Cách hoạt động của Voyager

Vào thời điểm này, hai tàu vũ trụ được phóng từ Trái đất vào năm 1977 lao qua không gian với tốc độ hơn 30.000 dặm / giờ (48.280 km / h). Cả hai đều ở cách xa vài tỷ dặm, xa Trái đất hơn bất kỳ vật thể nhân tạo nào khác. Vào ngày 25 tháng 8 năm 2012, một trong số chúng đã vượt vào không gian giữa các vì sao, khiến tàu vũ trụ đầu tiên rời khỏi hệ mặt trời

Tàu du hành 1 và 2 mang thông điệp được mã hóa đến các nền văn minh tiềm năng của người ngoài hành tinh . Họ đã dạy cho các nhà khoa học rất nhiều về heliosheath , lớp ngoài cùng của hệ mặt trời. Nhưng không có cái nào trong số này thậm chí là thứ chúng được thiết kế cho.

Các tàu vũ trụ Voyager được chế tạo để bay qua các hành tinh bên ngoài ( sao Mộc , sao Thổ , sao Hải Vương và sao Thiên Vương ) và nghiên cứu kỹ chúng, lần đầu tiên trong lịch sử loài người chúng được quan sát cận cảnh. Con tàu vũ trụ đã thành công rực rỡ, thúc đẩy khoa học hành tinh bằng những bước nhảy vọt. Chỉ sau khi hoàn thành sứ mệnh chính của mình, họ mới tiếp tục trở thành những nhà thám hiểm tầm xa nhất của Trái đất.

Tuy nhiên, đó là một vấn đề cực kỳ may mắn và thời gian mà các nhiệm vụ hoàn toàn có thể thực hiện được - và một sự xui xẻo tương đương đã suýt đánh đắm dự án Voyager trước khi nó rời khỏi mặt đất. Những sứ mệnh đầy tham vọng này là sản phẩm của những tiến bộ mới trong khoa học và toán học về quỹ đạo quỹ đạo, nhưng chúng gần như bị bỏ rơi bởi chương trình tàu con thoi đắt tiền. Hầu như mọi sứ mệnh không gian không người lái được thực hiện ngày nay đều dựa vào kiến ​​thức và kinh nghiệm thu được từ các tàu Du hành.

Chúng ta sẽ xem xét kỹ các tàu thăm dò vũ trụ Voyager vô duyên và tất cả các thiết bị kỹ thuật mà chúng mang theo trên tàu. Chúng ta sẽ theo dõi quỹ đạo của chúng từ các giai đoạn phát triển cho đến số phận cuối cùng của chúng cách xa Trái đất vài năm ánh sáng . Trên đường đi sẽ có các điểm dừng tại các hành tinh lớn nhất trong hệ mặt trời của chúng ta. Và nếu bạn đang tự hỏi có gì trên các bản ghi vàng mà mỗi Voyager mang theo như những thông điệp về các dạng sống ngoài hành tinh, chúng tôi sẽ cung cấp cho họ một vòng quay. Liệu có người ngoài hành tinh nào tìm thấy chúng không?

1. Chuyến du hành 1 và 2: Chuyến tham quan lớn
2. Thiết bị hành trình
3. Tới Neptune và Beyond
4. Kỷ lục vàng của chuyến du hành

Những năm 1970 là một giai đoạn chuyển tiếp cho nỗ lực không gian của Hoa Kỳ. Chương trình Apollo sắp kết thúc và NASA đang cố gắng tìm ra hình thức mà phi hành đoàn có người lái sẽ diễn ra. Các sứ mệnh của Mariner đã mở rộng kiến ​​thức của chúng ta về các hành tinh bên trong bằng cách gửi các tàu thăm dò không gian bay qua (và trong một số trường hợp là quỹ đạo) sao Hỏa , sao Kim và sao Thủy . Đã có kế hoạch dự kiến ​​cử một sứ mệnh của Mariner đến thăm một số hành tinh bên ngoài, nhưng sử dụng động cơ tên lửa hóa học , một chuyến đi như vậy sẽ mất 15 năm hoặc hơn.

Đồng thời, những tiến bộ quan trọng đã được thực hiện trong khoa học về quỹ đạo quỹ đạo được hỗ trợ bởi trọng lực . Trong khi toán học và vật lý liên quan khá phức tạp, ý tưởng cơ bản là một tàu vũ trụ có thể sử dụng lực hấp dẫn của một hành tinh gần đó để tăng vận tốc cho nó miễn là tàu vũ trụ đi theo quỹ đạo thích hợp. Hành tinh có khối lượng càng cao thì lực hấp dẫn càng mạnh và lực đẩy càng lớn. Điều đó có nghĩa là một khi tàu thăm dò không gian đến được sao Mộc (hành tinh lớn nhất trong hệ mặt trời của chúng ta ), nó có thể sử dụng lực hấp dẫn của sao Mộc như một khẩu súng cao su và đi ra ngoài để khám phá các hành tinh xa hơn.

Vào năm 1965, một kỹ sư tên là Gary Flandro nhận thấy rằng vào giữa những năm 1970, các hành tinh bên ngoài sẽ được sắp xếp theo cách để tạo điều kiện cho một tàu vũ trụ có thể đến thăm tất cả chúng bằng cách sử dụng một loạt các động cơ hỗ trợ trọng lực [nguồn: Evans ]. Sự liên kết cụ thể này không chỉ là một sự kiện xảy ra một lần trong đời - nó sẽ không xảy ra nữa trong 176 năm nữa. Thật là một sự trùng hợp đáng kinh ngạc khi khả năng kỹ thuật để thực hiện một sứ mệnh như vậy đã được phát triển vài năm trước khi các hành tinh xếp hàng để thực hiện nó.

Ban đầu, dự án đầy tham vọng, được gọi là Grand Tour, sẽ gửi một loạt tàu thăm dò đến thăm tất cả các hành tinh bên ngoài. Tuy nhiên, vào năm 1972, dự kiến ​​ngân sách cho dự án đã lên tới 900 triệu đô la và NASA đang lên kế hoạch phát triển tàu con thoi [nguồn: Evans ]. Với chi phí phát triển tàu con thoi khổng lồ, Grand Tour đã bị hủy bỏ và thay thế bằng một hồ sơ nhiệm vụ khiêm tốn hơn. Đây sẽ là một phần mở rộng của chương trình Mariner, được gọi là sứ mệnh Mariner Jupiter-Saturn (MJS). Dựa trên nền tảng Mariner và được cải thiện với kiến ​​thức thu được từ chuyến bay ngang qua Sao Mộc năm 1973 của Pioneer 10, các tàu thăm dò mới cuối cùng có tên là Voyager. Thiết kế được hoàn thành vào năm 1977. Các kỹ sư lạc quan của NASA cho rằng họ có thể sử dụng quỹ đạo hỗ trợ trọng lực để đến Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương nếu sứ mệnh ban đầu thăm Sao Mộc và Sao Thổ (và một số mặt trăng của chúng) hoàn thành thành công. Ý tưởng về Grand Tour vụt sáng trở lại.

Kế hoạch cuối cùng của sứ mệnh Voyager trông như thế này: Hai tàu vũ trụ (Voyager 1 và Voyager 2) sẽ được phóng cách nhau vài tuần. Du hành 1 sẽ bay qua Sao Mộc và một số mặt trăng của Sao Mộc từ một khoảng cách tương đối gần, quét và chụp ảnh. Du hành 2 cũng sẽ bay qua Sao Mộc, nhưng ở một khoảng cách thận trọng hơn. Nếu mọi việc suôn sẻ, cả hai tàu thăm dò sẽ được phóng về phía Sao Thổ bởi lực hấp dẫn của Sao Mộc. Sau đó, tàu du hành 1 sẽ điều tra sao Thổ, đặc biệt là các vành đai, cũng như mặt trăng Titan. Tại thời điểm đó, quỹ đạo của Voyager 1 sẽ đưa nó ra khỏi quỹ đạo của hệ mặt trời (mặt phẳng quỹ đạo của các hành tinh), ra khỏi tất cả các hành tinh khác, và cuối cùng là ra khỏi chính hệ mặt trời.

Trong khi đó, Tàu du hành 2 sẽ đến thăm Sao Thổ và một số mặt trăng của Sao Thổ. Nếu nó vẫn hoạt động bình thường khi hoàn thành, nó sẽ được thúc đẩy bởi lực hấp dẫn của Sao Thổ để ghé thăm Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương trước khi rời khỏi hoàng đạo và ra khỏi hệ Mặt Trời. Đây được coi là một cú sút xa, nhưng thật tuyệt vời, mọi thứ đều diễn ra đúng như kế hoạch.

Tiếp theo, những người tham gia hành trình đã mang vào không gian loại phần cứng nào?

Cái nào ra mắt trước?

Tàu du hành 2 được phóng từ Cape Canaveral, Fla., Trên tàu tên lửa Titan-Centaur vào ngày 20 tháng 8 năm 1977. Chuyến du hành 1 được phóng vào ngày 5 tháng 9 năm 1977. Tại sao việc đánh số lại bị đảo ngược? Khi trên đường đến các hành tinh bên ngoài, Du hành 1 đi ngang qua Du hành 2 và đến Sao Mộc trước. NASA cho rằng công chúng sẽ bối rối nếu Voyager 2 bắt đầu báo cáo lại trước, vì vậy việc đánh số không tuân theo thứ tự phóng.

Cả hai tàu vũ trụ Voyager đều giống hệt nhau. Chúng không có kiểu dáng đẹp, khí động học vì không có ma sát khí động học trong không gian để lo lắng. Với trọng lượng 1,592 pound (722 kg), chúng được tạo thành từ một chiếc xe buýt chính, một ăng-ten có độ lợi cao, ba cần giữ các thiết bị khoa học và bộ nguồn, cùng hai ăng ten khác.

Xe buýt chính là phần thân của tàu Voyager. Đó là một hộp 10 cạnh có chiều ngang 5,9 feet (1,8 mét) và nó chứa một số dụng cụ khoa học, thiết bị điện tử và một thùng nhiên liệu cho động cơ đẩy tên lửa. Các bộ đẩy được sử dụng để định hướng lại tàu khi nó di chuyển trong không gian.

Được gắn trên đầu của xe buýt chính, ăng ten độ lợi cao có chiều ngang 12 feet (3,7 mét) và trông giống như một đĩa vệ tinh. Ăng-ten này là cách những người Du hành nhận lệnh từ Trái đất và gửi dữ liệu mà họ thu thập được trở lại. Bất kể tàu vũ trụ Voyager bay ở đâu, ăng ten độ lợi cao luôn hướng về Trái đất.

Một trong những cần kéo dài ra khỏi xe buýt chính mang theo nguồn cung cấp nhiệt điện đồng vị phóng xạ của Voyager . Các viên plutonium dioxide giải phóng nhiệt thông qua quá trình phân hủy tự nhiên. Nhiệt này được biến đổi thành điện năng bằng cách sử dụng một loạt các cặp nhiệt điện. Mặc dù công suất đầu ra không quá mạnh nhưng nó cung cấp năng lượng cho các thiết bị điện tử và dụng cụ trên tàu Voyagers trong một thời gian rất dài. Nguồn điện dự kiến ​​sẽ cạn kiệt hoàn toàn cho đến năm 2020. Nguồn điện được đặt trong một vụ bùng nổ để giữ cho bức xạ không gây nhiễu các thiết bị khoa học khác.

Hai cần còn lại mang theo một loạt nhạc cụ. Bao gồm các:

[nguồn: Evans, Dethloff & Schorn ]

Có lẽ công cụ quan trọng nhất trên tàu Voyagers, theo như công chúng được biết, là máy ảnh. Cũng được gắn trên cần thiết bị, các camera có độ phân giải 800x800, với cả phiên bản góc rộng và trường ảnh hẹp. Các máy ảnh đã quay lại những bức ảnh chưa từng có về các hành tinh bên ngoài và cho chúng ta quan điểm về hệ mặt trời mà chúng ta chưa từng chứng kiến ​​trước đây (bao gồm cả cảnh quay khởi hành nổi tiếng cho thấy cả Trái đất và Mặt trăng của Trái đất trong cùng một khung hình). Sự bùng nổ mang máy ảnh có thể được di chuyển độc lập với phần còn lại của nghề.

Hệ thống máy tính của Voyager cũng rất ấn tượng. Biết rằng thiết bị này sẽ tự hoạt động trong phần lớn thời gian, với độ trễ giữa lệnh và phản hồi từ Trái đất ngày càng dài khi tàu đi vào không gian càng xa, các kỹ sư đã phát triển một hệ thống máy tính tự sửa chữa . Máy tính có nhiều mô-đun so sánh dữ liệu mà chúng nhận được và các hướng dẫn đầu ra mà chúng quyết định. Nếu một mô-đun khác với những mô-đun khác, nó được cho là bị lỗi và bị loại khỏi hệ thống, được thay thế bằng một trong những mô-đun dự phòng. Nó đã được thử nghiệm ngay sau khi ra mắt, khi sự chậm trễ trong việc triển khai bùng nổ bị hiểu nhầm là một sự cố. Sự cố đã được khắc phục thành công.

Trong phần tiếp theo, chúng ta sẽ tìm hiểu những gì chúng ta đã học được từ các nhiệm vụ Voyager.

Kiểm soát mặt đất

Mặc dù chính những người trong cuộc hành trình đã thực hiện tất cả việc thu thập dữ liệu, nhưng cũng có những yếu tố nhiệm vụ quan trọng trên mặt đất. Các tín hiệu của Người du hành ngày càng trở nên khó phát hiện khi chúng bay ra ngoài hệ mặt trời, vì vậy NASA đã cải thiện mạng lưới các trạm thu sóng vô tuyến trên toàn thế giới để phát hiện chúng tốt hơn. Một loạt các đĩa vô tuyến dài 230 foot (70 mét) lấy dữ liệu của Voyager và gửi tín hiệu đến nó, duy trì liên lạc gần như liên tục [nguồn: Evans ].

Mặc dù chi phí cho sứ mệnh trọn đời của Voyager vượt quá 750 triệu đô la, nhưng đến năm 1989, các tàu vũ trụ đã trả lại đủ dữ liệu khoa học để lấp đầy 6.000 ấn bản của Bách khoa toàn thư Britannica [nguồn: Evans ]. Các mô-đun khoa học trên tàu được chọn từ các đề xuất do các nhóm nghiên cứu trên khắp Hoa Kỳ đệ trình. Thông tin về Sao Mộc , Sao Thổ , Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương (và nhiều mặt trăng của chúng) mà chúng tôi biết được từ các sứ mệnh Voyager không chỉ lớn về số lượng mà còn về ảnh hưởng. Nó định hình sách giáo khoa khoa học trong các trường học trên khắp Hoa Kỳ, thông báo cho công chúng nhận thức về hệ mặt trờivà đặt nền móng cho chương trình vũ trụ hiện đại. Phần lớn những gì chúng ta biết về các hành tinh bên ngoài đến từ Voyager. Đó là chưa kể đến hàng nghìn bức ảnh được chụp từ những vị trí thuận lợi mà con người chưa từng trải qua trước đây. Những hình ảnh rực rỡ về Sao Mộc và Sao Thổ đã khơi dậy trí tưởng tượng của công chúng và tiếp thêm nhiệt huyết cho những chuyến thám hiểm không gian trong tương lai.

Từ Voyager, chúng tôi biết thêm về thời tiết trên Sao Mộc; các vòng quanh sao Mộc, sao Thổ và sao Thiên Vương; hoạt động núi lửa trên mặt trăng Io của sao Mộc; khối lượng và mật độ của các mặt trăng của Sao Thổ; áp suất khí quyển trên Titan, mặt trăng lớn nhất của Sao Thổ; từ trường của Sao Thiên Vương; và một hệ thống thời tiết dai dẳng trên Sao Hải Vương lớn bằng Trái đất , được gọi là Vết đen Lớn . Vào thời điểm Voyager 2 đến được sao Hải Vương là năm 1989. Đã hơn 10 năm trôi qua kể từ khi phóng và nhiều nhà khoa học làm việc trong sứ mệnh ban đầu đã tiếp tục. Tàu du hành đã đi qua Sao Mộc, Sao Thổ và Sao Thiên Vương lần lượt vào các năm 1979, 1981 và 1986.

Vậy bây giờ họ đang ở đâu? Hai người đi du hành không ở cùng nhau. Tàu du hành 1 đang di chuyển về phía bắc (so với hướng của Trái đất ra khỏi hệ mặt trời), trong khi tàu du hành 2 đang di chuyển về phía nam. Năm 2007, cả hai đều đi vào đường bay thẳng, phần ngoài cùng của hệ mặt trời. Ở đó, gió mặt trời gặp từ trường giữa các vì sao và tạo thành ranh giới với sóng xung kích. Các tàu Du hành đi ngang qua sóng xung kích và gửi dữ liệu trở lại, mang lại cho các nhà thiên văn ý tưởng đầu tiên về hình dạng và vị trí của heliosheath. Vào ngày 21 tháng 9 năm 2013, các nhà khoa học của tàu Voyager báo cáo rằng tàu Voyager 1 đã rời khỏi hệ mặt trời vào ngày 25 tháng 8 năm 2012.

Mặc dù một số thiết bị trên Voyagers không còn hoạt động, nhưng chúng vẫn tiếp tục gửi lại thông tin quan trọng. Hãy tưởng tượng một chiếc ô tô liên tục chạy trên đường kể từ năm 1977, và bạn sẽ hiểu được những con tàu vũ trụ này tuyệt vời như thế nào. Ở khoảng cách hiện tại, phải mất hơn 14 giờ tín hiệu vô tuyến truyền đi với tốc độ ánh sáng mới đến được Trái đất. Công nghệ này đang cạn kiệt nhiên liệu cho các động cơ đẩy định hướng và sẽ phải tắt nguồn một số thiết bị trong những năm tới do plutonium của chúng cũng cạn kiệt. Đến năm 2020, chúng sẽ tối tăm và im lặng.

Tuy nhiên, chúng sẽ tiếp tục trên quỹ đạo hiện tại của chúng, di chuyển trên 30.000 dặm / giờ (48.280 km / h), phóng ra Dải Ngân hà trong hàng chục nghìn năm. Không có bầu khí quyển trong không gian, chúng sẽ không bao giờ bị ăn mòn, và có rất ít trường hợp để chúng đâm vào trong không gian giữa các vì sao. Chúng sẽ mất khoảng 40.000 năm trước khi chúng đến cách một ngôi sao khác trong vòng vài năm ánh sáng . Các tàu Du hành có thể du hành hàng trăm nghìn hoặc thậm chí hàng triệu năm.

Điều gì sẽ xảy ra nếu một ngày nào đó, các Voyagers gặp một nền văn minh ngoài hành tinh thông minh? Chúng tôi đã để lại lời nhắn cho họ.

Khi NASA nhận ra rằng cuối cùng thì những người Du hành sẽ đi ra ngoài rìa hệ mặt trời của chúng ta , họ đã quyết định rằng có thể là một ý tưởng hay khi gửi kèm một số loại thông điệp tới bất kỳ người ngoài hành tinh thông minh nào có thể tìm thấy họ. Một ủy ban do nhà thiên văn học Carl Sagan đứng đầu đã tổng hợp những thông điệp này lại với nhau. Chúng được đựng trên đĩa đồng mạ vàng, được khắc giống như một album ghi âm vinyl. Một phần của đĩa chứa thông tin âm thanh, bao gồm nhiều loại nhạc, lời chào được nói bằng 55 ngôn ngữ khác nhau (bao gồm một số ngôn ngữ rất khó hiểu hoặc đã tuyệt chủng từ lâu) và tuyển chọn các âm thanh tự nhiên. Các đĩa này cũng bao gồm 122 hình ảnh, được mã hóa dưới dạng dao động trên đĩa kèm theo hướng dẫn giải mã.

Trên tấm bìa của mỗi đĩa là một số ký hiệu mô tả phương pháp phát lại bản ghi (bút stylus và đĩa gắn cũng được bao gồm). Hướng dẫn giải mã hình ảnh được tiết lộ, mô tả tín hiệu "bắt đầu hình ảnh", tỷ lệ khung hình của hình ảnh và tái tạo hình ảnh đầu tiên, vì vậy người ngoài hành tinh sẽ biết liệu họ có làm đúng hay không. Một bản đồ sao hiển thị rõ ràng vị trí của Trái đất hoàn thành bức tranh.

Nếu người ngoài hành tinh thắc mắc rằng con tàu mà họ tìm thấy đã di chuyển trong bao lâu, họ có thể kiểm tra mảnh uranium-238 được gắn vào xe buýt chính gần hồ sơ. Kiểm tra tỷ lệ đồng vị (giả sử họ biết chu kỳ bán rã của uranium-238), sau đó họ có thể suy ra mẫu đã ở trong không gian bao lâu.

Người ngoài hành tinh sẽ nghe thấy bản nhạc gì khi họ phát đĩa nhạc? Chủ yếu là âm nhạc truyền thống từ nhiều nền văn hóa khác nhau, chẳng hạn như thánh ca của người Mỹ bản địa, kèn túi của người Scotland và âm nhạc nghi lễ của người châu Phi. Nó cũng là một bộ sưu tập nhạc cổ điển "hay nhất". Các bài hát đương đại nhất là “Johnny B. Goode” của Chuck Berry và một bản nhạc jazz của Louis Armstrong.

Hình ảnh trong hồ sơ rất đa dạng, bao gồm bản đồ Trái đất, hình ảnh các hành tinh khác trong hệ mặt trời của chúng ta, hình ảnh về các loài động vật khác nhau và một số hình ảnh về con người. Carl Sagan đã viết một cuốn sách về kỷ lục này, được gọi là "Những lời lẩm bẩm của Trái đất." Một đĩa CD-ROM đồng hành đã được phát hành nhiều thập kỷ sau đó.

Đĩa Voyager tương tự như một tấm bảng được đặt trên Pioneer 10 và Pioneer 11, mặc dù những người tạo ra đĩa Voyager đã dành rất nhiều thời gian để đảm bảo rằng người ngoài hành tinh có thể giải mã nó. Nhiều nhà khoa học Trái đất không thể giải mã thông tin trên tấm bảng Tiên phong. Vào thời điểm đó, một số người bày tỏ lo ngại rằng bất kỳ người ngoài hành tinh thù địch nào tìm thấy đĩa Voyager sẽ có bản đồ dẫn họ trực tiếp đến Trái đất. Tuy nhiên, các tàu Du hành sẽ trải qua hàng chục nghìn năm trong không gian giữa các vì sao trước khi chúng ở bất kỳ đâu gần một ngôi sao khác, vì vậy vấn đề thực sự không phải là mối quan tâm ngay lập tức. Nếu những chiếc đĩa được tìm thấy, có thể trong tương lai loài người không còn tồn tại nữa.

Để biết thêm các bài viết thú vị về khám phá không gian, hãy thử trang tiếp theo.

V'Ger

Trong "Star Trek: The Motion Picture" (phim Star Trek đầu tiên), phần lớn cốt truyện xoay quanh một dạng sống điện tử kỳ lạ được gọi là V'Ger. Vào cuối bộ phim, tiết lộ rằng V'Ger là một trong những tàu thăm dò không gian Voyager (Voyager 6, chưa bao giờ tồn tại trong thế giới thực) đã tự mình có được cảm tình hoặc được một chủng tộc người ngoài hành tinh gửi gắm. Nó muốn tiêu diệt toàn bộ loài người, nhưng thay vào đó nó lại tiến hóa thành một dạng sống khác.

Trong vũ trụ Star Trek hư cấu, có một số tranh chấp về vị trí của V'Ger trong lịch sử Trek. Một số ý kiến ​​cho rằng V'Ger đã tạo ra Borg, một chủng tộc ngoài hành tinh lạnh lùng, hợp lý sẽ trở thành nhân vật phản diện chính trong "Star Trek: The Next Generation". Những người khác nghĩ rằng Borg đã chạm trán với V'Ger, nhưng người ngoài hành tinh cyborg đã tồn tại trước cuộc gặp gỡ tình cờ.

Nhiệt độ của không gian giữa các vì sao là gì?

Voyager 2 còn bao xa?

Voyager 1 còn bao xa?

Du hành có máy ảnh không?

Sự khác biệt giữa Voyager 1 và 2 là gì?

Những bài viết liên quan

Các liên kết tuyệt vời hơn