Этот зонд вошел в историю как первый межзвездный космический аппарат. Хотя технологии давно изменились, ученые продолжают с интересом исследовать сведения, которые отправляет «Вояджер-1». В статье расскажем про историю создания этого космического аппарата, его устройство и сделанные им снимки.
Что из себя представляет «Вояджер-1»
Космический аппарат создан на базе марсианских станций Mariner Mars 71. На старте масса «Вояджер-1» составляла 825 кг. Его корпус выполнен из алюминия и имеет форму 10-гранной призмы. За каждой из граней есть отсек с различной электроникой. Топливный бак расположен вдоль продольной оси аппарата.
При проектировании «Вояджеров» главной проблемой было найти источник энергии, который выдержал бы дальний космический перелет. Солнечные батареи для этого не подходили, потому что излучаемая мощность звезды ослабевает по мере удаления от нее. Поэтому для электропитания на борту аппарата разместили специальные «атомные электростанции».
На штангу «Вояджера» вынесли три радиоизотопных термоэлектрических генератора фирмы General Electric. Каждый из них весит по 37,7 кг. В их корпусах содержатся 24 сферы из двуокиси плутония-238, выделяющие около 100 Вт тепловой энергии и разогревающиеся благодаря радиоактивному распаду до 1000 °C. Тепло преобразуется в электричество с помощью 312 кремний-германиевых термопар.
Управляют космическим аппаратом три компьютерные системы: CCS, AACS и FDS. У каждой из них есть своя функция. Ученые могут перепрограммировать их с Земли, а если возникнет непредвиденная ошибка — начнут действовать специальные алгоритмы. Например, если «Вояджер» станет расходовать слишком много электроэнергии, такой защитный механизм автоматически отключит часть приборов.
Компьютер CCS отвечает за ориентацию аппарата и его стабилизацию по трем осям или вокруг оси, направленной на Землю. Информацию о своем положении «Вояджер» получает от инерциального измерительного блока и трех датчиков: двух солнечных и одного — звезды Канопус. Это значит, что в качестве ориентира движения он может выбирать Солнце и одну из ярких звезд или двигаться по инерциальной навигации.
Две антенны получают данные из космоса и передают их на Землю. Когда они не направлены на нашу планету или на пути радиосигнала встречаются препятствия, информация записывается на запоминающее устройство, которое может сохранять до 536 Мбит данных. Это примерно 96 снимков.
На борту зонда находится различная аппаратура, с помощью которой проводятся научные измерения. Количество доступной электроэнергии «Вояджера-1» постоянно уменьшается, поэтому команда NASA постепенно отключает приборы. Половина инструментов уже не работают. Через некоторое время аппарат сможет только передавать сигналы на Землю.
Чем «Вояджер-1» отличается от «Вояджера-2»
Космические аппараты запустили с разницей в 16 дней. «Вояджер-2» отправился в путешествие 20 августа 1977 года, а «Вояджер-1» — 5 сентября.
Конструкция одинаковая, но отличия все-таки есть. Подробнее о них рассказывает Татьяна Старостина, аспирант Института авиационной и ракетно-космической техники, специалист по учебно-методической работе.
«Вояджер-1» был запущен по более быстрой траектории и обогнал «Вояджер-2». Его основная цель была исследовать Юпитер и Сатурн, а также их спутники. После сближения с Сатурном «Вояджер-1» направился в сторону границы Солнечной системы.
«Вояджер-2» следовал по более медленной траектории, что позволило ему посетить не только Юпитер и Сатурн, но также Уран и Нептун. Это единственный космический аппарат, который посетил все четыре газовых гиганта Солнечной системы.
Оба аппарата оснащены схожими научными инструментами, но из-за разных траекторий и задач они собрали уникальные данные. «Вояджеры» покинули гелиосферу и находятся в межзвездном пространстве, но в разных направлениях.
История создания и запуска «Вояджера-1»
Идея создания зондов для исследования космоса возникла в 1960-х годах, когда ученые начали осознавать, что возможности осваивать Солнечную систему с помощью наземных телескопов ограничены. Изучение планет происходило на фоне соперничества СССР и США. Так, советская станция в феврале 1961 года первой отправилась к Венере, а в ноябре 1962 года запустили аппарат к Марсу. Однако, как пишет Игорь Лисов в работе «Разведчики внешних планет. Путешествие „Пионеров“ и „Вояджеров“ от Земли до Нептуна и далее» (2022), более подробное изучение этих планет провели американские космические аппараты «Маринер-2» и «Маринер-4».
Специалисты из обоих государств бились над проблемой достижения более высоких скоростей, которые позволили бы сэкономить время полета и исследовать больше космического пространства. В Америке эту проблему решил молодой математик Майкл Минович. Работая в Калифорнийском университете, ученый создал многофункциональный алгоритм просчета траектории, который позволил бы космическим аппаратам последовательно летать к нескольким планетам.
Минович доказал, что, если войти с определенной стороны в гравитационное поле какой-либо планеты, можно «позаимствовать» часть ее энергии, ускориться и выйти в другом направлении. Его расчеты позволили значительно увеличить скорость перелетов и легли в основу разработки концепции «гранд-тур». Согласно этой программе, один космический аппарат должен был одновременно изучать несколько планет.
Еще одним открытием, которое подстегнуло разработку и запуск «Вояджеров», стало изучение движения Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна. Ученый Гарри Фландров обнаружил, что в определенное время траектории этих планет выстроятся в одну линию. Такое явление повторяется примерно раз в 175 лет. Специалисты решили воспользоваться парадом планет, чтобы сэкономить на мощности двигателей и ускорить перелет космических аппаратов.
Проектирование «Вояджера-1» началось в 1972 году под руководством NASA и Лаборатории реактивного движения (JPL). Аппарат разработали как универсальный исследовательский зонд, способный выполнять множество задач, включая изучение магнитных полей, атмосфер и спутников планет. Однако целью выбрали исследование только двух космических тел — Юпитера и Сатурна.
Старт «Вояджера-1» состоялся 5 сентября 1977 года с космодрома Кеннеди на мысе Канаверал во Флориде. Аппарат запустили с помощью ракеты-носителя «Титан-Центавр». Время старта было выбрано с учетом «гранд-тура», чтобы обеспечить максимальную эффективность использования гравитационных маневров.
Характеристики «Вояджера-1»
Космические аппараты из серии «Вояджер» идентичны друг другу. Изначально исследователи NASA рассчитывали, что они проработают всего несколько лет, чтобы изучить нужные планеты, а затем перестанут передавать данные на Землю.
В таблице собрали основные характеристики аппарата «Вояджер-1» по данным NASA.
| Масса | 721,9 кг |
| Источники питания | 3 радиоизотопных термоэлектрических генератора |
| Мощность | 420 Вт |
| Антенны | 2 (направленная и ненаправленная) |
| Частота приема данных | 2113 МГц |
| Частота передачи данных | 2295 МГц |
Какие снимки удалось сделать «Вояджеру-1»
За время работы аппарат передал на Землю уникальные фотографии Юпитера и Сатурна, которые значительно расширили знания об этих планетах и их спутниках.
1. Снимки Юпитера
Съемка этой планеты началась в январе 1979 года. Аппарат обнаружил кольца Юпитера, образованные в результате вулканической деятельности его спутников.
«Вояджер-1» также пролетел мимо нескольких спутников планеты, сделав их снимки крупным планом, и открыл два новых: Фебу и Метиду. Благодаря полученным изображениям ученые узнали многое о событиях, происходящих на поверхности этих космических тел. Например, на спутнике Ио обнаружили действующие вулканы, которые извергали серу, кислород и натрий.
Сближение с Юпитером завершилось в апреле 1979 года. Всего «Вояджер-1» сделал почти 19 000 снимков планеты и ее спутников.
2. Снимки Сатурна
Сближение с этой планетой произошло в 1980 году. Минимальное расстояние до нее зафиксировали 12 ноября. В этот день «Вояджер-1» находился в 126 000 км от Сатурна. Аппарат сфотографировал спутники планеты: Титан, Мимас, Энцелад, Тефию, Диону и Рею.
Он обнаружил пять новых спутников, новое кольцо и сложные кольцевые структуры, в том числе «спутники-пастухи», которые удерживают некоторые кольца в определенном положении.
Полученные изображения изменили представления ученых о Сатурне. Например, выяснилось, что атмосфера планеты более чем на 90% состоит из водорода, а оставшуюся ее часть занимает гелий.
Аппарат также зафиксировал на Сатурне сильные ветра, которые дуют со скоростью около 500 м/с, снял ультрафиолетовое излучение водорода, похожее на полярное сияние, и измерил период вращения планеты. Согласно сведениям «Вояджера», сутки на Сатурне длятся 10 часов 39 минут 24 секунды.
3. «Семейный портрет»
14 февраля 1990 года «Вояджер-1» развернул свою телекамеру и сфотографировал планеты Солнечной системы. 64 кадра, сделанные на расстоянии 40 астрономических единиц от Солнца, собрали в мозаику. На итоговом снимке были изображены все планеты Солнечной системы, кроме Меркурия и Марса.
4. Pale Blue Dot
Отдельный снимок Земли на «семейном портрете» 1990 года называют «бледно-голубой точкой» — потому что именно так планета выглядит с расстояния шесть миллиардов километров.
Создание этого изображения инициировал Карл Саган — известный астроном, астрофизик и писатель. Он написал одноименную книгу «Голубая точка. Космическое будущее человечества» и посвятил снимку речь, которую прочитал в Корнельском университете в 1994 году.
Где «Вояджер-1» находится сейчас
«Аппарат находится в межзвездном пространстве, за пределами гелиосферы — области, где доминирует солнечный ветер. Он продолжает удаляться от Солнца и сейчас расстояние от Земли до „Вояджера-1“ составляет более 24 млрд км. То есть, около 160 астрономических единиц. Аппарат все еще передает данные, хотя его мощность постепенно снижается», — рассказывает эксперт Татьяна Старостина.
На сайте NASA можно посмотреть местоположение «Вояджера-1» и других космических аппаратов с помощью 3D-визуализации данных в режиме, близком к реальному времени.
Интересные факты о «Вояджере-1»
При создании этого космического аппарата ученые рассчитывали, что он проработает не более пяти лет. В итоге миссия «Вояджера-1» продолжается и по сей день. Расскажем еще несколько интересных фактов о работе этого аппарата.
- У «Вояджера» есть специальная «золотая пластинка», которая содержит послание для внеземных цивилизаций. Если когда-нибудь аппарат попадет в руки инопланетян, они узнают местонахождение Солнечной системы и Земли, посмотрят 115 изображений из разных областей знаний, послушают аудиозаписи звуков с нашей планеты, отрывки музыкальных произведений и приветствия на 55 языках. Для воспроизведения послания прилагается отдельное устройство — на случай, если у представителей внеземных цивилизаций не окажется нужной техники.
- «Вояджер-1» обошелся правительству США в 865 млн долларов. Еще 30 млн долларов выделили на продолжение миссии в межзвездном пространстве.
- Длительный срок жизни «Вояджера» объясняют тем, что аппарат готовили к полету на Юпитер, который отличается суровыми условиями среды. От зонда требовалась повышенная надежность, чтобы миссия не закончилась провалом.
- Даже если бы миссия «Вояджера-1» закончилась на Юпитере и Сатурне, переданные им данные все равно бы произвели революцию в астрономии. А если собрать сведения, которые отправили первый и второй аппараты на Землю, их объем превысит всю информацию, накопленную о Солнечной системе со времен Средневековья.
- С помощью карты звездного неба найдите созвездие Змееносца. Обратите внимание на его верхнюю часть: примерно там со скоростью почти 17 км/с движется «Вояджер-1».
- «Вояджер-1» — самый удаленный от Земли объект, созданный человеком.
- В октябре 2024 года, после включения обогревателя на борту зонда, связь с «Вояджером-1» была потеряна. Из-за недостатка электроэнергии защитная система отключила второстепенные системы, и аппарат перестал передавать сигналы. Однако уже в ноябре ученые восстановили с ним связь.
- По данным NASA, после 2036 года «Вояджер» окажется за пределами дальнего космоса и перестанет подавать сигналы.
