Вояджер-1 — странник, навсегда покинувший Землю
5 сентября 1977 года с космодрома Кеннеди на мысе Канаверал стартовал «Voyager-1» - космический зонд, созданный для исследования Солнечной системы. Аппарат запустили с помощью ракеты-носителя «Титан-Центавр».
С конца 1950-х годов, после запуска «Спутника-1», для человечества настала «космическая эра»: люди принялись активно осваивать космос, создавать всё новые и новые космические аппараты, мечтать о полёте к «звездным мирам». Казалось, ещё немного — и человечество колонизирует как минимум соседние планеты... Но специалисты уже тогда понимали, сколько препятствий стоит на этом пути. Например, предстояло решить важную проблему, связанную с топливом: у ракетного двигателя очень низкий КПД, ракеты не могут нести большой груз и развивают относительно невысокую скорость, так что даже на путешествие до Марса потребуется несколько месяцев, а до Нептуна придётся лететь примерно тридцать лет. И ведущие специалисты Земли несколько лет бились над проблемой достижения высоких скоростей, позволяющих космическим аппаратам (с относительно небольшой «продолжительностью жизни» даже в наше время) освоить как можно большее космическое пространство.
Эту проблему помог решить молодой американский математик Майкл Минович из Калифорнийского университета. Он разработал (на самом мощном компьютере того времени — IBM 7090) многофункциональный алгоритм для расчёта траектории, позволяющий космическим аппаратам посетить несколько планет, «заимствуя» часть их энергии и ускоряясь благодаря гравитационным полям. Чем больше масса планеты, тем большее ускорение может получить аппарат, совершая рядом с ней гравитационный манёвр.
Разработкой Миновича заинтересовался сотрудник Лаборатории реактивного движения NASA Гарри Фландро. Он начал просчитывать траектории при различных гравитационных манёврах и обнаружил идеальное время запуска для космического аппарата — редкий парад планет, какой случается лишь раз в 176 лет: Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун должны были выстроиться в пространстве по огромной дуге. Такое удачное стечение обстоятельств позволяло космическому аппарату в течение одного полёта «навестить» сразу несколько планет и при этом «ускориться за их счёт», добравшись до Нептуна всего за 12 лет вместо 30. Эти расчёты стали основой для проекта под названием «Grand Tour» («Большое путешествие»).
Сначала в рамках проекта собирались запустить четыре зонда для исследования внешних планет Солнечной системы и космоса в целом. Однако тут, как это часто случается, возникли проблемы с финансированием: интерес к космосу у широкой публики уже начал пропадать, недавние исследования успели разрушить романтичные грёзы о соседях-марсианах и колониях на Луне, а правительство вообще было не прочь сэкономить деньги налогоплательщиков, прикрыв программу космических полётов. И всё-таки учёным-энтузиастам удалось создать и подготовить к пуску два аппарата - «Вояджеры» под номером 1 и 2. А перед ними, в качестве разведчиков, запустили два зонда попроще - «Пионеров» с номерами 10 и 11. Этим «первопроходцам» предстояло проверить, можно ли пройти через пояс астероидов и приближаться к кольцам Сатурна, а также исследовать окрестности планет-гигантов, собрать данные о космическом ветре и солнечных бурях.
Кстати, «Пионеры», как позже и «Вояджеры», оказались куда «живучее», чем предполагали их создатели. Последний контакт с «Пионером-11» состоялся в 1995 году, а с «Пионером-10» — в январе 2003 года; тогда аппарат находился на расстоянии 82,19 а. е. от Солнца и удалялся от него в сторону Альдебарана, разогнавшись во время пролета Юпитера до скорости, превышающей третью космическую. При этом, огибая газовый гигант, «Пионер-10» получил дозу облучения, превышающую 250 000 рад (для человека смертелен уровень в 500 рад); и техника, на удивление, выдержала, хотя аппаратура не раз «сбоила».
Но вернёмся к «Вояджерам». Оба аппарата были практически идентичны, и задачи перед ними стояли похожие: изучить Юпитер, Сатурн и их спутники, а позже, если получится, исследовать дальние планеты и районы Солнечной системы, включая пояс Койпера и границу гелиосферы. Оба аппарата унесли с собой в дальний космос футляры с золотыми пластинками, на которых — для предполагаемых «братьев по разуму» — указано местонахождение Земли, а также записан ряд изображений (вид Земли из космоса, атомные схемы, пейзажные фотографии, люди в разных ситуациях и др.), звуков (несколько музыкальных композиций, голоса людей и животных, звуки природы и т.п.) и вдобавок обращения генерального секретаря ООН и президента США. Теперь (мрачно шутят в народе), если злобные пришельцы найдут нас по этой «наводке», мы будем знать кого винить...
Предполагаемая длительность миссии «Вояджеров» составляла 5 лет (никто и мечтать не смел, что аппараты продержатся дольше!). Для «Вояджера-1» выбрали более короткую трассу, рассчитывая, что он посетит только Юпитер и Сатурн; и стартовал он позже («Вояджер-2» отправился в космос за 16 дней до него). Но более удачное время запуска и выбранный «кратчайший путь» позволили «Вояджеру-1» обогнать своего «близнеца», а потом и вылетевшего пятью годами ранее «Пионера-10» (это случилось 17 февраля 1998 года). Сейчас «Вояджер-1» является самым быстрым из покидающих Солнечную систему космических зондов, а также наиболее удалённым от Земли объектом из созданных человеком; ну а «Вояджер-2» занимает почётное второе место (он обогнал «Пионера-10» апреле 2024 года).
При проектировании «Вояджеров» главной проблемой было найти источник энергии, который выдержал бы дальний космический перелет. Солнечные батареи для таких аппаратов не подходят, поскольку излучаемая мощность звезды ослабевает по мере удаления от нее. Так что энергией «Вояджеры» снабжают связки из трёх радиоизотопных термоэлектрических генераторов. Внутри каждого генератора находится 24 сферы из плутония-238: в результате распада плутония выделяется тепло, которое затем преобразуется в электроэнергию. Управляют зондами три компьютерные системы, у каждой из них своя функция; это позволило учёным с Земли перепрограммировать аппараты и исправлять возникающие неполадки.
На борту «Вояджеров» (помимо золотой пластинки) находится различная аппаратура, с помощью которой проводятся научные измерения; и за прошедшие годы «Вояджеры» значительно расширили наши знания о космосе и дальних планетах Солнечной системы. Например, за время работы «Вояджер-1» передал на Землю уникальные фотографии Юпитера, Сатурна и их спутников, изменив представления ученых об этих объектах. Аппарат также сделал несколько снимков Земли и Луны (в частности, знаменитое фото «Pale Blue Dot», где Земля видна как маленькая голубая точка в «океане» космоса). В 2012 году «Вояджер-1» вышел за пределы гелиосферы в пространство, где поток частиц от других звезд превосходит поток от Солнца.
В 2017 году инженерам пришлось переключить «Вояджер-1» на запасной комплект двигателей. В мае 2022 года случился сбой системы ориентации, а в декабре 2023 года NASA сообщило, что вместо телеметрии аппарат стал циклически присылать в центр управления полетами совершенно несвязный набор случайных данных. Команда ученых попыталась перезапустить систему, но это не помогло; ошибка возникала в результате деградации одной из микросхем памяти. Только весной 2024 года удалось перенести повреждённый код в другое место, и 20 апреля «Вояджер-1» наконец-то вернулся к нормальной передаче научных данных.
По оценке инженеров NASA, окончательное завершение миссии зондов наступит к 2030 году Ученые надеются, что аппараты сохранят работоспособность до своего 50-летнего юбилея. Проблема в том, что источники энергии зондов истощаются и уровень мощности падает примерно на четыре ватта в год. Чтобы «продлить жизнь» аппаратам, специалисты уже отключили обогрев инструментов зонда и некоторые научные приборы; однако «Вояджеры» всё чаще сталкиваются с различными проблемами и теряют связь с Землей.
Но, даже перестав посылать родной планете сигналы, «Вояджеры» продолжат своё бесконечное путешествие, унося к звездам «послание в бутылке» - информацию о маленькой планете у звезды на краю Млечного пути. А для землян они навсегда останутся символом Мечты о далёких-далёких мирах.