. Благодаря этим фотографиям учёные обнаружили два новых кольца и исследовали девять уже известных. Помимо этого, были обнаружены 11 новых спутников Урана.
«Вояджер-2» показал, что на обоих полюсах Урана температура оказалась одинаковой, хотя только один освещался Солнцем. Исследователи сделали вывод о наличии механизма передачи тепла из одной части планеты к другой. В среднем температура Урана составляет 59 К, или -214 град С.
24 августа 1989 года — аппарат пролетел в 48 тыс. км от поверхности Нептуна.
Были получены уникальные снимки Нептуна и его крупного спутника Тритона. На Тритоне были обнаружены действующие гейзеры, что было очень неожиданным для удалённого от Солнца и холодного спутника. Были открыты 4 новых спутника.
Фотография Тритона
28 июня 2010 года — продолжительность полёта «Вояджера-2» достигла 12 000 дней (почти 33 года). Вместе с «Вояджером-1» он является самым удалённым космическим объектом, сделанным руками человека, а также самым долго и продуктивно работающим; дольше их в рабочем состоянии остаются аппараты «Пионер»-6, -7, -8, с которыми за ненадобностью связь не поддерживается.
24 января 2011 года в НАСА отмечался 25-летний юбилей встречи «Вояджера-2» с Ураном. На этот момент аппарат находился примерно в 14 млрд км от Солнца, а «Вояджер-1», направленный для исследования Юпитера и Сатурна, улетел от Солнца более чем на 17 млрд км.
4 ноября 2011 года была послана команда переключения на запасной набор двигателей системы ориентации. Через 10 дней получено подтверждение о переключении. Это позволит аппарату проработать ещё не менее 10 лет.
3 ноября 2012 года «Вояджер-2» достиг расстояния 100 а. е. от Солнца, а
30 июля 2017 года «Вояджер-2» — 115 а. е. от Солнца.
Масса аппарата при старте составляла 798 кг, масса полезной нагрузки — 86 кг. Длина — 2,5 м. Корпус аппарата — десятигранная призма с центральным проёмом. На корпус посажен отражатель направленной антенны диаметром 3,66 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 (при пролёте мимо Урана — 400 ватт). На 15.09.2017 остаток плутония-238 равен 72.9% 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 «Вояджере» установлены два компьютера, которые можно перепрограммировать, что позволяло менять научную программу и обходить возникающие неисправности. Объём оперативной памяти — два блока по 4096 восемнадцатиразрядных слов. Ёмкость запоминающего устройства — 67 мегабайт (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 4 таких микродвигателя. Они рассчитаны на 8 коррекций при общем приращении скорости 200 м/сек.
Антенны две: ненаправленная и направленная. Обе антенны работают на частоте 2113 МГц на приём и 2295 МГц на передачу (S-диапазон), а направленная антенна — ещё и 8415 МГц на передачу (X-диапазон). 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. Первоначально расчётная скорость передачи с Урана составляла лишь 4,6 кбит/с, однако её удалось повысить до 30 кбит/с, так как к тому времени ввели более чувствительные радиотелескопы на Земле, а также научились лучше сжимать данные: на определённом этапе миссии система кодирования радиосигналов была заменена на код Рида — Соломона, для чего был перепрограммирован бортовой компьютер.
На борту аппарата закреплена золотая пластина, на которой для потенциальных инопланетян указаны координаты Солнечной системы и записан ряд земных звуков и изображений. В комплект научной аппаратуры входят следующие приборы:
Телевизионная камера с широкоугольным объективом и телевизионная камера с телеобъективом, каждый кадр которой содержит 125 кБ информации.
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).
Магнитомеры для измерения магнитных полей.
Приёмник для регистрации радиоизлучения планет, Солнца и звёзд. Приёмник использует две взаимно перпендикулярные антенны длиной по 10 м.
Большинство приборов вынесено на специальной штанге, часть из них установлена на поворотную платформу. Корпус аппарата и приборы оборудованы разнообразной теплоизоляцией, тепловыми экранами, пластиковыми блендами.
На борту аппарата закреплена золотая пластина, на которой для потенциальных инопланетян указаны координаты Солнечной системы и записан ряд земных звуков и изображений
Через 10—20 лет зонд выйдет за пределы Солнечной системы и окажется в межзвёздном пространстве. Пройдя через границы гелиопаузы, зонд навсегда потеряет связь с Землёй — мощности передатчика не хватит для приёма сигнала на Земле.
Как показали данные Хаббла, окружающее Солнечную систему первое межзвездное газовое облако Вояджер-2 покинет через две тысячи лет. Еще 90 тысяч лет станции потребуется, чтобы пройти второе облако и попасть в третье. Эти межзвездные структуры отличаются друг от друга по содержащимся в них химическим элементам, что свидетельствует об особенности их образования и эволюции. Через 40 000 лет «Вояджер-2» пройдёт на расстоянии 1,7 светового года от звезды Росс 248. Примерно через 296 тыс. лет «Вояджер-2» разойдётся с Сириусом на расстоянии 4,3 св. Года.
|
