Взлёт 2009 04

Первые попытки исследования дальних планет и внешнего космоса были предприняты в рамках американского проекта «Пионер», в ходе которого в космос в период с 1958 по 1978 гг. отправлялись несколько зондов и автоматических межпланетных станций (АМС). Причем именно в рамках программы «Пионер» был произведен первый космический старт новой организации, получившей название НАСА. Отправлявшиеся в космическое пространство «пионеры» имели весьма широкий спектр задач – от простых попыток достичь второй космической скорости и изучения Луны до исследования дальних планет Солнечной системы и выхода во внешний космос. Последняя задача была возложена на АМС «Пионер 10» и «Пионер 11», оснащенные радиоизотопными термоэлектрическими генераторами (РТГ).

«Пионер 10» (также «Пионер F») был выведен в космос РН «Атлас-Центавр» TE364-4, запущенной со стартовой позиции 36А космодрома на мысе Канаверал 3 марта 1972 г. Его основной задачей стали изучение Юпитера и ряда других объектов, лежащих на его маршруте, а также исследование межпланетного и межзвездного пространства.

«Пионер 10» стал первым рукотворным аппаратом, пересекшим знаменитый пояс астероидов (15 июля 1972 г.), и первой АМС, пролетевшей мимо Юпитера и сфотографировавшей его из космоса (пролет состоялся 3 декабря 1973 г. на расстоянии около 132 тыс. км от облаков газового гиганта).

Благодаря десятому «пионеру» было совершено множество открытий. Так, например, станция обнаружила пылевой пояс недалеко от Юпитера, передала данные о составе атмосферы планеты-гиганта, позволила уточнить ее массу и измерить магнитное поле Юпитера, выявила факт превышения в 2,5 раза общего теплового потока от планеты над энергией, получаемой ею от Солнца. «Пионер 10» позволил уточнить плотность четырех крупнейших лун Юпитера.

13 июня 1983 г. станция пересекла орбиту Нептуна, а 17 февраля 1998 г. стала самым удаленным от Солнца искусственным космическим аппаратом. Официальной датой прекращения основной миссии «Пионера 10» считается 31 марта 1997 г., но слабый сигнал от аппарата на Земле продолжали принимать и после этого. Так, 2 марта 2002 г. в центре управления была получена достаточно четкая запись телеметрии продолжительностью 39 мин., а следующий прием данных от АМС состоялся 27 апреля того же года – продолжительность передачи составила 33 мин. В тот момент аппарат находился на расстоянии 80,22 астрономических единиц. При этом за орбитой Плутона станция стала испытывать некую, весьма сильную, силу неизвестного происхождения, которая стала притормаживать «пионер». Данное явление даже получило название эффект или аномалия «Пионера» и обозначает отклонение в траектории движения космических аппаратов от расчетной (ожидаемой). Причем пока что оно не получило общепринятого объяснения в научном мире.

23 января 2003 г. от «Пионера 10» был получен последний, очень слабый сигнал, последующие попытки установить связь с аппаратом успеха не имели и с 4 марта 2006 г., когда была предпринята последняя попытка установить связь с АМС «Пионер 10», связь со станцией считается утраченной. Согласно расчетам специалистов центра управления полетом, АМС направляется в сторону Альдебарана – звезды в созвездии Тельца – куда она и прибудет, если ничего с ней не произойдет, примерно через пару миллионов лет.

Второй дальний космический разведчик, «Пионер 11» («Пионер G»), был выведен в космос РН «Атлас-Центавр» TE364-4 6 апреля 1973 г. и 19 апреля 1974 г. пересек пояс астероидов. Его задачами были определены изучение Юпитера и Сатурна, а также межпланетного и межзвездного пространства. 4 декабря 1974 г. станция пролетела на минимальном расстоянии от Юпитера (около 34 тыс. км), передав на Землю изображения Большого красного пятна, обнаруженного в 1665 г. Джованни Кассини, выполнив наблюдения за полярными районами планеты и измерив массу его спутника Каллисто.

1 сентября 1979 г. станция прошла мимо Сатурна – на расстоянии около 21 тыс. км – и мимо его спутников. Причем она стала первым аппаратом, проникшим сквозь кольца Сатурна, выступив разведчиком, выяснявшим, есть ли опасность в таком маневре, который должен был вскоре выполнить один из «вояджеров». АМС обнаружила ранее не известное кольцо, открыла новую миниатюрную сатурнианскую луну, провела изучение магнитосферы и магнитного поля планеты, а также подтвердила, что Титан является слишком холодным для существования на нем жизни.

В феврале 1985 г. на станции произошел сбой в работе электроэнергетической установки, пятью годами спустя станция миновала орбиту Плутона, а 30 сентября 1995 г. программа, по причине снижения уровня вырабатываемой РТГ энергии ниже критического, была официально закрыта – постоянное сопровождение АМС более не осуществлялось. В ноябре 1995 г. была предпринята последняя попытка установить связь с АМС «Пионер 11», но – безрезультатно. Согласно расчетам, сегодня потерянная станция движется в направлении созвездия Орла и пройдет мимо одной из его звезд примерно через 4 млн лет.

Кстати, сегодня АМС «Пионер H», идентичную станциям под номерами 10 и 11, можно наблюдать в экспозиции Национального музея авиации и космонавтики в Вашингтоне (США). Аппарат планировался к запуску в 1974 г., на волне эйфории после первых весьма обнадеживающих результатов полета «Пионера 10» и «Пионера 11». Станция должна была лететь к Юпитеру, однако руководство НАСА не одобрило проект и «Пионер Н» оказался в музее.

«Письмо» для представителей внеземных цивилизаций, размещенное на борту станций «Пионер 10» и «Пионер 11»

Так художник изобразил одного из «вояджеров» в далеком космосе

«Золотой» диск под названием «Звуки Земли», размещенный на аппаратах серии «Вояджер»

Кто бы из специалистов НАСА мог подумать в свое время, что автоматические межпланетные станции серии «Вояджер» будут словно батарейки «энерджайзер» работать и работать, год за годом все дальше удаляясь от родной «матушки Земли» в темные глубины такого загадочного для нас космоса. Сообщения о совершаемых ими открытиях уже не занимают первые полосы газет и журналов, но до сих пор вносят весомый вклад в дело изучения Вселенной.

«Вояджер» (Voyager), что в переводе с английского означает «путешественник», – это название программы по исследованию ряда планет Солнечной системы, в рамках которой в космос были отправлены два одноименных аппарата, АМС «Вояджер 1» и «Вояджер 2». Хотя правильнее называть их не межпланетные, а межзвездные станции, поскольку их задачами определены не только изучение дальних, «окраинных», планет Солнечной системы, но и сбор всей возможной информации о внешнем космосе. И к настоящему времени данная программа по праву считается одним из наиболее успешных проектов в истории космического похода, начатого землянами. История программы «Вояджер» началась еще в конце 1960-х гг., когда руководство НАСА решило разработать и осуществить эксперимент, получивший наименование «Большой тур». Его целью было изучение возможности исследования при помощи одного космического аппарата не одного небесного тела, как это тогда обычно было, а сразу нескольких планет и их спутников. Основывалась эта достаточно смелая в те годы идея на том факте, что иногда планеты нашей системы как бы выстраиваются друг за другом, а потому при удачном стечении обстоятельств и при условии точного расчета одна АМС сможет пройти по траектории, охватывающей сразу несколько небесных тел.

По расчетам астрономов, подобный «парад планет» предстоял в 1970-80-х гг, а потому, естественно, у американцев возникла вполне здравая идея «проинспектировать» одну за другой все планеты Солнечной системы, начиная с Марса. Практическая ее реализация была возможна при условии использования так называемого гравитационного маневра – космический аппарат как бы догоняет планету и та «подтягивает» его за счет своей силы тяготения, ускоряя и поворачивая космического разведчика. Благодаря этому можно было существенно сэкономить в массе аппарата, поскольку не надо было бы ставить на него мощную двигательную установку с большим запасом топлива (эффективное использование солнечной энергии на таких больших расстояниях невозможно). К тому же уменьшалось и время полета – путь до Нептуна сокращался с 30 до 12 лет.

Однако, как оказалось, даже у НАСА иногда бывают проблемы с финансированием – на осуществление «Большого тура» у Вашингтона денег не хватило, а потому было решено изучить лишь Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун, которые как раз должны были выстроиться в ряд (явление происходит примерно раз в 175 лет). Но этот проект не сразу получил имя, под которым мы его знаем сегодня: вначале НАСА планировало включить обе станции в программу «Маринер», присвоив им названия «Маринер 11» и «Маринер 12». Вскоре, впрочем, программу переименовали в «Маринер Юпитер-Сатурн», а затем – когда поняли, что конструкция новых АМС уже сильно отличается от АМС серии «Маринер», – присвоили проекту и космическим аппаратам новое обозначение, «Вояджер».

Траектория полета АМС «Вояджер 1» была проложена около Юпитера и его ближайшего спутника Ио, а также Сатурна и его спутника Титана (опциональная задача – исследование объектов на границе Солнечной системы, таких как расположенный за орбитой Нептуна пояс Эджворта-Койпера, и выход во внешний космос), а для АМС «Вояджер 2» предусматривалось еще и опциональное расширение миссии – изучение окрестностей Урана и Нептуна. В ходе предварительного этапа специалисты проработали более 10 тыс. различных траекторий полета станций, выбрав наиболее оптимальные. Разработка и постройка двух АМС и соответствующего оборудования, а также оперативные расходы по первому этапу программы – до момента пролета последнего аппарата мимо Нептуна – потребовали, по данным НАСА, около 865 млн долларов и еще 120 млн долларов ушло на обслуживание проекта по состоянию на конец 2007 ф.г.

Первым в полет отправился «Вояджер 2»: 20 августа 1977 г его вывела в космос РН «Титан IIIE – Центавр», стартовавшая с территории космического центра имени Д.Ф. Кеннеди на мысе Канаверал. Через 16 дней, 5 сентября, в путь отправился и второй «путешественник»: такая же ракета-носитель вывела в космос АМС «Вояджер 1», полетевший к цели по более короткой траектории.

В качестве источника электроэнергии на аппаратах используются малогабаритные РТГ массой по 39 кг каждый – на АМС имеется три такие вынесенные на специальной штанге установки, использующие плутоний-238 и генерирующие 470 Вт за счет радиоактивного распада плутониевых гранул. Учитывая же, что каждый рабочий год генераторы теряют 0,78% своей мощности и то, что конвертирующая теплую энергию в электрическую биметаллическая термопара также теряет свою эффективность, мощность батареи стала со временем падать: по данным на 11 августа 2006 г. она снизилась до 290 Вт и 291 Вт соответственно. Впрочем, это даже больше, чем первоначально рассчитывали разработчики. Но все же падение мощности питающих изотопных элементов потребовало от операторов программы составления сложных циклограмм работы бортового оборудования, часть которого стали временами просто отключать – для предоставления другой части достаточной электроэнергии.

5 марта 1979 г. АМС «Вояджер 1» сблизилась с Юпитером, а 12 ноября следующего года – с Сатурном. Второй «Вояджер» достиг Юпитера только 9 июля 1979 г., а Сатурна – 26 августа 1981 г., зато позволил ученым прояснить характер ряда явлений, обнаруженных еще АМС «Пионер 11» и подтвержденных «Вояджером 1». Так, например, благодаря тому, что разрешение при съемке колец «Властелина Колец» удалось повысить с 70 до 10 км, на полученных фотографиях впервые были выявлены тонкие структуры, из которых буквально «сотканы» кольца далекой планеты. На кольце «Ф» снимки показали наличие переплетенных или вытянутых параллельно прядей, а также сгущения и узлы. А в районе орбит двух сатурнианских лун «Вояджер 2» открыл плазменный тороид, температура которого оказалась в 300 раз выше, чем у солнечной короны. Неожиданностью для ученых оказалось и наличие вулканической активности на Ио, спутнике Юпитера.

После визита к Сатурну аппарат был отклонен полем тяготения планеты, благодаря чему смог достичь впоследствии Урана и Нептуна. И уже 30 декабря 1985 г. станция обнаружила неизвестный до того дня спутник Урана, а до момента сближения на минимальное расстояние от этой далекой планеты «Вояджер 2» открыл уже 10 новых спутников, диаметры которых составляли 40-160 км!

В 1989 г. камеры АМС «Вояджер 2», осуществляя съемку поверхности Нептуна, позволили выявить в атмосфере планеты образование, аналогичное по форме Большому красному пятну Юпитера – после детального изучения оно получило название Большое темное пятно. Впоследствии аппаратура «путешественника» помогла обнаружить шесть новых спутников планеты Владыки океана и выявить наличие у нее четырех колец. А 24 августа космический аппарат увидел Тритон – самый крупный спутник планеты. Чуть позже, 9 октября, было объявлено об открытии на Тритоне действующего гейзера. «Вояджер 2» также позволил уточнить диаметр спутников Тритона и Нереиды.

После того, как аппараты отработали основную программу, они приступили ко второй части проекта – изучению приграничного пространства Солнечной системы и внешнего космоса. «Межзвездный» этап программы «Вояджер» официально начался 1 января 1990 г. (основной этап завершился в 1989 г. после пролета «Вояджера 2» около Нептуна), а двумя неделями позже на землю поступили последние фотографии – с первым в истории общим «портретом» Солнечной системы.

Пока все идет нормально: «вояджеры» пересекли гелиосферную ударную волну – границу гелиосферы, где скорость солнечного ветра резко падает, выявив при этом факт ее асимметричности – южная граница находится ближе к Солнцу. Причем при пересечении в августе 2007 г. «Вояджерем 2» этой границы была выявлена одна интересная деталь: торможение солнечного ветра из-за противодействия межзвездного газа должно было бы приводить к резкому повышению температуры и плотности плазмы ветра, но в действительности на границе ударной волны температура оказалась хоть и выше, чем во внутренней гелиосфере, но все же ниже расчетной. Куда «пропадает» энергия – ученым пока не ясно.

Следующая задача космических «путешественников» – дойти до гелиопаузы, являющейся границей Солнечной системы, изучить и преодолеть ее. Согласно расчетам НАСА, примерно в 2015 г. «Вояджер 1», ставший на сегодня самым далеко забравшимся в космос космическим аппаратом, достигнет гелиопаузы, второй аппарат выполнит это года на три позже, а в районе 2020 г. будут выключены все еще работающие инструменты «вояджеров». С другой стороны, это может случиться и раньше, учитывая несколько сокращенное финансирование.

Впервые послания инопланетным цивилизациям, о наличии которых мечтают многие специалисты и простые граждане планеты Земля, были помещены на борту АМС «Пионер 10» и «Пионер 11». Они представляли собой анодированные золотом пластинки из алюминия размером 6х9 дюймов (152х229 мм), на которых выгравирована особая пиктограмма.

В верхней части пластинки изображены два основных состояния атома водорода, причем длина волны излучения атомарного водорода (21 см) и его частота (1420 кГц) являются базовыми единицами для всех данных на схеме.

Пучок расходящихся радиальных линий показывает 14 пульсаров, по расположению которых можно понять, что родиной аппарата является Солнечная система, а горизонтальные и вертикальные штрихи на концах лучей соответствуют двоичным записям расстояний от Солнца до каждого пульсара и период его излучения: учитывая, что период излучения пульсаров уменьшается с постоянной скоростью, можно определить момент, когда был запущен «Пионер». Кроме того, длинный горизонтальный луч, проходящий через фигуры людей, отображает расстояние от Солнца до центра нашей Галактики.

В нижней части пластины находится Солнце (большая окружность) и 9 планет нашей системы (штриховые записи под и над ними соответствуют двоичной записи расстояний до Солнца), а также приведена траектория движения аппарата, стартовавшего с Земли, пролетающего мимо Марса и огибающего Юпитер.

Выше и ниже справа от женской фигуры расположены горизонтальные штрихи, которые содержат информацию о ее росте – 168 см, что соответствует длине волны водорода (21 см), умноженной на 8. Рядом с мужской фигурой схематично показан сам «Пионер». По мнению ученых, это дает возможность тем, кто получит послание, представить физические размеры и внешний облик существ, создавших АМС. Рука мужчины поднята вверх – знак приветствия и доброжелательности.

Идея создания такой пластины-послания принадлежит Эрику Берджесу, британскому журналисту, неоднократно готовившему материалы по программе «Пионер». Своими мыслями он поделился с доктором Карлом Саганом из Корнельского университета, который предложил руководству НАСА отправить такое послание на АМС серии «Пионер» и получил на то разрешение, а также трехнедельный срок на создание этого письма. Что и было им сделано вместе с доктором Франком Дрейком и Ричардом Хогландом и при содействии Линды Саган, его первой жены, создавшей рисунок для пластины и затем также принявшей участие в создании золотого «диска» аналогичного назначения для аппаратов серии «Вояджер».

История с «пионерским» посланием оказалась весьма примечательной: как утверждают некоторые исследователи, ни один из авторитетных ученых, которым пластинка была показана, так и не смог расшифровать ее послание полностью и без ошибок (этот факт получил отражение в одном из романов серии «Стар Трек», где послание на пластинке не смогли расшифровать представители многих внеземных культур). Кроме того, письмо слишком уж антропоцентрично.

А газета «Лос-Анджелес Таймс», например, получила большое количество писем, критиковавших руководство НАСА за то, что оно на средства налогоплательщиков отправляет в космос «непристойности» – мужчину и женщину, изображенных совершенно нагими (хотя создатели пластинки и так учли возможную цензуру – не прорисовали самых интимных деталей). Кстати, сам Саган изначально хотел изобразить обе фигурки, держащими друг друга за руки, но затем решил все же расположить их по отдельности – он предположил, что внеземные существа, увидев взявшихся за руки людей, примут их за некое единое существо, а не за «отдельные особи».

Но ошибки в послании все же вкрались: маршрут полета «пионеров» показан на пластинах одинаковым, а ведь «Пионер 11» был направлен после запуска не к Юпитеру, а к Сатурну, и затем – во внешний космос. Как говорят некоторые эксперты, инопланетяне, если такие есть, найдя «пионерскую» пластину, будут весьма озадачены и повеселятся от души. Так что пока письмо «Вояджера» сыграло свою полезную информативную роль только в фильме «Звездный путь 5: последняя граница», где дрейфующую в космосе станцию нашел экипаж одного из инопланетных звездолетов.

Учтя недостатки космического письма «пионеров», специалисты НАСА у «вояджеров» все сделали по более высокому разряду: на борту каждого из аппаратов находится позолоченная медная пластинка, на которой записана фонограмма, и звуковоспроизводящее устройство в алюминиевом кожухе, на котором имеется простая и наглядная инструкция по его использованию. «Звуки Земли» – так назвали специалисты НАСА этот «винил» для инопланетных цивилизаций.