В 1977 году человечество отправило в бездну космоса два небольших аппарата, размером с автомобиль, — и они до сих пор летят, став самыми далёкими творениями рук человеческих. История «Вояджеров» — это история инженерного гения, драматических сбоев, отчаянных спасательных операций и открытий, переписавших учебники астрономии. Это действительно величайшее космическое приключение нашей цивилизации.
Хронология полета Вояджеров | Билет в бесконечность | Вход в лабиринт
Программа «Большой тур»: замысел, рождающийся раз в 176 лет
Космос — последний рубеж, и в семидесятых годах, на пике космической романтики, НАСА решило узнать, где именно он проходит. Ещё в 1964 году родилась программа «Большой тур» — план исследования дальних планет Солнечной системы, а при удаче — и границ гелиосферы с помощью автоматических межпланетных станций.
20 октября 1969 года агентство обратилось к научному сообществу с приглашением участвовать в невиданном по масштабам проекте. Откликнулись более 500 учёных, из которых было отобрано 108 человек из 36 университетов. Через несколько лет их труды воплотились в исследовательский аппарат «Вояджер», построенный как минимум в трёх экземплярах.
Юпитер как двигатель
Несмотря на то что станции предстояло преодолеть несколько миллиардов километров, маршевого двигателя у неё не было. Двигателем «Вояджера» стал Юпитер — в этом и заключалась главная идея «Большого тура». Аппарат должен был войти в гравитационное поле гиганта и, словно падая на него, в последний момент включить маневровые двигатели, пролететь мимо планеты, разогнавшись до 30 км/с, и сменить курс в направлении Сатурна, где манёвр повторился бы вновь.
Гравитационный манёвр у Юпитера
Инженер Гарри Флендро, которого считают отцом «Большого тура», заметил: во второй половине семидесятых Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун должны выстроиться по огромной дуге, позволяя за один запуск с помощью гравитационных манёвров посетить все планеты. Такое соединение случается лишь один раз в 176 лет, а окно для запусков длится около 30 дней. Для надёжности решили отправить в путь два практически идентичных аппарата: один исследовал бы Юпитер, Сатурн и Титан, второй — Уран и Нептун.
Конструкция «Вояджера»: технические характеристики
Электропитание станции осуществляли три радиоизотопных термоэлектрических генератора (РИТЭГ) фирмы General Electric, размещённые на отдельной штанге. В бериллиевом корпусе находились 24 сферы из диоксида плутония-238: при радиационном распаде они разогревались до 1000 °C, а тепло преобразовывалось в электричество 312 кремний-германиевыми термопарами. Излишек мощности сбрасывался через радиатор прямо в холодный космос.
| Параметр | Значение |
|---|---|
| Масса аппарата | 722 кг |
| Запас гидразинового топлива | ~100 кг |
| Мощность РИТЭГ на старте | ~500 Вт при 30 В |
| Мощность к 2006 году | ~300 Вт |
| Потеря мощности генераторов | 0,78% в год |
| Научные приборы | 11 штук, 105 кг |
| Фотокамеры | 800×800 пикселей, 256 градаций яркости |
| Бортовая память | 68 КБ ОЗУ, накопитель на ~100 изображений |
Период полураспада плутония-238 составляет около 87 лет, однако главный ограничитель ресурса — не топливо, а постепенная деградация термопар, преобразующих тепло в электроэнергию. На другой штанге размещались научные приборы: камеры, магнитометры, спектрометры, датчики заряженных частиц и межпланетной плазмы. Главной системой была съёмочная ISS — именно она должна была показать то, что с Земли разглядеть невозможно.
Драматичное начало: сбои с первых секунд
«Вояджер-2»: вращение и загадочный удар
Первым Землю покинул «Вояджер-2» — 20 августа 1977 года, в первый же день астрономического окна. Ракета-носитель «Титан» вывела его на орбиту, а разгонный блок «Центавр» доразогнал до скорости, достаточной для достижения юпитерианского гравитационного поля. Выведение оказалось на редкость точным: отклонение составило всего 280 000 км от точки прицеливания, а по времени — лишь 44 часа.
Но сам полёт пошёл не по плану. Встряска от раскрытия штанг в невесомости оказалась сильнее расчётной — аппарат перешёл в беспорядочное вращение, а через 16 секунд отказал основной компьютер. Лишь спустя два с половиной часа дублирующий компьютер в автономном режиме нашёл Солнце и малыми двигателями остановил вращение. Выяснилось, что штанге не хватило 2° до срабатывания датчика раскрытия, хотя сам замок сработал и зафиксировал её. Через 10 часов станция пересекла орбиту Луны в 90 000 км от неё.
На 18-м часу полёта телеметрия зафиксировала сильное возмущение по тангажу и рысканию — операторы сравнили его с резким ударом сзади ночью на трассе. Подозревали недоотделившийся «Центавр», однако блок находился далеко; загадку списали на ошибку компьютера.
«Вояджер-1»: почти идеальный старт
5 сентября стартовал «Вояджер-1». Несмотря на отказы бортового компьютера при подготовке и утечку топлива второй ступени «Титана», «Центавр» компенсировал потерю. На 13-й день полёта аппарат сделал около 20 снимков Земли и Луны с расстояния 11 млн км — впервые планета и спутник были запечатлены со стороны в виде двух растущих серпов.
Тем временем на «Вояджере-2» 23 сентября отказал модуль памяти на 256 слов, отвечавший также за несколько радиоканалов. Пришлось срочно разрабатывать урезанную программу, а радиомодуль стал первой безвозвратной потерей станции. 10 декабря, на расстоянии 124 млн км от Земли, «Вояджер-1» навсегда обогнал своего брата-близнеца.
Кризис связи: как спасали «Вояджер-2»
5 апреля 1978 года произошло событие, поставившее миссию под угрозу. Занятые расшифровкой снимков и подготовкой к сближению с Юпитером, операторы семь дней не посылали аппарату команды. Следуя заложенной логике, бортовой компьютер решил, что неисправен один из его модулей, и переключился с основного приёмника на резервный. Земля велела вернуться — но станция её не услышала. Через 12 часов аппарат сам переключился обратно, и в этот момент скачок напряжения перегоревшие предохранители: основной приёмник был потерян навсегда.
Резервный же комплекс мог передавать, но не принимал сигналы: вероятной причиной назвали пробитый конденсатор в контуре подстройки гетеродина. Из-за эффекта Доплера частота приёма отличается от частоты передачи, и приёмник должен сам искать нужную частоту с шагом 100 кГц — именно этот механизм и отказал.
Инженеры Лаборатории реактивного движения (JPL) решили «прощупать» полосу частот самостоятельно: с 62-метровой антенны в Испании они изменяли частоту передачи со скоростью 2,5 Гц в секунду, охватывая полосу шириной 3 кГц. Через 55 минут частота была найдена — она отличалась от штатной всего на 750 Гц. За девять часов связи аппарату передали 24 команды, включая запрет включать передатчик X-диапазона рядом с приёмником, чтобы нагрев радиодеталей не менял их характеристики.
Мрачные прогнозы не оправдались: этот приёмник работает и по сей день. За десятилетия инженеры в совершенстве овладели искусством поиска частоты, а в НАСА говорят, что некоторые сотрудники обладают особым «даром угадывания» и налаживают связь за десятки минут.
Встреча с Юпитером: открытия, переписавшие учебники
Гигантская магнитосфера и радиационный ад
Первые снимки Юпитера «Вояджер-1» сделал 19 мая 1978 года с 295 млн км. 22 января 1979 года, за 43 млн км от планеты, станция впервые ощутила влияние магнитосферы гиганта. Если поле Земли останавливает солнечный ветер на 10 земных радиусах (~70 000 км), то поле Юпитера — почти на 100 его радиусах (~6 млн км). Магнитосфера оказалась источником релятивистских электронов и «дирижёром» большинства низкоэнергетических космических лучей Солнечной системы, а волновой эксперимент зафиксировал в плазменном торе Ио низкочастотное «шипение» до 1 кГц и свистовые «хоры» около 10 кГц.
Магнитное поле Юпитера в 20 000 раз сильнее земного: оно захватывает частицы, источником которых служит спутник Ио, и разгоняет их в радиационных поясах. Дозы достигали десятков зивертов в минуту — фатально для человека. Электроника была укрыта в отсеке со стенками из четырёхмиллиметрового алюминия (свинец в космических аппаратах не используется из-за веса и вторичных нейтронов), микросхемы семидесятых с грубым техпроцессом оказались устойчивее современных, а логика была продублирована, с тройным резервированием процессора.
Ценой пролёта стали потери: чувствительность камер упала на 40%, память деградировала — один ошибочный бит каждые две секунды в зонах максимальной радиации.
Пять дней, изменивших науку
- 30 января — 3 февраля 1979 года — 100 часов непрерывной съёмки с интервалом 96 секунд и прямой передачей на Землю.
- 4 марта — первый снимок колец Юпитера; уже 8 марта новость попала в газеты, а 10 марта астрономы Гавайского университета подтвердили кольца в инфракрасном спектре.
- 5 марта — кульминация: пролёт в 270 000 км над облаками после 990 млн км пути. Сняты Большое красное пятно — циклон возрастом около 400 лет — и тёмные овалы, названные «коричневыми баржами».
- На спутнике Ио обнаружен вулкан — открытие, разрушившее представление о геологически мёртвых мирах. Вулкан выбрасывал серу, кислород, натрий и ионные газы, питающие радиационные пояса Юпитера.
- 9 апреля встреча с системой Юпитера официально завершена; поворот к Сатурну потребовал самого энергоёмкого манёвра — более семи часов работы двигателей и 30 кг гидразина.
Наследие: путь к звёздам
Дальнейший путь «Вояджеров» превзошёл самые смелые ожидания. Каждый аппарат несёт золотую пластинку с приветствиями на десятках языков, музыкой и звуками Земли — послание возможным инопланетным цивилизациям. В 1990 году «Вояджер-1» сделал легендарный снимок «Бледно-голубая точка», где наша планета — лишь крошечный пиксель в луче солнечного света.
Золотая пластинка: послание землян
В 2012 году «Вояджер-1» первым из созданных человеком объектов пересёк гелиопаузу и вышел в межзвёздное пространство; в 2018 году к нему присоединился «Вояджер-2». Оба аппарата остаются на связи, а инженеры постепенно отключают приборы по мере падения мощности РИТЭГ — так продлевается жизнь величайшей экспедиции.
Заключение
История «Вояджеров» — это доказательство того, на что способно человечество, когда инженерная смелость соединяется с научным предвидением. Уникальное расположение планет, ожидающееся раз в 176 лет, гравитационные манёвры, живучая аппаратура и талант спасателей на Земле превратили десятилетнюю миссию в вечное путешествие. Два посланника Земли несут наши голоса, музыку и изображения в глубины Млечного Пути — и ещё тысячи лет будут молча дрейфовать среди звёзд как памятник величайшему космическому приключению человечества.
