Невозобновляемые ресурсы “Вояджеров”
Как известно, “Вояджер 1” и “Вояджер 2” являются не просто самыми удаленными от Земли объектами сделанными людьми, но при этом оба аппарата еще и продолжают исправно работать и имеют все шансы встретить 40 летний юбилей своего запуска в достаточно неплохом (для своего почтенного возраста), состоянии. Вообще, с учетом того, что расчетный срок службы “Вояджеров” составлял всего 4 года, оба проявили себя самым наилучшим образом и в принципе, могли бы работать еще очень и очень долго. Но, к сожалению, даже при безотказной работе техники, в реальности срок службы аппаратов ограничен двумя невозобновляемыми ресурсами.
Первый - это запасы энергии. На каждом из аппаратов установлено три радиоизотопных термоэлектрических генератора. Вес такого генератора составляет 39 килограмм, снаружи он покрыт защитной бериллиевой оболочкой, внутри которой находится 24 сферы из диоксида плутония 238, общим весом 4.5 килограмма. При распаде плутония выделяется тепло, которое затем преобразуется в электроэнергию. Начальная мощность такого генератора составляла 157 ватт, что давало суммарную мощность в 470 ватт (при напряжении 30 вольт постоянного тока) на момент запуска аппарата.
Поскольку период полураспада плутония-238 составляет 87,7 лет, в теории, каждый год мощность выдаваемая его генератором должна уменьшаться на 0.79%. В реальности, эта цифра куда больше, так как одновременно с полураспадом плутония происходит и постепенная деградация биметаллической термопары, которая собственно и преобразует тепло в электроэнергию. В случае с “Вояджерами”, КПД термопары правда оказался выше, чем предполагалось до старта миссии.
Тем не менее, к настоящему моменту (чтобы совсем точным, взяты данные за 22 ноября 2013 года), мощность, выдаваемая радиоизотопными генераторами “Вояджера-1” составила 259.1 ватта, “Вояджера-2” - 260.4 ватта. На начало года, эти показатели соответственно равнялись 262.8 и 263.9 ватта.
Инженеры NASA сделали все возможное, чтобы максимально уменьшить энергопотребление и отключили все возможные лишние датчики, основные двигатели (у аппаратов есть запасные двигатели и было сочтено неразумным использовать энергию на оба комплекта), инструменты и камеры.
Нептун и Тритон. Вероятно, последний снимок "Вояджера 2". 3 сентября 1989 года.
Дело в том, что “Вояджеры” настолько далеко удалились от нас (к 2027 года, “Вояджер 1” будет находиться на расстоянии одного светового дня от Солнца), что уже все равно не смогут ничего сфотографировать.
А это соответственная наверно самая знаменитя (и одна из последних) фотографий "Вояджера 1", сделанная в 1990 году. Это маленькая голубая точка - Земля, снятая с расстояния в 6 миллиардов километров. Сейчас он удалился уже на 19 миллиардов километров от нашей планеты.
Выключив все, что возможно, инженеры выиграли пару лишних лет для работы аппаратов. Но тем не менее, когда мощность упадет до 240 ватт (ориентировочно, 2020 год), начнется отключение всех оставшихся работающих приборов. Это приемник плазменных волн, магнитометр, детектор космических лучей, датчик заряженных частиц и ультрафиолетовый спектрометр. Что касается последнего, то интересно, что инженеры гарантировали его работоспособность при температурах лишь до -35 °C. Но даже после полного отключения обогрева, он все еще продолжает работать, хотя уже охладился до температуры менее -79 °C (ее точное значение неизвестно, ибо датчик температуры в приборе просто не показывает значения ниже этой планки).
Когда же мощность опустится ниже 220 ватт, поддержание радиосвязи с зондами станет невозможным. Это случится примерно в 2025 году.
Вторым ресурсом, без которого невозможна работа аппарата, является его топливо, в качестве которого используется гидразин. На момент старта, на борту каждого аппарата находилось порядка 115 килограмм гидразина. Сейчас, у "Вояджера 1" остался 21.5 килограмм гидразина, у "Вояджера 2" - 26.5 килограммов. В целом, аппараты достаточно эффективно используют этот ресурс. Для сравнения, в 1995 году у первого “Вояджера” было 34 килограмма гидразина, у второго - 36.3 килограмма.
Основная масса гидразина была использована для коррекции траекторий аппаратов при исследовании планет-гигантов. Кроме этой цели, топливо используется для сохранения ориентации аппарата в пространстве и нацеливания его антенны на Землю, без чего невозможно поддержание радиосвязи. Также, раз в два месяца, аппараты совершают поворот на 360 градусов с целью калибрации магнитометров. Поскольку, запасы энергии на борту аппаратов все равно иссякнут раньше, чем топливо, инженеры NASA весь 2011 год активно использовали двигатели “Вояджера 1”, устроив серию маневров, с целью определения точного направления солнечного ветра. Впрочем, сейчас Вояджер 1 покинул гелиосферу, так что в ближайшее время он вряд ли будет активно сжигать оставшееся топливо.
Данные "Вояджера 1", показывающие фактически полную остановку солнечного ветра в момент прохождения им гелиопаузы и выхода в межзвездное пространство.
В целом, миссия “Вояджеров”, помимо всей ее научной значимости, является также отличным примером того, насколько долго в принципе может функционировать космическая техника. Если даже зонды, построенные по технологии 70-х, могут функционировать 50 лет и основным ограничителем их жизни будет являться садящаяся батарейка, то что говорить про то, сколько в принципе может проработать построенный по современным технологиям зонд, сконструированный специально для отправки в межзвездное пространство.
Одна из предлагавшихся концепций - оснащенный ионными двигателями зонд для исследования межзвездного пространства, который должен был развивать скорость до 8 астрономических единиц в год. Для сравнения, "Вояджер-1" ежегодно удаляется на 3.6 астрономические единицы.
Насколько я знаю, некоторое время прорабатывалось несколько вариантов запуска межзвездных разведчиков, сроки миссий которых составил бы от 100 до 1000 лет - и по крайней мере с точки зрения возможности техники проработать такие срок, это не выглядит невозможным. Пока что основная загвоздка заключается лишь в крайне небольшой скорости, которую можно достичь используя современные технологии (а проекты типа “Ориона” к сожалению никогда не пропустит экологическое лобби). Правда, я питаю, пускай и не слишком сильную, но надежду, что в среднесрочной перспективе проблемы тяги будут хотя бы частично решены. По крайней мере, лично мне не хотелось бы, чтобы “Вояджеры” так и остались единственными в этом столетии аппаратами, которым доведется побывать в межзвездном пространстве.
Первый - это запасы энергии. На каждом из аппаратов установлено три радиоизотопных термоэлектрических генератора. Вес такого генератора составляет 39 килограмм, снаружи он покрыт защитной бериллиевой оболочкой, внутри которой находится 24 сферы из диоксида плутония 238, общим весом 4.5 килограмма. При распаде плутония выделяется тепло, которое затем преобразуется в электроэнергию. Начальная мощность такого генератора составляла 157 ватт, что давало суммарную мощность в 470 ватт (при напряжении 30 вольт постоянного тока) на момент запуска аппарата.
Поскольку период полураспада плутония-238 составляет 87,7 лет, в теории, каждый год мощность выдаваемая его генератором должна уменьшаться на 0.79%. В реальности, эта цифра куда больше, так как одновременно с полураспадом плутония происходит и постепенная деградация биметаллической термопары, которая собственно и преобразует тепло в электроэнергию. В случае с “Вояджерами”, КПД термопары правда оказался выше, чем предполагалось до старта миссии.
Тем не менее, к настоящему моменту (чтобы совсем точным, взяты данные за 22 ноября 2013 года), мощность, выдаваемая радиоизотопными генераторами “Вояджера-1” составила 259.1 ватта, “Вояджера-2” - 260.4 ватта. На начало года, эти показатели соответственно равнялись 262.8 и 263.9 ватта.
Инженеры NASA сделали все возможное, чтобы максимально уменьшить энергопотребление и отключили все возможные лишние датчики, основные двигатели (у аппаратов есть запасные двигатели и было сочтено неразумным использовать энергию на оба комплекта), инструменты и камеры.
Нептун и Тритон. Вероятно, последний снимок "Вояджера 2". 3 сентября 1989 года.
Дело в том, что “Вояджеры” настолько далеко удалились от нас (к 2027 года, “Вояджер 1” будет находиться на расстоянии одного светового дня от Солнца), что уже все равно не смогут ничего сфотографировать.
А это соответственная наверно самая знаменитя (и одна из последних) фотографий "Вояджера 1", сделанная в 1990 году. Это маленькая голубая точка - Земля, снятая с расстояния в 6 миллиардов километров. Сейчас он удалился уже на 19 миллиардов километров от нашей планеты.
Выключив все, что возможно, инженеры выиграли пару лишних лет для работы аппаратов. Но тем не менее, когда мощность упадет до 240 ватт (ориентировочно, 2020 год), начнется отключение всех оставшихся работающих приборов. Это приемник плазменных волн, магнитометр, детектор космических лучей, датчик заряженных частиц и ультрафиолетовый спектрометр. Что касается последнего, то интересно, что инженеры гарантировали его работоспособность при температурах лишь до -35 °C. Но даже после полного отключения обогрева, он все еще продолжает работать, хотя уже охладился до температуры менее -79 °C (ее точное значение неизвестно, ибо датчик температуры в приборе просто не показывает значения ниже этой планки).
Когда же мощность опустится ниже 220 ватт, поддержание радиосвязи с зондами станет невозможным. Это случится примерно в 2025 году.
Вторым ресурсом, без которого невозможна работа аппарата, является его топливо, в качестве которого используется гидразин. На момент старта, на борту каждого аппарата находилось порядка 115 килограмм гидразина. Сейчас, у "Вояджера 1" остался 21.5 килограмм гидразина, у "Вояджера 2" - 26.5 килограммов. В целом, аппараты достаточно эффективно используют этот ресурс. Для сравнения, в 1995 году у первого “Вояджера” было 34 килограмма гидразина, у второго - 36.3 килограмма.
Основная масса гидразина была использована для коррекции траекторий аппаратов при исследовании планет-гигантов. Кроме этой цели, топливо используется для сохранения ориентации аппарата в пространстве и нацеливания его антенны на Землю, без чего невозможно поддержание радиосвязи. Также, раз в два месяца, аппараты совершают поворот на 360 градусов с целью калибрации магнитометров. Поскольку, запасы энергии на борту аппаратов все равно иссякнут раньше, чем топливо, инженеры NASA весь 2011 год активно использовали двигатели “Вояджера 1”, устроив серию маневров, с целью определения точного направления солнечного ветра. Впрочем, сейчас Вояджер 1 покинул гелиосферу, так что в ближайшее время он вряд ли будет активно сжигать оставшееся топливо.
Данные "Вояджера 1", показывающие фактически полную остановку солнечного ветра в момент прохождения им гелиопаузы и выхода в межзвездное пространство.
В целом, миссия “Вояджеров”, помимо всей ее научной значимости, является также отличным примером того, насколько долго в принципе может функционировать космическая техника. Если даже зонды, построенные по технологии 70-х, могут функционировать 50 лет и основным ограничителем их жизни будет являться садящаяся батарейка, то что говорить про то, сколько в принципе может проработать построенный по современным технологиям зонд, сконструированный специально для отправки в межзвездное пространство.
Одна из предлагавшихся концепций - оснащенный ионными двигателями зонд для исследования межзвездного пространства, который должен был развивать скорость до 8 астрономических единиц в год. Для сравнения, "Вояджер-1" ежегодно удаляется на 3.6 астрономические единицы.
Насколько я знаю, некоторое время прорабатывалось несколько вариантов запуска межзвездных разведчиков, сроки миссий которых составил бы от 100 до 1000 лет - и по крайней мере с точки зрения возможности техники проработать такие срок, это не выглядит невозможным. Пока что основная загвоздка заключается лишь в крайне небольшой скорости, которую можно достичь используя современные технологии (а проекты типа “Ориона” к сожалению никогда не пропустит экологическое лобби). Правда, я питаю, пускай и не слишком сильную, но надежду, что в среднесрочной перспективе проблемы тяги будут хотя бы частично решены. По крайней мере, лично мне не хотелось бы, чтобы “Вояджеры” так и остались единственными в этом столетии аппаратами, которым доведется побывать в межзвездном пространстве.