Проект «Вояджер»

Проект «Вояджер» - два американских космических аппарата: «Вояджер-1» и «Вояджер-2», направленные на изучения планетных систем Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна, с дальнейшим выходом аппаратов к границам Солнечной системы.

Первоначально планировалось исследовать только Юпитер и Сатурн. Однако благодаря тому, что все планеты-гиганты удачно расположились в сравнительно узком секторе Солнечной системы («парад планет»), было возможно использование гравитационных манёвров для облёта всех внешних планет, за исключением Плутона. Поэтому траектория полёта была рассчитана исходя из этой возможности, хотя официально изучение Урана и Нептуна не вошло в программу миссии (для гарантированного достижения этих планет потребовалось бы строительство более дорогих аппаратов с более высокими характеристиками по надёжности).

После того, как «Вояджер-1» успешно выполнил программу исследования Сатурна и его спутника Титана, было принято окончательное решение направить «Вояджер-2» к Урану и Нептуну. Для этого пришлось слегка изменить его траекторию, отказавшись от близкого пролёта около Титана.

14 февраля 1990 года «Вояджерами» передано последнее фото изображение планет Солнечной системы.

После исследования планет «Вояджеры» занимаются изучением переходных областей между солнечной и межзвёздной плазмой.

Скорость движения станций превышает 3,3 астрономической единицы в год.

С 17 февраля 1998 года «Вояджер-1» является самым дальним от Земли объектом, созданным человеком.

25 августа 2012 года «Вояджер-1» первым в истории достиг границ Солнечной системы и вышел за её пределы - покинул гелиосферу ("пузырь", образованный солнечным ветром и солнечным магнитным полем — а значит, вышел из нашей планетной системы). По данным ученых (Американский геофизический союз (AGU)) зонд зафиксировал резкие изменения в потоке космических лучей разного происхождения: резко сократилась доля частиц, исходящих от Солнца, а интенсивность галактических космических лучей выросла вдвое.

Аппараты серии «Вояджер» — это высокоавтономные роботы, оснащённые научными приборами для исследования внешних планет, а также собственными энергетическими установками, ракетными двигателями, компьютерами, системами радиосвязи и управления.

Общая масса каждого аппарата — около 721 кг.

В состав научной аппаратуры «Вояджеров» входят:

- телевизионные камеры чёткостью 800 строк; используются специальные видиконы с памятью. Считывание одного кадра требует 48 с.

- широкоугольная камера (поле около 3°), фокусное расстояние 200 мм;

- узкоугольная камера (0,4°), фокусное расстояние 500 мм;

Спектрометры:

-Инфракрасный, диапазон от 4 до 50 мкм;

-Ультрафиолетовый, диапазон 50—170 нм;

Фотополяриметр;

Плазменный комплекс:

- детектор плазмы;

- детектор заряженных частиц низких энергий;

- детектор космических лучей;

- магнитометры высокой и низкой чувствительности;

-приёмник плазменных волн.

В отличие от космических аппаратов, исследующих внутренние планеты, «Вояджеры» не могли использовать солнечные батареи, так как по мере удаления аппаратов от Солнца поток солнечного излучения становится слишком мал — например, вблизи орбиты Нептуна он примерно в 900 раз меньше, чем на орбите Земли. Источником электроэнергии являются три радиоизотопных термоэлектрических генератора (РИТЭГа). Топливом в них служит плутоний-238 (в отличие от плутония-239, используемого в ядерном оружии); их мощность в момент старта космического аппарата составляла примерно 470 ватт при напряжении 30 вольт постоянного тока. Период полураспада плутония-238 составляет примерно 87,74 года, и генераторы, использующие его, теряют 0,78 % своей мощности в год. В 2006 году, через 29 лет после запуска, такие генераторы должны иметь мощность только 373 Вт, то есть около 79,5 % от исходной. Кроме того, биметаллическая термопара, которая преобразует тепло в электричество, также теряет эффективность, и реальная мощность будет ещё ниже.

На 11 августа 2006 года мощность генераторов «Вояджера-1» и «Вояджера-2» снизилась до 290 и 291 Вт соответственно, то есть составила около 60 % от мощности на момент запуска. Эти показатели лучше, чем предполётные предсказания, основанные на консервативной теоретической модели деградации термопары. С падением мощности приходится сокращать энергопотребление космического аппарата, что ограничивает его функциональность.

«Вояджер-1» стартовал 5 сентября 1977 года.

Первоначальная миссия заключалась в исследовании Юпитера и Сатурна. «Вояджер-1» был первым зондом, который сделал детальные снимки спутников этих планет.

По завершении первоначальной миссии аппарат перешёл к выполнению дополнительной миссии по определению местонахождения границ Солнечной системы, включая пояс Койпера.

6 января 1979 года «Вояджер-1» начал исследование планетной системы Юпитера.

Другие изображения Юпитера от «Вояджер-1» на Викискладе

22 августа 1980 года «Вояджер-1» начал исследование планетной системы Сатурна.

Другие изображения Сатурна от «Вояджер-1» на Викискладе

14 декабря 1980 года направился к границам Солнечной системы. «Вояджер-1» летит в "северной полусфере" и поднимается над эклиптикой (начальный угол 38°). «Вояджер-1» движется по гиперболической траектории, то есть, он не вернётся в Солнечную систему под действием гравитационного притяжения Солнца.

17 февраля 1998 года «Вояджер-1» побил рекорд американского зонда "Пионер-10" по удалению от Солнца и стал самым удалённым аппаратом. созданным человеком.

17 декабря 2004 года на расстоянии 94 а.е. пройдена фаза "гелиосферной ударной волны" и зонд вступил в пределы гелиосферы. Это поверхность внутри гелиосферы, на которой происходит резкое замедление солнечного ветра до звуковых скоростей (относительно скорости самого Солнца). Это происходит из-за того, что вещество солнечного ветра «наталкивается» на межзвёздное вещество.

С июня 2010 года зарегистрированное влияние солнечного ветра в текущей точке нахождения космического аппарата последовательно приближалось к нулю. 13 декабря 2010 года «Вояджер-1» вошёл в зону, в которой воздействие солнечного ветра равно нулю. Расстояние, которое он пролетел на середину декабря 2010 года, составляло приблизительно 116,38 а. е. (17,41 млрд км).

В декабре 2011 аппарат «Вояджер-1» находился на расстоянии 119 а. е. от Солнца и добрался до так называемого "региона стагнации" — последнего рубежа, отделяющего аппарат от межзвёздного пространства. Область стагнации представляет собой регион с довольно сильным магнитным полем (индукция резко возросла почти в два раза по сравнению с предыдущими значениями) — давление заряженных частиц со стороны межзвёздного пространства заставляет поле, создаваемое Солнцем, уплотняться. Кроме этого, аппарат зарегистрировал рост количества высокоэнергетических электронов (примерно в 100 раз), которые проникают в Солнечную систему из межзвёздного пространства.

25 августа 2012 года на расстоянии 121 а.е. «Вояджер-1» перешёл в межзвёздное пространство (гелиопаузу). Гелиопауза - теоретическая граница, на которой происходит окончательное торможение солнечного ветра. Его давление уже неспособно оттеснять межзвёздное вещество из Солнечной системы, и происходит перемешивание вещества солнечного ветра с межзвёздным. 12 сентября 2013 года НАСА подтвердило, что «Вояджер-1» вышел за пределы гелиосферы Солнечной системы в межзвездное пространство.

К сегодняшнему дню (40-летия запуска в 2017-ом) «Вояджер-1» улетел на расстояние свыше 139 а.е. от Солнца. Сейчас его скорость около 13 км/с (8 км/с).

«Вояджер-2» стартовал двумя неделями ранее «Вояджер-2» - 20 августа 1977 года в рамках программы «Вояджер» для исследований дальних планет Солнечной системы. Первый и единственный аппарат, достигший Урана (в январе 1986 года) и Нептуна (в августе 1989 года). По дальности достижения и изучения объекта Солнечной системы его смогла превзойти только АМС «Новые горизонты», которая в июле 2015 года достигла Плутона.

9 июля 1979 года пролет близ Юпитера.

Изображения Юпитера от «Вояджер-2» на Викискладе

26 августа 1981 года пролет близ Сатурна.

Изображения Сатурна от «Вояджер-2» на Викискладе

24 января 1986 года «Вояджер-2» пролетел близ Урана.

Другие изображения Урана от «Вояджер-2» на Викискладе

25 августа 1989 года «Вояджер-2» пролетел близ Нептуна и направился к границам Солнечной системы. «Вояджер-2» летит в "южной полусфере" под эклиптикой под углом 30°. «Вояджер-2» движется по постоянной траектории.

Другие изображения Нептун от «Вояджер-2» на Викискладе

30 августа 2007 года «Вояджер-2» достиг границы "гелиосферной ударной волны" и далее вошёл в область гелиопаузы. 10 декабря 2007 года NASA сообщило о результатах анализа данных, присланных «Вояджером».

3 ноября 2012 года «Вояджер-2» достиг расстояния 100 а. е. от Солнца.

В настоящее время приближается к гелиопаузе – границе околосолнечного пространства и межзвездной среды, пройдя к сегодняшнему дню расстояние в 115,32 а.е.

К сегодняшнему дню (40-летия запуска в 2017-ом) «Вояджер-2» находился на расстоянии свыше 115 а.е.

«Вояджер-2» подтвердил, что гелиосфера — не идеальный шар, а сплющена: её южная граница находится ближе к Солнцу, чем северная. Кроме того, аппарат сделал ещё одно неожиданное наблюдение: торможение солнечного ветра за счёт противодействия межзвёздной среды должно было бы приводить к резкому повышению температуры и плотности плазмы ветра. Действительно, на границе ударной волны температура была выше, чем во внутренней гелиосфере, но всё равно разница в 10 раз меньше, чем ожидалось. Чем вызвано расхождение и куда уходит энергия, неизвестно.

Хотя запланированный срок работы обоих «Вояджеров» давно истёк, часть научных приборов продолжает работать. Минимально необходимое для исследований электроснабжение будет поддерживаться приблизительно до 2025 года. Ожидается, что аппараты пересекут гелиопаузу примерно через 10 лет после пересечения гелиосферной ударной волны. Пройдя через границы гелиопаузы, зонды навсегда потеряет связь с Землёй — мощности передатчиков не хватит для приёма сигнала на Земле.

«Вояджер-1» достигнет облака Оорта через 300 лет и около 30 000 лет займет у него, чтобы пройти через него.

Примерно через 40 000 лет «Вояджер-1» пролетит в 1,6 св. года (15 трлн км) от звезды Глизе 445 созвездия Жирафа, которая движется в сторону созвездия Змееносца.

«Вояджер-2» покинет окружающее Солнечную систему первое межзвездное газовое через две тысячи лет. Еще 90 тысяч лет потребуется, чтобы пройти второе облако и попасть в третье. Эти межзвездные структуры отличаются друг от друга по содержащимся в них химическим элементам.

«Через 40 000 лет «Вояджер-2» пройдёт на расстоянии 1,7 светового года от звезды Росс 248. Примерно через 296 тыс. лет «Вояджер-2» разойдётся с Сириусом на расстоянии 4,3 св. года