Исследования зондами планет за главным поясом астероидов

Вояджер-1

«Вояджер-1» (англ. Voyager-1) — американский космический зонд, исследующий Солнечную систему с 5 сентября 1977 года. Основная миссия космической программы «Вояджер» заключалась в исследовании Юпитера и Сатурна. «Вояджер-1» стал первым космическим зондом, который сделал детальные снимки спутников этих планет. По завершении основной миссии он приступил к выполнению дополнительной миссии по исследованию отдалённых регионов Солнечной системы, включая пояс Койпера и границу гелиосферы.

История и открытия аппарата

«Вояджер-1» стартовал 5 сентября 1977 года с мыса Канаверал на РН Titan3E. Хотя его близнец, космический зонд «Вояджер-2», был запущен на 16 дней раньше,он никогда не догонит «Вояджер-1». Основное отличие программы «Вояджер-1» — то, что для него была выбрана более короткая трасса, чем для «Вояджера-2»: «Вояджер-1» должен был посетить только Юпитер и Сатурн. Аппарат впервые передал детальные снимки Юпитера и Сатурна (а также ряда их спутников) и другие научные данные.Спустя две недели после запуска с базы ВВС на мысе Канаверал во Флориде 5 сентября 1977 года «Вояджер-1» повернул камеры назад к своей планете и сделал первый однокадровый снимок системы Земля-Луна, давая представление о будущие открытия на внешних планетах.

Космический корабль без происшествий пересек пояс астероидов в период с 10 декабря 1977 г. по 8 сентября 1978 г. и пролетел мимо Юпитера 5 марта 1979 г. Во время четырехмесячной встречи «Вояджер-1» прислал 19 000 фотографий планеты-гиганта, четыре самых больших спутника, открыл два новых спутника и обнаружил тонкое кольцо, окружающее Юпитер. Приборы космического корабля записали множество научных данных, которые значительно расширили наши знания о планете. После 17-месячного межпланетного путешествия "Вояджер-1" начал свои наблюдения за Сатурном 22 августа 1980 года, все еще находясь в 109 миллионах километрах от планеты. Из-за его интереса к ученым разработчики миссий выбрали траекторию космического корабля, чтобы совершить близкий пролет над крупнейшим спутником Сатурна Титаном, единственным спутником планеты с плотной атмосферой, как раз перед самым близким приближением к самой планете. Эта траектория означала, что «Вояджер-1» пройдет над южным полюсом Сатурна, и помощь гравитации отправит его за пределы эклиптики, плоскости, где находятся планеты Солнечной системы, что предотвратит дальнейшие встречи с планетами.

Исследование Юпитера

Космический корабль начал фазу встречи с системой Юпитера 6 января 1979 года, отправив обратно свои первые изображения и проведя первые научные измерения. 5 марта, все еще летя к планете, он пролетел на высоте 262 000 миль от маленького внутреннего спутника Юпитера Амальтеи, сделав первую фотографию этого спутника крупным планом, которая показала, что он имеет продолговатую форму и красноватый цвет. Примерно через пять часов "Вояджер-1" максимально приблизился к Юпитеру, пролетев в пределах 174 000 миль от вершин облаков планеты. На исходящем этапе своего сближения он пролетел и сфотографировал большие спутники Ио (ближайшее расстояние - 12 800 миль), Европу (456 000 миль), Ганимед (71 300 миль) и Каллисто (78 600 миль), все обнаруженные итальянским астрономом Галилео. в 1610 году, используя свой недавно изобретенный телескоп. Снимки "Вояджера" показали, что каждый спутник имеет уникальный внешний вид, самым замечательным открытием является действующий вулкан на Ио. «Вояджер-1» также обнаружил два ранее неизвестных спутника, вращающиеся вокруг Юпитера, позже названные Фива и Метида. Оглядываясь на Юпитер, освещенный Солнцем сзади, «Вояджер-1» обнаружил, что планета окружена тонким кольцом. Наблюдения за Юпитером завершились 13 апреля.После успешного исследования системы Юпитера "Вояджер-1" направился к Сатурну.

Исследование Сатурна и его спутников

12 ноября, примерно за 18 часов до своего ближайшего сближения с Сатурном, «Вояджер-1» обратил свое внимание на одну из важнейших научных целей сближения, Титан, проходя в пределах 6454 километров от крупнейшего спутника планеты. Камеры космического корабля наблюдали оранжевую дымку, скрывающую поверхность планеты, с отдельными слоями дымки на высоте до 480 километров над более плотной атмосферой. Приборы измерили состава атмосферы на поверхности: в основном азот, с примерно 10% метана и следами углеводородов, давление на поверхности на 60% выше среднего давления на уровне моря Земли, а температура поверхности составляет около 93 К (-293 градусов по Фаренгейту). "Вояджер-1" измерил диаметр Титана на высоте 5110 километров и определил, что его плотность указывает на состав примерно равных пропорций скального льда и водяного льда. Затем космический корабль приблизился на расстояние 124800 километров к вершинам облаков Сатурна, повернулся за планету и начал своё ускорение. Гравитация Сатурна придала "Вояджеру-1" достаточное ускорение, чтобы он смог покинуть Солнечную систему. «Вояджер-1» изучил многие из меньших ледяных спутников Сатурна во время сближения и обнаружил три новых, в результате чего общее количество известных спутников на тот момент достигло 15. В порядке изучения во время встречи и минимального расстояния до космического корабля эти спутники были: Тефис (415757 километров), Мимас (88457 километров), Энцелад (202085 километров), Диона (160934 километров), Рея (73997 километров) и Гиперион (880633 километров). Размер этих спутников варьируется от 1528 километров в диаметре у Реи до Гипериона шириной 289 километров. «Вояджер» также наблюдал внешнюю ледяную луну Япет шириной 1448 километров с расстояния 2,4 миллиона километров. Эти луны состоят из смеси льда и камня, и большинство из них имеют сильно изрезанные кратерами поверхности, за исключением Энцелада.

Фото Вояджера-1, на котором изображены три ледяных спутника Сатурна - Тефия (слева), Мимас и Энцелад:

Япет показывает два очень разных полушария, темную переднюю сторону и гораздо более яркую заднюю сторону, в то время как уникальная особенность поверхности на Мимасе - это большой кратер в одну треть диаметра самой луны.

Фото Вояджера-1, на котором изображены три ледяных спутника Сатурна: Диона (слева), Рея и Гиперион.

14 февраля 1990 года, более чем через 12 лет после того, как он начал свое путешествие с Земли, и незадолго до того, как его камеры были окончательно отключены для экономии энергии, «Вояджер-1» развернулся и направил их обратно в солнечную систему. На мозаике из 60 изображений он запечатлел «семейный портрет» шести планет Солнечной системы, включая бледно-голубую точку под названием Земля на расстоянии более 3,7 миллиарда миль. Соответственно, это были последние изображения, полученные с космических кораблей "Вояджер". В феврале 2020 года в ознаменование 30 - летия фотографии НАСА выпустило обновленную версию изображения Земли в виде « Пересмотренной бледно-голубой точки».

Семейный портрет шести планет, сделанный Вляджером-1 14 февраля 1990 года, когда космический корабль находился в 5,9 миллиардов километров от Земли. :

Обновленная фотография Земли, " Pale Blue Dot Revisited" , сделанная с "Вояджера-1", с расстояния 5,9 миллиардов километров, опубликована в феврале 2020 года. Земля - это крошечная светящаяся точка рядом с центром изображения.:

Устройтсво аппарата.

Вояджер 1 идентичен Вояджеру 2. Масса зонда при старте составляла 798 кг, масса полезной нагрузки - 86 кг. Длина - 2,5 м. Корпус аппарата - десятигранная призма с центральным проёмом. Подсистема командного компьютера (CCS) обеспечивает функции упорядочения и управления. CCS содержит фиксированные процедуры, такие как декодирование команд, обнаружение неисправностей и процедуры исправления, информацию наведения антенны и информацию о последовательности действий космического корабля. Подсистема управления ориентацией и артикуляцией (AACS) управляет ориентацией космического корабля, поддерживает направление антенны с высоким коэффициентом усиления на Землю, управляет маневрами ориентации и позиционирует платформу сканирования. Связь по восходящей линии связи осуществляется через S-диапазон (командная скорость 16 бит / с), в то время как передатчик X-диапазона обеспечивает телеметрию нисходящего канала со скоростью 160 бит / с, как правило, и 1,4 кбит / с для воспроизведения высокоскоростных данных плазменных волн. Все данные передаются и принимаются на космическом корабле через 3,7-метровую антенну с высоким коэффициентом усиления (HGA).70-метровая антенна DSS43 в Канберре, входящая в состав Сети дальней космической связи NASA, является единственной антенной, способной поддерживать связь с аппаратом. Электроэнергия вырабатывается тремя радиоизотопными термоэлектрическими генераторами (РИТЭГ). Текущие уровни мощности составляют около 249 ватт . Когда электрическая мощность уменьшается, силовые нагрузки космического корабля должны быть отключены, чтобы избежать превышения спроса над предложением. При отключении нагрузок некоторые возможности космического корабля исключаются. На борту аппарата закреплена золотая пластина, на которой для потенциальных инопланетян указаны координаты Солнечной системы и записан ряд земных звуков и изображений. В комплект научной аппаратуры входят следующие приборы:

1. Телевизионная камера с широкоугольным объективом и телевизионная камера с телеобъективом, каждый кадр которой содержит 125 кБ информации.
2. Инфракрасный спектрометр, предназначенный для исследования энергетического баланса планет, состава атмосфер планет и их спутников, распределения температурных полей.
3. Ультрафиолетовый спектрометр, предназначенный для исследования температуры и состава верхних слоёв атмосферы, а также некоторых параметров межпланетной и межзвёздной среды.
4. Фотополяриметр, предназначенный для исследования распределения метана, молекулярного водорода и аммиака над облачным покровом, а также для получения информации об аэрозолях в атмосферах планет и о поверхности их спутников.
5. Два детектора межпланетной плазмы, предназначенные для регистрации как горячей дозвуковой плазмы в магнитосфере планет, так и холодной сверхзвуковой плазмы в солнечном ветре. Установлены также детекторы волн в плазме.
6. Детекторы заряженных частиц низкой энергии, предназначенные для исследования энергетического спектра и изотопного состава частиц в магнитосферах планет, а также в межпланетном пространстве.
7. Детекторы космических лучей (частиц высоких энергий).
8. Магнитометры для измерения магнитных полей.
9. Приёмник для регистрации радиоизлучения планет, Солнца и звёзд. Приёмник использует две взаимно перпендикулярные антенны длиной
по 10 м.

Интересные факты

17 февраля 1998 года «Вояджер-1» на расстоянии 69,419 а.е. (около 10,4 млрд км) от Солнца «обогнал» аппарат «Пионер-10», до того момента бывший наиболее отдалённым из созданных людьми космических объектов. Снимок Земли, сделанный космическим аппаратом «Вояджер-1» в 1990 году с расстояния в 6 млрд км (40 а.е.) от Земли по состоянию на конец 2017 года, «Вояджер-1» является самым быстрым из покидающих Солнечную систему космических аппаратов. Хотя запущенный 19 января 2006 года в сторону Плутона аппарат «Новые горизонты» имел более высокую стартовую скорость, в конечном итоге он движется медленнее обоих «Вояджеров» благодаря удачным гравитационным манёврам последних. В определённый период года расстояние между «Вояджер-1» и Землёй уменьшается. Это связано с тем, что скорость движения Земли по орбите вокруг Солнца (около 30 км/c) выше, чем скорость, с которой «Вояджер-1» отдаляется от него.

Будущее аппарата

---

Михаил Суворков © 2021-2023