Voyager

"Voyager" ( eng.  Voyager , bokstavligen - "Traveler") - namnet på två amerikanska rymdsonder som lanserades 1977, samt ett projekt för att utforska de avlägsna planeterna i solsystemet med deltagande av fordon i denna serie.

Totalt skapades två fordon i Voyager-serien och skickades ut i rymden: Voyager 1 och Voyager 2 . Enheterna skapades vid Jet Propulsion Laboratory ( eng.  Jet Propulsion Laboratory  - JPL) av NASA . Projektet anses vara ett av de mest framgångsrika och produktiva i historien om interplanetär forskning - båda Voyagers överförde högkvalitativa bilder av Jupiter och Saturnus för första gången , och Voyager 2 nådde Uranus och Neptunus för första gången . Voyagers blev den tredje och fjärde rymdfarkosten vars färdplan gav en flygning utanför solsystemet (de två första var Pioneer 10 och Pioneer 11 ). Voyager 1 blev den första rymdfarkosten i historien att nå heliosfärens gränser och gå bortom den [ 1] [2] .

Voyager-seriens fordon är mycket autonoma robotar utrustade med vetenskapliga instrument för att utforska de yttre planeterna , såväl som sina egna kraftverk, raketmotorer, datorer , radiokommunikation och kontrollsystem. Den totala vikten för varje enhet är cirka 721  kg .

The Voyager Project

Voyager-projektet är ett av de mest framstående experiment som utfördes i rymden under 1900-talets sista fjärdedel. Avstånden till jätteplaneterna är för stora för markbaserade observationsverktyg, så fotografierna och mätdata som skickas till jorden av Voyagers är fortfarande av stort vetenskapligt värde.

Idén till projektet dök upp först i mitten av 1960-talet, när studentpraktikanten Gary Flandro beräknade möjligheten att nå de yttre planeterna med hjälp av en gravitationshjälp nära Jupiter. 1966 publicerade han en tidning där han noterade att det i slutet av 1970-talet fanns ett bra tillfälle att flyga runt de fyra yttre planeterna i solsystemet (Jupiter, Saturnus, Uranus och Neptunus) på en gång med en rymdfarkost, på grund av deras sällsynt konvergens i banor.

1969 lanserade NASA ett ambitiöst projekt kallat " Grand Tour ", som innebar att två rymdskepp skickades på en Jupiter-Saturnus- Pluto - bana och två till på en Jupiter-Uranus-Neptunus-bana. Byrån fick dock inte tillräckliga medel för att förbereda den. Som ett resultat reviderades projektet: Uranus, Neptunus och Pluto uteslöts officiellt från det, och antalet uppskjutningar reducerades till två rymdfarkoster av den välutvecklade Mariner - klassen. Arbetsnamnet för programmet "Mariner Jupiter-Saturn" ändrades till "Voyager" strax före lanseringen [3] .

På grund av det faktum att alla jätteplaneter var väl placerade i en relativt smal sektor av solsystemet (" parad of planets "), var det möjligt att använda gravitationsmanövrar för att flyga runt alla yttre planeter, med undantag för Pluto. Därför beräknades flygbanan utifrån denna möjlighet, även om studien av Uranus och Neptunus inte officiellt inkluderades i uppdragsprogrammet (för att garantera att man når dessa planeter skulle det krävas konstruktion av dyrare fordon med högre tillförlitlighetsegenskaper).

Efter att Voyager 1 framgångsrikt slutfört utforskningsprogrammet för Saturnus och dess måne Titan , togs det slutliga beslutet att skicka Voyager 2 till Uranus och Neptunus. För att göra detta var vi tvungna att ändra dess bana något och överge en nära förbiflygning nära Titan.

Vetenskaplig utrustning för enheten

• TV-kameror med en definition på 800 linjer ; speciella vidikoner med minne används. Att läsa en bildruta kräver 48 s .
  • vidvinkel (fält ca 3°), brännvidd 200 mm ;
  • smalvinkel (0,4°), brännvidd 500 mm ;
• Spektrometrar :
  • Infraröd, sträcker sig från 4 till 50 mikron ;
  • Ultraviolett, intervall 50-170 nm;
• Fotopolarimeter ;
• Plasmakomplex:
  • plasmadetektor ; _
  • lågenergidetektor för laddade partiklar;
  • kosmisk stråldetektor ;
  • magnetometrar med hög och låg känslighet ;
  • plasmavågsmottagare . _

Strömutrustning för enheten

Till skillnad från rymdfarkoster som utforskar de inre planeterna kunde Voyagers inte använda solpaneler , för när fordonen rör sig bort från solen blir solstrålningsflödet för litet - till exempel nära Neptunus omloppsbana är det cirka 900 gånger mindre än i omloppsbanan av jorden.

Elkällan är tre termoelektriska radioisotopgeneratorer (RTG). De drivs av plutonium-238 (i motsats till plutonium-239 som används i kärnvapen); deras effekt vid tidpunkten för uppskjutningen av rymdfarkosten var cirka 470  watt vid en spänning på 30  volt likström . Halveringstiden för plutonium-238 är cirka 87,74 år , och generatorer som använder det förlorar 0,78 % av sin effekt per år. År 2006, 29 år efter starten, bör sådana generatorer ha en effekt på endast 373 W , det vill säga cirka 79,5% av originalet. Dessutom tappar bimetalltermoelementet , som omvandlar värme till elektricitet, också effektivitet, och den verkliga effekten blir ännu lägre. Den 11 augusti 2006 minskade effekten hos Voyager 1- och Voyager 2-generatorerna till 290 respektive 291 W , det vill säga cirka 60 % av effekten vid uppskjutningstillfället. Dessa prestanda är bättre än förutsägelser före flygning baserade på en konservativ teoretisk modell av termoelementnedbrytning. Med en effektminskning är det nödvändigt att minska rymdfarkostens energiförbrukning, vilket begränsar dess funktionalitet.

Voyager 2 tekniska problem och lösningar

Flygningen med Voyager 2 varade mycket längre än planerat. I detta avseende, efter Jupiters förbiflygning, var forskarna som följde med uppdraget tvungna att lösa ett stort antal tekniska problem. De initialt korrekta tillvägagångssätten för design av enheter gjorde det möjligt att göra detta. De mest betydande och framgångsrikt lösta problemen inkluderar:

• fel på automatisk lokaloscillatorfrekvensinställning . Utan automatisk inställning kan mottagaren bara ta emot signaler inom sin egen bandbredd, som är mindre än 1/1000 av dess normala värde. Även dopplerskiften från jordens dagliga rotation överstiger den med 30 gånger . Det fanns bara en utväg - varje gång att beräkna ett nytt värde på den sända frekvensen och justera marksändaren så att signalen efter alla skift bara föll in i mottagarens bandbredd. Detta gjordes - datorn ingår nu i sändarkretsen [4] .
• fel på en av RAM -cellerna på omborddatorn - programmet skrevs om och laddades så att denna bit upphörde att påverka det;
• i en viss del av flygningen uppfyllde det använda styrsignalkodningssystemet inte längre kraven på tillräcklig brusimmunitet på grund av försämringen av signal-brusförhållandet . Ett nytt program laddades in i omborddatorn, som kodade med en mycket säkrare kod (en dubbel Reed-Solomon- kod användes ).
• under flygningen av Saturnus ringplan, fastnade skivspelaren ombord med tv-kameror, förmodligen av en partikel av dessa ringar. Försiktiga försök att vrida den flera gånger i motsatta riktningar gjorde det till slut möjligt att låsa upp plattformen;
• minskningen av kraften hos matarisotopelementen krävde sammanställningen av komplexa cyklogram för driften av den ombordvarande utrustningen, av vilka några började stängas av då och då för att förse den andra delen med tillräckligt med elektricitet;
• det initialt oplanerade avlägsnandet av fordonen från jorden krävde flera moderniseringar av det markbaserade transceiverkomplexet för att ta emot en försvagningssignal [5] .

Meddelande till utomjordiska civilisationer

Fäst på sidan av varje Voyager var en rund aluminiumlåda med en guldpläterad videoskiva inuti. Det finns 115 bilder på skivan, som innehåller de viktigaste vetenskapliga data, typer av jorden , dess kontinenter , olika landskap, scener från djurs och människors liv, deras anatomiska struktur och biokemiska struktur, inklusive DNA- molekylen .

De nödvändiga förtydligandena görs i den binära koden och solsystemets position anges i förhållande till fjorton kraftfulla pulsarer . Den hyperfina strukturen hos vätemolekylen ( 1420 MHz ) anges som en "mätlinjal" .

Förutom bilder finns även ljud inspelade på skivan: en mammas viskning och ett barns gråt, rösterna från fåglar och djur, ljudet av vind och regn, dånet från vulkaner och jordbävningar , susandet av sand och havets surf .

Mänskligt tal representeras på skivan av korta hälsningar på 55 språk från världens folk. På ryska heter det: "Hej, jag hälsar dig!". Ett speciellt kapitel i budskapet är världsmusikkulturens framgångar. Skivan innehåller verk av Bach , Mozart , Beethoven , jazzkompositioner av Louis Armstrong , Chuck Berry , folkmusik från många länder.

Skivan innehåller också ett tilltal av Carter , som var USA:s president 1977 . En fri översättning av överklagandet låter så här:

Denna enhet skapades i USA, ett land med en befolkning på 240 miljoner människor bland de fyra miljarder människor på jorden. Mänskligheten är fortfarande uppdelad i separata nationer och stater, men länder rör sig snabbt mot en enda jordisk civilisation.

Vi skickar detta meddelande ut i rymden. Den kommer förmodligen att överleva i en miljard år av vår framtid, när vår civilisation kommer att förändras och helt förändra jordens yta... Om någon civilisation fångar upp Voyager och kan förstå innebörden av denna skiva, här är vårt meddelande:

Det är en gåva från en liten avlägsen värld: våra ljud, vår vetenskap, våra bilder, vår musik, våra tankar och känslor. Vi försöker överleva i vår tid så att vi kan leva i din. Vi hoppas att den dag kommer när problemen vi står inför idag kommer att lösas och vi kommer att ansluta oss till den galaktiska civilisationen. Dessa uppteckningar representerar våra förhoppningar, vår beslutsamhet och vår goda vilja i detta stora och respektingivande universum.

2015 tog NASA beslutet att lägga alla ljud från det gyllene rekordet för Voyager-sonderna online. Vem som helst kan bekanta sig med dem på NASA:s webbplats [6] [7] .

Fordon lämnar solsystemet

Efter mötet med Neptunus avvek Voyager 2 :s bana söderut. Nu passerar dess flygning i en vinkel av 48° mot ekliptikan , på södra halvklotet . Voyager 1 reser sig över ekliptikan (initial vinkel 38°). Apparater lämnar solsystemet för alltid .

Apparaternas tekniska kapacitet är följande: energin i radioisotop termoelektriska batterier kommer att räcka för att fungera enligt minimiprogrammet fram till omkring 2025 [8] . Den eventuella förlusten av solen genom solsensorn kan vara ett problem, eftersom solen blir svagare på avstånd. Då kommer den riktade radiostrålen att avvika från jorden, och mottagningen av apparatens signaler blir omöjlig. Detta kan hända runt 2030.

Nu, från den vetenskapliga forskningen av Voyagers, är i första hand studiet av övergångsregioner mellan sol- och interstellär plasma . Voyager 1 korsade den heliosfäriska chockvågen ( engelsk  termination shock ) i december 2004 på ett avstånd av 94  AU. från solen [9] . Informationen som kom från Voyager 2 ledde till en ny upptäckt: även om enheten ännu inte hade nått denna gräns vid den tidpunkten, visade data som mottogs från den att den var asymmetrisk - dess södra del var ungefär 10 AU. närmare solen än den nordliga (trolig förklaring är påverkan av det interstellära magnetfältet ) [10] . Voyager 2 korsade heliosfärchocken den 30 augusti 2007 på ett avstånd av 84,6 AU. [11] [12] . Det förväntas att fordon kommer att korsa heliopausen cirka 10 år efter att ha korsat den heliosfäriska bogchocken [9] .

Rymdfarkosten Voyager 2, som lanserades den 20 augusti 1977, korsade gränsen till solsystemet (mer exakt heliosfären ) i augusti 2007. Den 10 december 2007 tillkännagav NASA resultaten av en analys av data som skickats av Voyager.

På ett visst avstånd sjunker solvindens hastighet kraftigt och upphör att vara överljud. Området (praktiskt taget ytan) där detta sker kallas gränsen för stötvågen ( engelska  termination shock eller termination shockwave ). Detta är gränsen som Voyagers har passerat. Det kan betraktas som gränsen för den inre heliosfären. Enligt vissa definitioner slutar heliosfären här.

Voyager 2 bekräftade att heliosfären inte är en perfekt sfär, den är tillplattad: dess södra gräns är närmare solen än den norra. Dessutom gjorde rymdfarkosten en annan oväntad observation: solvindens retardation på grund av motverkan av det interstellära mediet borde ha lett till en kraftig ökning av vindplasmans temperatur och täthet. Visserligen, vid gränsen för stötvågen, var temperaturen högre än i den inre heliosfären, men skillnaden är fortfarande 10 gånger mindre än förväntat. Vad som orsakade diskrepansen och var energin tar vägen är okänt.

I november 2017 lanserades Voyager 1-motorerna framgångsrikt efter 37 år av inaktivitet. Detta gjordes för att korrigera orienteringen så att enhetens antenn riktades mot jorden [13] . Forskare hoppas att driften av några av Voyagers vetenskapliga instrument kommer att kunna upprätthållas till omkring 2030 [14] .

Minne

Voyager-regionen på Pluto är uppkallad efter programmet (namnet godkändes av IAU den 7 september 2017) [15] .

Anteckningar

1. ↑ Rymdsonden för första gången i historien gick bortom solsystemet - Society News - [email protected] . Hämtad 6 april 2013. Arkiverad från originalet 14 april 2013. (obestämd)
2. ↑ Lisov, 2022 .
3. ↑ Utforska det okända / John M. Logsdon, redaktör. - Washington, DC: NASA History Office, 2011. - S. 286-287. — 796 sid. Arkiverad 25 december 2017 på Wayback Machine
4. ↑ Solsystem. Nästa - bara stjärnorna. Arkiverad kopia av 25 september 2020 på Wayback Machine (om flyget med Voyager 2).
5. ↑ Voyager-fel: vad hände med dem i rymden  (ryska)  ? . Hämtad: 29 augusti 2022.  (obestämd)
6. ↑ Voyagers gyllene rekord för utomjordingar nu tillgänglig på SoundCloud | Populärvetenskap . Datum för åtkomst: 28 juli 2015. Arkiverad från originalet 29 juli 2015. (obestämd)
7. ↑ Voyager - Det interstellära uppdraget . Hämtad 28 juli 2015. Arkiverad från originalet 3 juli 2017. (obestämd)
8. ↑ Neptunus är hjärtat av en havsjätte . galspace.spb.ru. Hämtad 9 augusti 2011. Arkiverad från originalet 10 juli 2011. (obestämd)
9. ↑ 12 Voyager - snabba fakta . Datum för åtkomst: 30 oktober 2006. Arkiverad från originalet den 29 november 2016. (obestämd)
10. ↑ Voyager II upptäcker solsystemets kant . Hämtad 30 oktober 2006. Arkiverad från originalet 4 oktober 2017. (obestämd)
11. ↑ POLIT.RU: Vladislav Izmodenov: vetenskaplig händelse 2007 - Voyager 2 korsar gränsen till helosfären . Hämtad 13 januari 2009. Arkiverad från originalet 14 mars 2008. (obestämd)
12. ↑ Arkiverad kopia . Hämtad 13 januari 2009. Arkiverad från originalet 21 maj 2009. (obestämd)
13. ↑ NASA lyckades starta Voyager 1-motorerna avstängda för 37 år sedan Arkivexemplar av 3 december 2017 på Wayback Machine // RBC , 2 december 2017
14. ↑ Tim Folger. Rekordbrytande Voyager-rymdfarkosten börjar slås  av . Scientific American (22 juni 2022). Hämtad: 24 juni 2022.
15. ↑ Pluto-särdrag ges förnamn . International Astronomical Union (7 september 2017). Hämtad 15 september 2017. Arkiverad från originalet 7 september 2017. (obestämd)

Litteratur

• Lisov Igor. Scouter av de yttre planeterna: Pionjärernas och resandes resa från jorden till Neptunus och bortom / Wiebe D. Z. . - Facklitteratur Alpina, 2022. - 542 sid. - ISBN 978-5-00139-335-1 . (ryska)
• Roger Ludwig, Jim Taylor. Voyager Telecommunications  . - Pasadena, Kalifornien: Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, 2012. - XI, 47 sid. - (DESCANSO Design and Performance Summary Series).

Länkar

•  Voyager officiella hemsida
• Jupiters satelliter : Om 3 timmar / Ed. D. Morrison. - M .: Mir, 1985-1986.

Ordböcker och uppslagsverk	Stor katalanska Britannica (online) Universalis
I bibliografiska kataloger	J9U : 987007570739105171 LCCN : n90692226

Saturnus
Största satelliterna	Mimas Enceladus Tethys Dione Rhea Titan Iapetus
Egenskaper	drakstorm stor vit fläck Saturnus Hexagon Saturnus ringar Saturnus satelliter Saturnus magnetosfär
Studie	Pioneer-11 Resande Cassini-Huygens
Övrig	Lista över asteroider som korsar Saturnus omloppsbana
Kategori " Saturnus " Portal "Astronomy" Wikimedia Commons: Saturnus