«Вояджер»: самый быстрый космический аппарат во Вселенной
19 января 2006 года земляне запустили зонд «Новые горизонты» — автоматическую межпланетную станцию, которая должна будет изучить Плутон, Харон и объект в поясе Койпера. Полная миссия аппарата рассчитана на 15—17 лет. Окрестности Земли «Новые горизонты» покинул с самой большой скоростью среди известных космических аппаратов — 16,26 км/с относительно Земли. Гелиоцентрическая скорость — 45 км/с, что позволило бы аппарату уйти из Солнечной системы без гравитационного маневра. Однако есть в этой Вселенной аппарат, созданный руками человека, который летит еще быстрее и равных ему в скорости пока нет.
Два космических зонда Voyager побили все рекорды по пройденным расстояниям. Они отправили нам фотографии Юпитера, Сатурна и Нептуна и продолжают двигаться прочь из Солнечной системы. 22 февраля 2014 года «Вояджер-1» находился на расстоянии около 19 миллиардов километров от Земли и по-прежнему отсылает нам данные — 10 часов они идут от зонда к нашей планете. Несколько лет назад мы писали, что «Вояджер-1» покинул Солнечную систему. Как зондам удается передавать данные так далеко?
Космический корабль «Вояджер» использует 23-ваттный радиопередатчик. Это больше, чем у обычного мобильного телефона, но в общем порядке вещей этот передатчик достаточно маломощный. Большие радиостанции на Земле передают десятки тысяч ватт, но все равно сигнал достаточно слабый.
Ключом к успеху, благодаря которому сигнал будет доходить вне зависимости от мощности радиопередатчика, стала комбинация трех вещей:
- Очень большие антенны.
- Направленные друг на друга антенны (земная и вояджеровская).
- Радиочастоты с малым количеством помех.
Антенны, которые использует «Вояджер», достаточно велики. Вы наверняка видели спутниковые тарелки у любителей телевидения. Обычно они 2—3 метра в диаметре. У антенны «Вояджера» диаметр 3,7 метра, и она передает данные, которые принимает 34-метровая антенна на Земле. Антенна «Вояджера» и антенна Земли направлены прямо друг на друга. Всенаправленная маленькая антенка вашего телефона и 34-метровый гигант — совершенно разные вещи.
Спутники «Вояджер» передают данные в 8-гигагерцевом диапазоне, на этой частоте мало помех. Антенна на Земле задействует мощный усилитель и получает сигнал. После этого отправляет сообщение обратно на зонд с помощью мощнейшего передатчика, чтобы «Вояджер» наверняка получил сообщение.
На передовой
«Вояджер-1» передает данные на Землю с 1977 года. Но члены команды, контролирующей миссию в Лаборатории реактивного движения NASA, не так давно обрадовали нас интересной новостью. 12 сентября 2013 года NASA подтвердило, что зонд вступил в область гелиопаузы, где солнечный ветер нашего Солнца уже не так силен, чтобы сталкиваться с солнечными ветрами соседних звезд. В этот момент «трехосный магнитометр» зафиксировал изменение магнитного поля, перпендикулярного направлению движения зонда. «Вояджер-1» стал первым объектом техногенного происхождения, покинувшим Солнечную систему.
Золотая Запись на борту «Вояджера»: 117 изображений Земли, приветствие на 54 языках, земные звуки
Циники — как и большинство астрономов, космологов и само NASA — говорят, что граница Солнечной системы определяется как точка, где объект перестает подвергаться воздействию солнечной гравитации. Но гравитация, как вы знаете, определяет Вселенную в огромных масштабах. И эта точка располагается на дистанции в 50 000 раз большей, чем расстояние от Солнца до Земли. «Вояджер-1» проехал 123 расстояния от Земли до Солнца (примерно 18 миллиардов километров). И ему понадобится еще 14 000 лет, чтобы при нынешней его скорости покинуть гравитационный захват Солнца.
Ничто не мешает программе «Вояджер» делать отличные наблюдения. «Вояджер-1» и его двойник, «Вояджер-2», вылетевший на 15 дней раньше, но опоздавший из-за экскурсии к Урану и Нептуну, обнаружили следы четырех газовых гигантов и множество странных астрономических явлений. И хотя «Вояджер-1» некоторое время оставался в пределах Солнечной системы, он вошел в зону, где заряженные частицы солнечного ветра сменятся пылью и другими материалами, заполняющими пространство между звездами.
За годы «Вояджеры» обнаружили ряд астрономических сюрпризов. Один из последних появился летом 2012 года, когда «Вояджер-1» обнаружил ранее неизвестное явление под названием «магнитное шоссе». В этом регионе, как показали инструменты на борту зонда, сталкиваются солнечное и межзвездное магнитные поля. Эдвард Стоун, главный по программе «Вояджера» с 1972 года, объяснил, что это происходит, когда частицы с низкой энергией внутри «гелиосферы» подменяются более высокоэнергетичными частицами из космоса.
Изображение Юпитера, сделанное «Вояджером-1» в апреле 1979 года
Создатели зондов рассчитывали, что те будут достаточно крепкими и прочными, чтобы выдержать все капризы космоса. Особенно во время близкого подлета к Юпитеру и Сатурну, а также экскурсиям к Урану и Нептуну в исполнении «Вояджера-2». Поэтому когда в 1973 году «Пионер-10» измерил радиацию вокруг Урана и Нептуна и обнаружил, что она выше, чем ожидалось, команда Стоуна потратила 9 месяцев на замену и реконструкцию каждого элемента зонда, который может пострадать. Конечно, зонды были спроектированы с избыточным запасом прочности. Например, каждый из зондов несет по две копии трех отдельных компьютерных систем. Но пока что мало какие бортовые системы нуждаются в перезагрузке. Можно с уверенностью сказать, что Стоун по-отцовски гордится своим творением и его подвигами.
Забота, с которой зонды делали здесь, на Земле, тоже сыграла свою роль в успехе миссии. Когда основной и дополнительный приемники на «Вояджере-2» отказали спустя год от начала миссии, земная команда активировала резервную систему, которая работает и по сей день. В 2010 году, получив искаженное сообщение от зонда, команда провела тщательный дамп памяти, используя один из резервных компьютеров, и выяснила, что один бит в программе изменился с 0 на 1. Перезагрузка программы все исправила.
Изображения Урана: «Вояджер-2», июнь 1986 года, и одно из последних
Команда ученых регулярно обновляет систему управления для обеспечения оптимального использования ресурсов зондов во время их активной работы. Только за юпитерианскую фазу «Вояджера-1» это сделали 18 раз. Возьмем, к примеру, передачу данных. Когда «Вояджеры» облетали Юпитер и Сатурн, зонды были достаточно близки к Земле, чтобы послать несжатое изображение и другие данные на относительно высокой скорости передачи: 115 000 и 45 000 бит в секунду соответственно. Но поскольку сила сигнала изменяется обратно пропорционально квадрату расстояния между передатчиками, во время исследования Урана «Вояджер-2» передавал данные со скоростью 9000 бит/сек. У Нептуна число упало до 3000, тем самым уменьшив количество фотографий и данных, которые можно отправить домой.
Большинство резервных компьютеров включаются в работу, когда основная терпит крушение. Однако одна из вспомогательных систем зондов была активирована и работала совместно с основной. Это позволило отправлять 640-килобайтные изображения Урана с потерей качества после сжатия всего до 256 килобайт.
Как говорится, все гениальное — просто. Команда Стоуна экипировала зонды передовым аппаратным обеспечением под названием дешифратор Рида — Соломона. Устройство значительно снижает уровень погрешности, мешающий корректному прочтению сообщений в случае потерь отдельных битов. Первоначально «Вояджер» использовал старую и хорошо проверенную систему, которая отсылала один бит, «корректирующий ошибки», на каждый бит в сообщении. Дешифратор Рида — Соломона правил одним битом пять других. Забавно то, что в 1977 году способ дешифрации скорректированных данных по методу Рида — Соломона еще не существовал. К счастью, к тому времени, когда «Вояджер-2» достиг Урана в 1986 году, все было готово.
Знаменитый снимок Земли «Pale Blue Dot» 1990 года: последняя миссия «Вояджера-1». 6 миллиардов километров
В настоящее время данные, которые приходят от «Вояджеров» на радиотелескопы по всему земному шару, идут со скоростью всего 160 бит в секунду. Это решение было принято сознательно, чтобы поддерживать постоянную скорость на протяжении всей миссии. Основные камеры были отключены после пролета последней планеты Солнечной системы, активными остались только несколько инструментов. Каждые шесть месяцев на протяжении 30 минут данные с 8-контактной цифровой ленты переносятся в сжатый архив на скорости 1400 бит в секунду.
Радиоизотопные термоэлектрические генераторы на основе плутония-238 будут поддерживать работу инструментов минимум до 2021 года. А к 2025 году после почти полувекового путешествия туда, где нет ничего человеческого, команда отключит зонды и будет сообщаться с ними в немного сентиментальной односторонней манере, чтобы «Вояджеры» верно шли своим курсом. И они будут лететь все дальше и дальше во тьму.
«Вояджер-1» несет достаточно ядерного топлива, чтобы продолжать служить во благо науки до 2025 года, а после смерти плыть по течению. По своей нынешней траектории зонд в конце концов должен оказаться в 1,5 световых годах от нас у звезды Camelopardalis в северном созвездии, которое выглядит чем-то средним между жирафом и верблюдом. Никто не знает, есть ли планеты возле этой звезды и обоснуют ли инопланетяне там резиденцию к моменту прибытия зонда.
Источник
«Вояджер-1» находится в 22 000 000 000 км от Солнца. Откуда он берёт энергию для передачи информации на Землю?
5 сентября 1977 года с Земли запущен космический аппарат «Вояджер-1» . Миссия подобных аппаратов состоит в исследовании мест, где раньше ничего запущенного с Земли не летало.
20 августа 1977 года был запущен «Вояджер-2» , что почти на 16 дней раньше «Вояджера-1» . Казалось бы парадокс нумерации, однако номера присваивались космическим аппаратам из расчёта того, какой из них первым достигнет Юпитера.
В августе 2012 года «Вояджер-1» совершил выход в межзвёздное пространство ( интерстеллар ) — область, заполненную веществом, выброшенным при взрыве звёзд миллионы лет назад. Подобная отсечка покорилась «Вояджеру-2» в декабре 2018. Оценочная скорость «Вояджера-1» составляет порядка 62 000 км/ч , «Вояджера-2» 55 000 км/ч .
Кроме того «Вояджеры» несут вместе с собой американский флаг и золотую пластинку с фотографиями, звуками и координатами нашей планеты . Её можно заметить на иллюстрации сверху, она закреплена на корпусе аппарата.
И по сей день аппараты передают по радиоволнам различные научные данные и снимки из космоса. Однако для этого необходима энергия. Очевидно, что расстояние более 22 млрд км от Солнца слишком велико для использования фотоэлектрических элементов.
Но инженеры-проектировщики космических аппаратов это предусмотрели. «Вояджеры» питаются энергией за счёт радиоизопных термоэлектрических генераторов (РИТЭГ) . Генераторы, в свою очередь, в качестве топлива используют плутоний-238.
Период полураспада плутония составляет 87,7 лет . РИТЭГ через термопары преобразует тепловую энергию, выделяемую при распаде плутония, в электричество.
Каждый из трёх РИТЭГов «Вояджера» производит порядка 160 ватт . Именно с их помощью аппараты приводят в действие радиопередатчик и другие системы для передачи информации на Землю. При нынешнем расстоянии, для передачи радиосигнала с «Вояджера-1» до центра NASA необходимо около 19 часов .
Обязательно подписывайтесь, Вам также понравится:
В 300 раз прочнее стали, в 7 раз легче воздуха
Период полураспада урана-235 составляет 700 000 000 лет. Так почему Хиросима заселена?
Площадь Сахары 9 000 000 кв.км. Как глубоки её пески и что находится под ними?
Источник
Как далеко улетели «вояджеры» и где они будут через 90.000 лет?
Вот уже 44 года с момента запуска «Вояджер-1» и «Вояджер-2» исследуют космическое пространство. С их помощью человечеству удалось узнать, как выглядят другие планеты Солнечной системы и из чего они состоят. Расстояние, которое преодолели зонды — поражает воображение, и дает понимание того, насколько безграничен космос.
Изучение Солнечной системы
Многие исследования в структуре планет проведены при помощи вояджеров, и кто знает, сколько феноменов и явлений могли остаться незамеченными без их помощи.
Именно вояджеры предоставили нам детальные снимки Юпитера и Сатурна, а также их спутников. Благодаря этому проекту был детально изучен Уран, что позволило ученым рассмотреть один из самых противоречивых объектов Солнечной системы, — спутник «Миранда»(Уран V).
Где сейчас находятся аппараты?
Основная миссия вояджеров по исследованию дальних планет Солнечной системы давно завершилась, и на данный момент главная задача обоих аппаратов, — изучение переходных областей между Солнечной и межзвездной плазмой.
Скорость космических зондов составляет 17.07 км/с(«Вояджер-1») и 15.64 км/с(«Вояджер-2»), а расстояние от Земли равняется 21.7млрд км и 17.9 млрд км соответственно.
Не смотря на то, что они были запущены с разницей в один месяц, — их задачи отличались, что привело к индивидуализации траекторий движения. «Вояджер-1» посетил только Юпитер и Сатурн, в то время как «Вояджер-2» не ограничился исследованием этих планет и пролетел мимо Урана и Нептуна. Именно по этой причине второй зонд никогда не сможет догнать своего «собрата».
В 2012 году «Вояджер-1» вышел за пределы гелиосферы в межзвездное пространство, а его движение по гиперболической траектории говорит о том, что зонд уже никогда не сможет вернуться в Солнечную систему под воздействием гравитационных сил.
Его брат—близнец «Вояджер-2» преодолел гелиопаузу лишь в 2018 году, но выход из гелиосферы совсем не предполагает выход из Солнечной системы, так как для этого необходимо достичь внешнего края «Облака Оорта» (гипотетическая область Солнечной системы и формирования ледяных комет).
Работоспособность зондов и их движение
Основным источником энергии для генераторов в Вояджерах является «Плутоний-238» , и за 44 года работоспособность аппаратов снизилась до 55%. Это не позволяет в полной мере использовать установленное оборудование, поэтому из 10 приборов поддерживаются лишь 5.
Проверив необходимое электроснабжение ученые сделали вывод, что аппараты смогут проработать до 2025 года. Данные, полученные за это время планируется направить на подробное исследование гелиосферы и межзвездных пространств. В дальнейшем их можно будет использовать для освоения самой близкой к нам звездной системе, — «Альфа Центавра» .
К 2030 году зонды перейдут в режим радиомаяков, а в 2036 отправят на Землю последний сигнал. Их срок жизни составит около 59 лет, что является одним из величайших достижений человечества, так как спланированный период работоспособности составлял лишь 5 лет.
Приблизительно через 300 лет «Вояджер-1» достигнет внутреннего края «Облака Оорта», и лишь через 30.000 лет полностью его преодолеет. По данным орбитального телескопа «Хаббл» — для преодоления межзвездного газового облака у «Вояджера-2» уйдет около 2.000 лет, а чтобы добраться до других газовых облаков аппаратам понадобится 90.000 лет.
Также предполагается, что зондам удастся долететь и до звезд. Через 40.000 лет «Вояджер-1» пролетит рядом с «Gliese 445» на расстоянии около 1.6 светового года. В это же время «Вояджер-2» приблизится к звезде «Ross 248» на расстояние 1.7 световых лет. При этом маловероятно, что они смогут найти жизнь на близлежащих к звездам планетах, так как они являются красными карликами .
Покинуть нашу галактику им не суждено, поэтому они обречены блуждать по Млечному пути до окончательного разрушения.
Источник