Памятные моменты “Вояджера-2”
Оригинал взят у kiri2ll в Памятные моменты “Вояджера-2”
36 лет назад в космос был запущен космический аппарат “Вояджер-2”. И хотя в последние годы его более быстро летящий брат-близнец “Вояджер-1” куда больше на слуху (чего стоят одни споры насчет того, вышел он за пределы Солнечной системы или нет), не стоит забывать что “Вояджер-2” по-прежнему удерживает уникальное достижение - еще ни одному космическому аппарату ни до, ни после него не удавалось изучить одним заходом четыре планеты Солнечной системы. Причем, если к Сатурну и Юпитеру позже запускались другие аппараты, то Уран и Нептун с тех пор больше никто не посещал. Так что неизвестно, сколько еще десятилетий нам придется довольствоваться той информацией, что передал “Вояджер-2”.
Замысел
А началось все в конце 60-х годов. Благодаря тому, что все планеты-гиганты удачно расположились в сравнительно узком секторе, образовав своего рода гигантскую "дугу" (такое событие бывает раз в 175 лет), инженеры NASA задумали миссию, которая смогла одним бы заходом изучить все четыре планеты за очень короткий промежуток времени используя их гравитационное поле для ускорения.
Один из авторов и бессменный руководителей программы "Вояджер" профессор Эд Стоун. Что интересно, большинство нынешних участников проекта родилось позже, чем были запущены сами аппараты.
Изначальный план состоял в том, чтобы отправить в космос четыре космических корабля - но из-за значительного урезания бюджета NASA в начале 70-х, деньги были выделены только на два зонда которые должны были изучить Юпитер и Сатурн. К счатью, создателям аппарата удалось добиться плана полета, предусматривающего возможность продления миссии "Вояджера-2" для изучения Урана и Нептуна. Для этого требовалось, чтобы “Вояджер-1” полностью выполнил все поставленные перед им задачи. К счастью, “Вояджер-1” сработал безупречно.
Старт
В соответствии с практикой тех лет, всего было построено три аппарата с бортовыми номерами VGR 77-1, VGR 77-2 и VGR 77-3. Последний был резервным, на тот случай если на каком-то из основных аппаратов будут обнаружены неполадки. Эта практика полностью себя оправдала когда на испытаниях аппарата с номером VGR 77-2 возникли проблемы - и потому его пришлось заменить на VGR 77-3, который и был запущен 20 августа 1977 года и известен теперь как "Вояджер-2".
Через две недели, 5 сентября 1977 года стартовал "Вояджер-1". Кому-то может показаться странным, что аппарат с номером 2 стартует раньше чем номер 1 - но первый Вояджер шел по более быстрой и экономичной траектории, и потому вскоре обогнал своего “брата”. VGR 77-2 же остался на Земле и сейчас инженеры отрабатывают на нем все команды, перед тем как передать их непосредственно на сами аппараты.
Юпитер
Зонд достиг Юпитера в июле 1979 году. “Вояджер-2” более близко подошёл к Европе и Ганимеду, чем “Вояджер-1” - переданные им снимки позволили выдвинуть гипотезу о существовании жидкого океана под поверхностью Европы.
Слева направо и сверху вниз: Ио, Европа, Ганимед, Каллисто
Обследование самого крупного спутника в Солнечной системе Ганимеда, показало, что он покрыт корой "грязного" льда, а его поверхность значительно старше поверхности Европы. Кроме того, пролетая мимо спутника Юпитера Ио, "Вояджер-2" подтвердил его продолжающуюся вулканическую активность, которая по словам Эда Стоуна является его персонально самым любимым открытием, сделанным в ходе миссии.
Ио на фоне Юпитера
Сатурн
Август 1981 года. Аппарат пролетает вблизи Сатурна и передает подробные фотографии газового гиганта, его колец и спутников (в том числе, Тефии, Япета и Энцелада).
Энцелад и Япет
Далее пути зондов разошлись - как и планировалось, NASA отказалось от изучения "Вояджером-2" Титана в пользу двух планет-гигантов. Аппарат направился в пятилетнее путешествие к Урану.
На фотографии справа изображен фрагмент колец Сатурна. На фотографии слева - прощальное фото навсегда покидавшего нашу систему "Вояджера-1".
Уран
В январе 1985 года "Вояджер-2" пролетел вблизи Урана, передав на Землю тысячи снимков планеты, его спутников и колец. Благодаря этим фотографиям, учёные обнаружили 10 новых спутников, два новых кольца и исследовали девять уже известных.
Кольца Урана
Сам Уран получился достаточно невыразительным на фотографиях в видимом спектре, но вот снимки его спутников, в частности Миранды, удивили исследователей.
Слева направо: Миранда, Ариэль, Умбриэль, Титания и Оберон
До этого считалось что маленькие спутники быстро охлаждаются после своего образования, и представляют собой однообразную пустыню, испещрённую кратерами. Однако выяснилось, что на поверхности Миранды пролегают долины и горные хребты, среди которых были заметны скалистые утёсы. Это говорит о том, что история луны богата тектоническими и термальными явлениями.
На фотографии слева - Титания. Справа - Миранда.
"Прошальное" фото Урана
Нептун
24 августа 1989 года аппарат пролетел в 48 тыс. км от поверхности Нептуна, который с 2008 года считается последней планеты Солнечной системы. Несмотря на то, что к тому моменту полет длился уже 12 лет, отклонение корабля от начального графика составило всего несколько минут.
Были получены красивые снимки Нептуна и его уникального путника Тритона. На Тритоне были обнаружен криовулканизм, что стало большой неожиданностью для всех участников проекта.
"Вояджер-2" покидает Нептун и Тритон. Одна из последних сделанных аппаратом фотографий
Технические проблемы и их решение
Поскольку полёт «Вояджера-2» продлился гораздо дольше, чем было запланировано, ученым сопровождавшим миссию, пришлось решить огромное количество технических проблем. Заложенные изначально правильные подходы к конструированию аппаратов позволили это сделать. К наиболее значимым и успешно решённым проблемам можно отнести:
*Выход из строя компенсатора частоты сигнала радиопередатчика. Это устройство должно было подстраивать несущую частоту радиопередатчика в связи с тем, что она, у двигающегося со скоростью порядка 11,5 км/с аппарата, испытывает значительное смещение Допплера. Проблема была решена созданием в максимально сжатые сроки земного аналога этого устройства, но уже для наземного приёмного комплекса, работающего до сих пор. Без него связь с аппаратом была бы невозможна.
*Выход из строя одной из ячеек оперативной памяти бортовой ЭВМ - программу удалось переписать и загрузить так, что этот бит перестал влиять на нее.
*На определённом участке полёта применявшаяся система кодирования управляющего сигнала уже переставала отвечать требованиям достаточной помехозащищённости из-за ухудшения отношения сигнал/шум. В бортовую ЭВМ была загружена новая программа, осуществлявшая кодирование гораздо более защищённым кодом (был применён двойной код Рида - Соломона). Самое интересное то, что в 1977 году этот способ кодировки еще не существовал.
*В 2010 году, получив искаженное сообщение от зонда, команда провела тщательный дамп памяти, используя один из резервных компьютеров, и выяснила, что один бит в программе изменился с 0 на 1. Перезагрузка программы все исправила.
*При пролёте плоскости колец Сатурна бортовая поворотная платформа с телекамерами была заклинена, возможно, частицей этих колец. Осторожные попытки поворота её несколько раз в противоположные стороны позволили, в конце концов, разблокировать платформу.
*Падение мощности питающих изотопных элементов потребовало составления сложных циклограмм работы бортового оборудования, часть которого начали время от времени отключать, чтобы предоставить другой части достаточно электроэнергии.
*Огромное удаление аппарата от Земли потребовало многократной модернизации наземного приёмо-передающего комплекса, чтобы принимать слабеющий сигнал.
Планета X
Данные полученные "Вояджером-2" позволили ученым положить конец почти вековой дискуссии о существовании т.н. Планеты X - гипотетического небесного тела, оказывающего необъяснимое влияние на орбиту Урана. Поиски этого тела привели к открытию Плутона - но когда выяснилось что его масса составляет лишь 0,002% от земной стало понятно, что он никак не может вызывать такие отклонения.
Точка в этой истории была поставлена в 1994 году, когда по результатам уточнения массы Нептуна, проведенного на основании анализа данных полученных “Вояджером-2”, выяснилось что она на 0,5% меньше расчетной (разница была сопоставима с массой Марса). В результате исчезли несоответствия в орбите Урана, а с ними и надобность в Планете X.
Настоящее и будущее
В настоящее время, "Вояджер-2" находится на расстоянии 102 а.е. от Солнца и продолжает удаляться от него еще на 3.2 а.е. в год (для сравнения - "Вояджер-1" находится на расстоянии 125 а.е. от Солнца). Данные полученные с зонда позволяют предположить что гелиосфера ( "пузырь", в пределах которого Солнце, его магнитное поле и солнечный ветер доминируют над межзвёздной средой), имеет выпуклость, направленную наружу (в северном полушарии нашей системы), и впадину, направленную внутрь (в южном полушарии).
И так как "Вояджер-2" летит как раз в “южном” направлении, то это означает, что он может успеть выйти в межзвездное пространство еще до того, как иссякнут его радиоизотопные элементы, что случится между 2020 и 2025 годами.
После того как будет утеряна связь, аппарат отправится в бесконечной путешествие к звездам. Через 40 000 лет Вояджер-2 пройдет на расстоянии 1.7 световых года от звезды Росс 248, а еще через 256 000 лет подойдет на расстояние 4.3 световых года к Сириусу. На его борту каждого из “Вояджеров” находится золотая пластинка с нашим посланием к другим цивилизациям. Возможно, однажды какой-то другой разумный вид получит его и сможет расшифровать.
36 лет назад в космос был запущен космический аппарат “Вояджер-2”. И хотя в последние годы его более быстро летящий брат-близнец “Вояджер-1” куда больше на слуху (чего стоят одни споры насчет того, вышел он за пределы Солнечной системы или нет), не стоит забывать что “Вояджер-2” по-прежнему удерживает уникальное достижение - еще ни одному космическому аппарату ни до, ни после него не удавалось изучить одним заходом четыре планеты Солнечной системы. Причем, если к Сатурну и Юпитеру позже запускались другие аппараты, то Уран и Нептун с тех пор больше никто не посещал. Так что неизвестно, сколько еще десятилетий нам придется довольствоваться той информацией, что передал “Вояджер-2”.
Замысел
А началось все в конце 60-х годов. Благодаря тому, что все планеты-гиганты удачно расположились в сравнительно узком секторе, образовав своего рода гигантскую "дугу" (такое событие бывает раз в 175 лет), инженеры NASA задумали миссию, которая смогла одним бы заходом изучить все четыре планеты за очень короткий промежуток времени используя их гравитационное поле для ускорения.
Один из авторов и бессменный руководителей программы "Вояджер" профессор Эд Стоун. Что интересно, большинство нынешних участников проекта родилось позже, чем были запущены сами аппараты.
Изначальный план состоял в том, чтобы отправить в космос четыре космических корабля - но из-за значительного урезания бюджета NASA в начале 70-х, деньги были выделены только на два зонда которые должны были изучить Юпитер и Сатурн. К счатью, создателям аппарата удалось добиться плана полета, предусматривающего возможность продления миссии "Вояджера-2" для изучения Урана и Нептуна. Для этого требовалось, чтобы “Вояджер-1” полностью выполнил все поставленные перед им задачи. К счастью, “Вояджер-1” сработал безупречно.
Старт
В соответствии с практикой тех лет, всего было построено три аппарата с бортовыми номерами VGR 77-1, VGR 77-2 и VGR 77-3. Последний был резервным, на тот случай если на каком-то из основных аппаратов будут обнаружены неполадки. Эта практика полностью себя оправдала когда на испытаниях аппарата с номером VGR 77-2 возникли проблемы - и потому его пришлось заменить на VGR 77-3, который и был запущен 20 августа 1977 года и известен теперь как "Вояджер-2".
Через две недели, 5 сентября 1977 года стартовал "Вояджер-1". Кому-то может показаться странным, что аппарат с номером 2 стартует раньше чем номер 1 - но первый Вояджер шел по более быстрой и экономичной траектории, и потому вскоре обогнал своего “брата”. VGR 77-2 же остался на Земле и сейчас инженеры отрабатывают на нем все команды, перед тем как передать их непосредственно на сами аппараты.
Юпитер
Зонд достиг Юпитера в июле 1979 году. “Вояджер-2” более близко подошёл к Европе и Ганимеду, чем “Вояджер-1” - переданные им снимки позволили выдвинуть гипотезу о существовании жидкого океана под поверхностью Европы.
Слева направо и сверху вниз: Ио, Европа, Ганимед, Каллисто
Обследование самого крупного спутника в Солнечной системе Ганимеда, показало, что он покрыт корой "грязного" льда, а его поверхность значительно старше поверхности Европы. Кроме того, пролетая мимо спутника Юпитера Ио, "Вояджер-2" подтвердил его продолжающуюся вулканическую активность, которая по словам Эда Стоуна является его персонально самым любимым открытием, сделанным в ходе миссии.
Ио на фоне Юпитера
Сатурн
Август 1981 года. Аппарат пролетает вблизи Сатурна и передает подробные фотографии газового гиганта, его колец и спутников (в том числе, Тефии, Япета и Энцелада).
Энцелад и Япет
Далее пути зондов разошлись - как и планировалось, NASA отказалось от изучения "Вояджером-2" Титана в пользу двух планет-гигантов. Аппарат направился в пятилетнее путешествие к Урану.
На фотографии справа изображен фрагмент колец Сатурна. На фотографии слева - прощальное фото навсегда покидавшего нашу систему "Вояджера-1".
Уран
В январе 1985 года "Вояджер-2" пролетел вблизи Урана, передав на Землю тысячи снимков планеты, его спутников и колец. Благодаря этим фотографиям, учёные обнаружили 10 новых спутников, два новых кольца и исследовали девять уже известных.
Кольца Урана
Сам Уран получился достаточно невыразительным на фотографиях в видимом спектре, но вот снимки его спутников, в частности Миранды, удивили исследователей.
Слева направо: Миранда, Ариэль, Умбриэль, Титания и Оберон
До этого считалось что маленькие спутники быстро охлаждаются после своего образования, и представляют собой однообразную пустыню, испещрённую кратерами. Однако выяснилось, что на поверхности Миранды пролегают долины и горные хребты, среди которых были заметны скалистые утёсы. Это говорит о том, что история луны богата тектоническими и термальными явлениями.
На фотографии слева - Титания. Справа - Миранда.
"Прошальное" фото Урана
Нептун
24 августа 1989 года аппарат пролетел в 48 тыс. км от поверхности Нептуна, который с 2008 года считается последней планеты Солнечной системы. Несмотря на то, что к тому моменту полет длился уже 12 лет, отклонение корабля от начального графика составило всего несколько минут.
Были получены красивые снимки Нептуна и его уникального путника Тритона. На Тритоне были обнаружен криовулканизм, что стало большой неожиданностью для всех участников проекта.
"Вояджер-2" покидает Нептун и Тритон. Одна из последних сделанных аппаратом фотографий
Технические проблемы и их решение
Поскольку полёт «Вояджера-2» продлился гораздо дольше, чем было запланировано, ученым сопровождавшим миссию, пришлось решить огромное количество технических проблем. Заложенные изначально правильные подходы к конструированию аппаратов позволили это сделать. К наиболее значимым и успешно решённым проблемам можно отнести:
*Выход из строя компенсатора частоты сигнала радиопередатчика. Это устройство должно было подстраивать несущую частоту радиопередатчика в связи с тем, что она, у двигающегося со скоростью порядка 11,5 км/с аппарата, испытывает значительное смещение Допплера. Проблема была решена созданием в максимально сжатые сроки земного аналога этого устройства, но уже для наземного приёмного комплекса, работающего до сих пор. Без него связь с аппаратом была бы невозможна.
*Выход из строя одной из ячеек оперативной памяти бортовой ЭВМ - программу удалось переписать и загрузить так, что этот бит перестал влиять на нее.
*На определённом участке полёта применявшаяся система кодирования управляющего сигнала уже переставала отвечать требованиям достаточной помехозащищённости из-за ухудшения отношения сигнал/шум. В бортовую ЭВМ была загружена новая программа, осуществлявшая кодирование гораздо более защищённым кодом (был применён двойной код Рида - Соломона). Самое интересное то, что в 1977 году этот способ кодировки еще не существовал.
*В 2010 году, получив искаженное сообщение от зонда, команда провела тщательный дамп памяти, используя один из резервных компьютеров, и выяснила, что один бит в программе изменился с 0 на 1. Перезагрузка программы все исправила.
*При пролёте плоскости колец Сатурна бортовая поворотная платформа с телекамерами была заклинена, возможно, частицей этих колец. Осторожные попытки поворота её несколько раз в противоположные стороны позволили, в конце концов, разблокировать платформу.
*Падение мощности питающих изотопных элементов потребовало составления сложных циклограмм работы бортового оборудования, часть которого начали время от времени отключать, чтобы предоставить другой части достаточно электроэнергии.
*Огромное удаление аппарата от Земли потребовало многократной модернизации наземного приёмо-передающего комплекса, чтобы принимать слабеющий сигнал.
Планета X
Данные полученные "Вояджером-2" позволили ученым положить конец почти вековой дискуссии о существовании т.н. Планеты X - гипотетического небесного тела, оказывающего необъяснимое влияние на орбиту Урана. Поиски этого тела привели к открытию Плутона - но когда выяснилось что его масса составляет лишь 0,002% от земной стало понятно, что он никак не может вызывать такие отклонения.
Точка в этой истории была поставлена в 1994 году, когда по результатам уточнения массы Нептуна, проведенного на основании анализа данных полученных “Вояджером-2”, выяснилось что она на 0,5% меньше расчетной (разница была сопоставима с массой Марса). В результате исчезли несоответствия в орбите Урана, а с ними и надобность в Планете X.
Настоящее и будущее
В настоящее время, "Вояджер-2" находится на расстоянии 102 а.е. от Солнца и продолжает удаляться от него еще на 3.2 а.е. в год (для сравнения - "Вояджер-1" находится на расстоянии 125 а.е. от Солнца). Данные полученные с зонда позволяют предположить что гелиосфера ( "пузырь", в пределах которого Солнце, его магнитное поле и солнечный ветер доминируют над межзвёздной средой), имеет выпуклость, направленную наружу (в северном полушарии нашей системы), и впадину, направленную внутрь (в южном полушарии).
И так как "Вояджер-2" летит как раз в “южном” направлении, то это означает, что он может успеть выйти в межзвездное пространство еще до того, как иссякнут его радиоизотопные элементы, что случится между 2020 и 2025 годами.
После того как будет утеряна связь, аппарат отправится в бесконечной путешествие к звездам. Через 40 000 лет Вояджер-2 пройдет на расстоянии 1.7 световых года от звезды Росс 248, а еще через 256 000 лет подойдет на расстояние 4.3 световых года к Сириусу. На его борту каждого из “Вояджеров” находится золотая пластинка с нашим посланием к другим цивилизациям. Возможно, однажды какой-то другой разумный вид получит его и сможет расшифровать.