Как работает "Вояджер"

В настоящий момент два космических корабля, запущенных с Земли в 1977 году, проносятся через космос со скоростью более 30 000 миль в час (48 280 км / ч). Оба они находятся на расстоянии нескольких миллиардов миль, дальше от Земли, чем любой другой искусственный объект. 25 августа 2012 года один из них пересек межзвездное пространство, сделав первый космический корабль, покинувший Солнечную систему.

Вояджеры 1 и 2 доставляют закодированные сообщения потенциальным инопланетным цивилизациям. Они уже многому научили ученых о гелиооболочке , самом внешнем слое Солнечной системы. Но все это даже не то, для чего они были созданы.

Космические корабли "Вояджер" были созданы для того, чтобы пролетать мимо внешних планет ( Юпитер , Сатурн , Нептун и Уран ) и внимательно их изучать. Впервые в истории человечества их наблюдали вблизи. Космический корабль преуспел в этом великолепно, стремительно продвинувшись вперед в планетарной науке. Только после того, как они выполнили свою основную миссию, они продолжили становиться самыми дальними исследователями Земли.

Тем не менее, то, что миссии вообще были возможны, было исключительно удачей и своевременностью - и такой же неудачей, которая почти сорвала проект «Вояджер» еще до того, как он покинул землю. Эти амбициозные миссии были результатом новых достижений в науке и математике орбитальных траекторий, но они были почти отброшены на второй план в пользу дорогостоящей программы космических шаттлов. Практически каждая совершаемая сегодня беспилотная космическая миссия основана на знаниях и опыте, накопленных «Вояджерами».

Мы внимательно рассмотрим неуклюжие космические зонды "Вояджер" и все техническое оборудование, которое они имеют на борту. Мы проследим их траекторию от стадий развития до их конечной судьбы в световых годах от Земли. По пути будут остановки у крупнейших планет нашей Солнечной системы. И если вам интересно, что находится на золотых записях, которые несет каждый «Вояджер» в качестве посланий для инопланетных форм жизни, мы их попробуем. Найдут ли их когда-нибудь инопланетяне?

1. Вояджер 1 и 2: Гранд-тур
2. Оборудование "Вояджер"
3. К Нептуну и дальше
4. Вояджер Золотой Рекорд

1970-е были переходным периодом для космических усилий США. Программа « Аполлон » подходила к концу, и НАСА пыталось выяснить, какую форму примет пилотируемый космический полет. Миссии Mariner расширили наши знания о внутренних планетах, отправив космические зонды пролететь мимо (а в некоторых случаях и по орбите) Марса , Венеры и Меркурия . Были предварительные планы отправить миссию Mariner для посещения некоторых из внешних планет, но с использованием химического ракетного двигателя такое путешествие заняло бы 15 или более лет.

В то же время были достигнуты важные успехи в науке об орбитальных траекториях с помощью гравитации . Хотя математика и физика довольно сложны, основная идея состоит в том, что космический корабль может использовать гравитацию соседней планеты, чтобы придать ей значительный прирост скорости, пока космический корабль движется по правильной орбите. Чем выше масса планеты, тем сильнее гравитационная сила и тем больше ускорение. Это означало, что как только космический зонд достигнет Юпитера (самой массивной планеты в нашей солнечной системе ), он сможет использовать гравитацию Юпитера как рогатку и отправиться исследовать более далекие планеты.

В 1965 году инженер по имени Гэри Фландро заметил, что в середине 1970-х внешние планеты будут выровнены таким образом, чтобы позволить космическому кораблю посетить их все с помощью серии ускоренных гравитационных импульсов [источник: Эванс ]. Это конкретное выравнивание было не просто событием, которое случается раз в жизни - оно не повторится еще 176 лет. Удивительным совпадением было то, что техническая способность выполнить такую ​​миссию была разработана за несколько лет до того, как планеты выстроились в линию, чтобы позволить это.

Первоначально амбициозный проект, известный как Grand Tour, должен был направить серию зондов для посещения всех внешних планет. Однако в 1972 году бюджет проекта приближался к 900 миллионам долларов, и НАСА планировало разработку космического челнока [источник: Эванс ]. С огромными затратами на разработку шаттла Гранд Тур был отменен и заменен миссией более скромного профиля. Это будет продолжением программы Mariner, известной как миссия Mariner Юпитер-Сатурн (MJS).. Основанные на платформе Mariner и усовершенствованные с учетом знаний, полученных во время пролета Pioneer 10 1973 года над Юпитером, новые зонды в конечном итоге получили название Voyager. Дизайн был завершен в 1977 году. Оптимистичные инженеры НАСА думали, что они смогут использовать гравитационные траектории для достижения Урана и Нептуна, если первоначальная миссия по посещению Юпитера и Сатурна (и некоторых их спутников) будет успешно завершена. Идея Гранд-тура вернулась к жизни.

Окончательный план миссии «Вояджера» выглядел так: два космических корабля («Вояджер-1» и «Вояджер-2») будут запущены с разницей в несколько недель. "Вояджер-1" будет пролетать мимо Юпитера и нескольких спутников Юпитера с относительно близкого расстояния, сканировать и фотографировать. "Вояджер-2" также пролетит мимо Юпитера, но на более консервативном расстоянии. Если все пойдет хорошо, оба зонда будут катапультированы к Сатурну гравитацией Юпитера. Затем «Вояджер-1» должен исследовать Сатурн, в частности кольца, а также лунный Титан. В этот момент траектория "Вояджера-1" выведет его за пределы эклиптики Солнечной системы (плоскости орбит планет), от всех других планет и, в конечном итоге, за пределы самой Солнечной системы.

Между тем "Вояджер-2" посетит Сатурн и несколько спутников Сатурна. Если бы он все еще функционировал должным образом, когда это было завершено, гравитация Сатурна повысила бы его, чтобы посетить Уран и Нептун, прежде чем также покинуть эклиптику и покинуть солнечную систему. Это считалось маловероятным, но, что удивительно, все сработало так, как планировалось.

Затем, какое оборудование «Вояджеры» унесли в космос?

Что запустили первым?

«Вояджер-2» запущен с мыса Канаверал, штат Флорида, на борту ракеты «Титан-Кентавр» 20 августа 1977 года. «Вояджер-1» запущен 5 сентября 1977 года. Почему нумерация изменилась на обратную? На пути к внешним планетам "Вояджер-1" миновал "Вояджер-2" и первым достиг Юпитера. В НАСА подумали, что публика будет сбита с толку, если «Вояджер-2» начнет докладывать первым, поэтому нумерация не соответствует порядку запуска.

Оба космических корабля "Вояджер" идентичны. У них нет гладкого аэродинамического дизайна, потому что в космосе нет аэродинамического трения, о котором следует беспокоиться. При весе 1592 фунта (722 килограмма) они состоят из главной шины, антенны с высоким коэффициентом усиления, трех стрел с научными приборами и источником питания, а также двух других антенн.

Главный автобус - это корпус "Вояджера". Это 10-сторонняя коробка диаметром 5,9 футов (1,8 метра), в которой находятся некоторые научные инструменты, электроника и топливный бак для ракетных двигателей. Двигатели используются для изменения ориентации корабля при его движении в космосе.

Антенна с высоким коэффициентом усиления, установленная на верхней части главной шины, имеет диаметр 12 футов (3,7 метра) и выглядит как спутниковая антенна. С помощью этой антенны «Вояджеры» получают команды с Земли и отправляют собранные данные обратно. Независимо от того, где летит космический корабль «Вояджер», антенна с высоким коэффициентом усиления всегда направлена ​​на Землю.

Одна из стрел, отходящих от главного автобуса, несет радиоизотопный термоэлектрический источник питания « Вояджера» . Гранулы диоксида плутония выделяют тепло в результате естественного распада. Это тепло преобразуется в электричество с помощью ряда термопар. Хотя выходная мощность не очень велика, она очень долгое время питает электронику и инструменты на борту «Вояджеров». Не ожидается, что до 2020 года полностью истощится электроэнергия. Источник питания был размещен на штанге, чтобы излучение не мешало работе других научных инструментов.

Две другие штанги несут ряд инструментов. Это включает:

[источник: Evans, Dethloff & Schorn ]

Пожалуй, наиболее значимыми инструментами на борту «Вояджеров», с точки зрения общественности, являются камеры. Камеры, также установленные на приборной стойке, имеют разрешение 800x800 как в широкоугольной, так и в узкополосной версиях. Камеры вернулись беспрецедентные фотографиями внешних планет и дали нам взгляды нашей Солнечной системы , что мы никогда раньше не видели ( в том числе знаменитого вылета выстрела , показывая как Землю и Землю Луну в той же рамке). Стрела с камерами могла перемещаться независимо от остальной части корабля.

Компьютерная система «Вояджера» тоже была очень впечатляющей. Зная, что корабль большую часть времени будет находиться сам по себе, а отставание между командой и ответом с Земли тем больше, чем дальше корабль уходит в космос, инженеры разработали самовосстанавливающуюся компьютерную систему . В компьютере есть несколько модулей, которые сравнивают данные, которые они получают, и инструкции вывода, которые они выбирают. Если один модуль отличается от других, он считается неисправным и удаляется из системы, заменяется одним из резервных модулей. Он был испытан вскоре после запуска, когда задержка с развертыванием стрелы была ошибочно воспринята как неисправность. Проблема успешно устранена.

В следующем разделе мы узнаем, что мы узнали из миссий «Вояджер».

Наземный контроль

В то время как «Вояджеры» сами собирали данные, на земле также были важные элементы миссии. Сигналы «Вояджеров» становились все труднее обнаруживать по мере того, как они вылетали за пределы Солнечной системы, поэтому НАСА улучшило всемирную сеть радиоприемных станций, чтобы лучше их обнаруживать. Серия 230-футовых (70-метровых) радиотарелок собирает данные «Вояджера» и посылает ему сигналы, поддерживая почти непрерывную связь [источник: Эванс ].

Хотя стоимость жизненного цикла "Вояджера" превысила 750 миллионов долларов, к 1989 году космические аппараты вернули достаточно научных данных, чтобы заполнить 6000 изданий Британской энциклопедии [источник: Эванс ]. Научные модули на борту были выбраны из предложений, представленных исследовательскими группами США. Информация о Юпитере , Сатурне , Уране и Нептуне (и многих их спутниках), которую мы узнали из миссий «Вояджер», была не только обширной по количеству, но и по влиянию. Он сформировал учебники естествознания в школах США, информировал общественное мнение о Солнечной системе.и заложил основы современной космической программы. Многое из того, что мы знаем о внешних планетах, пришло от "Вояджера". Это не говоря уже о тысячах фотографий, сделанных с выгодных мест, которые люди никогда раньше не видели. Эти блестящие изображения Юпитера и Сатурна зажгли воображение публики и подогрели энтузиазм в отношении будущих исследований космоса.

От "Вояджера" мы узнали больше о погоде на Юпитере; кольца вокруг Юпитера, Сатурна и Урана; вулканическая активность на спутнике Юпитера Ио; массы и плотности спутников Сатурна; атмосферное давление на Титане, самом большом спутнике Сатурна; магнитное поле Урана; и постоянная погодная система на Нептуне размером с Землю , известная как Большое темное пятно . К тому времени, когда «Вояджер-2» достиг Нептуна, это был 1989 год. С момента запуска прошло более 10 лет, и многие ученые, работавшие над первоначальной миссией, ушли. "Вояджер" прошел мимо Юпитера, Сатурна и Урана в 1979, 1981 и 1986 годах соответственно.

Так где они сейчас? Два «Вояджера» не вместе. "Вояджер-1" движется на север (относительно ориентации Земли вне Солнечной системы), а "Вояджер-2" движется на юг. В 2007 году они оба вошли в гелиооболочку, самую дальнюю часть Солнечной системы. Там солнечный ветер встречает межзвездные магнитные поля и образует границу с ударной волной. Путешественники пересекли ударную волну и отправили данные обратно, дав астрономам первое представление о форме и местоположении гелиооболочки. 21 сентября 2013 года ученые "Вояджера" сообщили, что "Вояджер-1" покинул Солнечную систему 25 августа 2012 года.

Хотя некоторые инструменты «Вояджеров» больше не работают, они продолжают отправлять обратно важную информацию. Представьте себе автомобиль, который постоянно находится в пути с 1977 года, и вы получите некоторое представление о том, насколько удивительны эти космические корабли. На их текущее расстояние, он принимает радиосигналы сигналы , распространяющиеся со скоростью света более 14 часов , чтобы достигнуть Земли. У корабля заканчивается топливо для ориентирующих двигателей, и в ближайшие годы ему придется отключить некоторые приборы, поскольку у них закончится плутоний. К 2020 году они будут темными и безмолвными.

Тем не менее, они продолжат свою текущую траекторию, двигаясь со скоростью более 30 000 миль в час (48 280 км / ч), выходя по дуге в Млечный Путь в течение десятков тысяч лет. Поскольку в космосе нет атмосферы, они никогда не подвергаются коррозии, а в межзвездном пространстве им практически некуда врезаться. Им потребуется около 40 000 лет, прежде чем они окажутся в пределах световых лет от другой звезды . Путешественники могут путешествовать сотни тысяч или даже миллионы лет.

Что, если путешественники когда-нибудь встретят разумную инопланетную цивилизацию? Мы оставили для них сообщение.

Когда НАСА осознало, что «Вояджеры» в конечном итоге отправятся за пределы нашей солнечной системы , они решили, что было бы неплохо включить какое-то сообщение для любых разумных инопланетян, которые могут когда-нибудь их найти. Эти сообщения собрал комитет, возглавляемый астрономом Карлом Саганом . Они содержатся на позолоченных медных дисках, которые выгравированы так же, как на виниловых пластинках. Часть диска содержит звуковую информацию, в том числе разнообразную музыку, приветствия на 55 разных языках (в том числе очень малоизвестные или давно исчезнувшие) и подборку звуков природы. Диски также содержат 122 изображения, закодированные как вибрации на диске с инструкциями по декодированию.

На крышке каждого диска есть несколько символов, обозначающих способ воспроизведения записи (в комплект также входят стилус и монтажный диск). Раскрываются инструкции по декодированию изображения, описывающие сигнал «начала изображения», соотношение сторон изображений и воспроизведение первого изображения, чтобы инопланетяне знали, правильно ли они его поняли. Звезда карта ясно показывающая расположение Земли завершает картину.

Если инопланетяне задаются вопросом, как долго путешествует «Вояджер», они могут исследовать кусок урана-238, прикрепленный к основному автобусу рядом с записью. Изучая изотопные отношения (при условии, что они знают период полураспада урана-238), они могли затем сделать вывод, как долго образец находился в космосе.

Какую музыку услышат инопланетяне, когда проиграют пластинку? В основном это традиционная музыка разных культур, например песнопения коренных американцев, шотландские волынки и африканская ритуальная музыка. Это также что-то вроде сборника «лучших хитов» классической музыки. Самые современные песни - «Johnny B. Goode» Чака Берри и джазовый номер Луи Армстронга.

Изображения на записи разнообразны и включают карты Земли, изображения других планет в нашей солнечной системе, изображения различных животных и несколько изображений людей. Карл Саган написал книгу об этой записи под названием «Шепот Земли». Компаньон CD-ROM был выпущен десятилетия спустя.

Диски Voyager похожи на табличку, которая была установлена ​​на борту Pioneer 10 и Pioneer 11, хотя создатели дисков Voyager потратили много времени на то, чтобы инопланетяне могли ее расшифровать. Многие ученые Земли не смогли расшифровать информацию на мемориальной доске Пионера. В то время некоторые высказывали опасения, что любые враждебные инопланетяне, обнаружившие диск «Вояджер», будут иметь карту, ведущую их прямо на Землю. Однако "Вояджеры" проведут десятки тысяч лет в межзвездном пространстве, прежде чем окажутся где-то рядом с другой звездой, так что этот вопрос не вызывает непосредственного беспокойства. Если диски когда-нибудь будут найдены, возможно, в будущем люди перестанут существовать.

Больше интересных статей об освоении космоса можно найти на следующей странице.

V'Ger

В «Звездном пути: Кинофильм» (первый фильм «Звездный путь») большая часть сюжета вращалась вокруг странной электронной формы жизни, известной как В'Гер. К концу фильма выясняется, что В'Гер - один из космических зондов Вояджер (Вояджер-6, которого никогда не было в реальном мире), который либо получил разум сам по себе, либо получил разум от инопланетной расы. Он хочет уничтожить все человечество, но вместо этого превращается в еще одну форму жизни.

В вымышленной вселенной Star Trek есть некоторые споры относительно места В'Гера в истории Trek. Некоторые предполагают, что В'Гер создал Боргов, холодную, логичную инопланетную расу, которая станет главными злодеями в «Звездном пути: Следующее поколение». Другие думают, что Борг столкнулся с В'Гером, но инопланетяне-киборги существовали до этой случайной встречи.

Какая температура межзвездного пространства?

Как далеко "Вояджер-2"?

Как далеко "Вояджер-1"?

Есть ли у "Вояджеров" фотоаппарат?

В чем разница между Вояджером 1 и 2?

Статьи по Теме

Больше отличных ссылок