- «Вояджер» направляется в испытательную камеру для воздействия солнечной энергии.
- Voyager 2 ожидает посадки полезной нагрузки в ракету Titan IIIE / Centaur .
Voyager 2 — космический зонд, запущенный NASA 20 августа 1977 года в рамках программы Voyager . Он был запущен по траектории к газовым гигантам Юпитеру и Сатурну и позволил провести дальнейшие встречи с ледяными гигантами Ураном и Нептуном . Он остаётся единственным космическим аппаратом, посетившим хотя бы одну из ледяных гигантских планет, и был третьим из пяти космических аппаратов, достигших скорости выхода за пределы Солнца , что позволит ему покинуть Солнечную систему . Он отправляет научные данные на Землю в течение 47 лет, 1 месяца и 27 дней, что делает его старейшим действующим космическим зондом. [4] Запущенный за 16 дней до своего близнеца Voyager 1 , основной миссией космического аппарата было изучение внешних планет , а его расширенной миссией — изучение межзвёздного пространства за пределами гелиосферы Солнца.
Voyager 2 успешно выполнил свою основную миссию посещения системы Юпитера в 1979 году, системы Сатурна в 1981 году, системы Урана в 1986 году и системы Нептуна в 1989 году. В настоящее время космический аппарат находится в своей расширенной миссии по изучению межзвездной среды . Он находится на расстоянии 136,1 а.е. (20,4 млрд км ; 12,7 млрд миль ) от Земли по состоянию на июнь 2024 года [обновлять]. [5]
Зонд вошел в межзвездную среду 5 ноября 2018 года на расстоянии 119,7 а.е. (11,1 млрд миль; 17,9 млрд км) от Солнца [ 6] и двигался со скоростью 15,341 км/с (34 320 миль в час) [7] относительно Солнца. Voyager 2 покинул гелиосферу Солнца и путешествует через межзвездную среду , хотя все еще находится внутри Солнечной системы , присоединившись к Voyager 1 , который достиг межзвездной среды в 2012 году. [8] [9] [10] [11] Voyager 2 начал предоставлять первые прямые измерения плотности и температуры межзвездной плазмы . [12]
Voyager 2 поддерживает связь с Землей через сеть дальней космической связи NASA . [13] За связь отвечает австралийская антенна связи DSS 43 , расположенная недалеко от Канберры . [14]
В начале космической эры было осознано, что периодическое выравнивание внешних планет произойдет в конце 1970-х годов и позволит одному зонду посетить Юпитер , Сатурн , Уран и Нептун , воспользовавшись новой на тот момент техникой гравитационных маневров . НАСА начало работу над Гранд-туром , который превратился в масштабный проект, включающий две группы по два зонда в каждой, причем одна группа посетит Юпитер, Сатурн и Плутон, а другая — Юпитер, Уран и Нептун. Космический корабль должен был быть спроектирован с избыточными системами, чтобы обеспечить выживание на протяжении всего тура. К 1972 году миссия была сокращена и заменена двумя космическими аппаратами, производными от программы Mariner , зондами Mariner Jupiter-Saturn. Чтобы сохранить низкие видимые затраты на программу, миссия должна была включать только пролеты Юпитера и Сатурна, но при этом оставить открытым вариант Гранд-тура. [15] : 263 По мере развития программы название было изменено на Voyager. [16]
Основной миссией Voyager 1 было исследование Юпитера, Сатурна и крупнейшего спутника Сатурна, Титана . Voyager 2 также должен был исследовать Юпитер и Сатурн, но по траектории, которая имела бы возможность продолжить путь к Урану и Нептуну или быть перенаправленным на Титан в качестве резерва для Voyager 1. После успешного выполнения задач Voyager 1 , Voyager 2 получил бы продление миссии, чтобы отправить зонд к Урану и Нептуну. [15] Титан был выбран из-за интереса, возникшего после снимков, сделанных Pioneer 11 в 1979 году, которые показали, что атмосфера спутника была существенной и сложной. Поэтому траектория была разработана для оптимального пролета Титана. [17] [18]
Построенный Лабораторией реактивного движения (JPL), Voyager 2 включал 16 гидразиновых двигателей, трехосную стабилизацию , гироскопы и небесные референц-инструменты (датчик Солнца/ звездный трекер Canopus ) для поддержания наведения антенны с высоким коэффициентом усиления на Землю. В совокупности эти инструменты являются частью Подсистемы управления ориентацией и артикуляцией (AACS) вместе с резервными блоками большинства инструментов и 8 резервными двигателями. Космический корабль также включал 11 научных инструментов для изучения небесных объектов во время своего путешествия в космосе. [19]
Построенный с целью возможного межзвездного путешествия, Voyager 2 включал большую, 3,7 м (12 футов) параболическую антенну с высоким коэффициентом усиления ( см. схему ) для передачи данных через Deep Space Network на Землю. Связь осуществляется в S-диапазоне (длина волны около 13 см) и X-диапазоне (длина волны около 3,6 см), обеспечивая скорость передачи данных до 115,2 килобит в секунду на расстоянии Юпитера, а затем постоянно уменьшающуюся по мере увеличения расстояния из-за закона обратных квадратов . [20] Когда космический корабль не может связаться с Землей , цифровой магнитофон (DTR) может записать около 64 мегабайт данных для передачи в другое время. [21]
Voyager 2 оснащен тремя многосотваттными радиоизотопными термоэлектрическими генераторами (MHW RTG). Каждый RTG включает в себя 24 сферы из прессованного оксида плутония . При запуске каждый RTG обеспечивал достаточно тепла для выработки примерно 157 Вт электроэнергии. В совокупности RTG обеспечивали космический корабль 470 Вт при запуске (уменьшаясь вдвое каждые 87,7 лет). По прогнозам, они позволят продолжать работу по крайней мере до 2020 года и продолжат обеспечивать питание пяти научных приборов до начала 2023 года. В апреле 2023 года JPL начала использовать резервуар резервного питания, предназначенный для бортового механизма безопасности. В результате все пять приборов, как ожидалось, продолжат работу до 2026 года. [19] [22] [23] [24] В октябре 2024 года NASA объявило, что плазменный научный прибор был выключен, что сохранило питание для оставшихся четырех приборов. [25]
Из-за энергии, необходимой для достижения ускорения траектории Юпитера с полезной нагрузкой 825 кг (1819 фунтов), космический корабль включал двигательный модуль, состоящий из твердотопливного ракетного двигателя весом 1123 кг (2476 фунтов) и восьми гидразиновых монотопливных ракетных двигателей, четыре из которых обеспечивали управление тангажем и рысканием, а четыре — управление креном. Двигательный модуль был сброшен вскоре после успешного запуска Юпитера.
Шестнадцать гидразиновых двигателей Aerojet MR-103 на модуле миссии обеспечивают управление ориентацией. [26] Четыре используются для выполнения маневров коррекции траектории; остальные в двух резервных ветвях по шесть двигателей для стабилизации космического корабля по трем осям. В любой момент времени требуется только одна ветвь двигателей управления ориентацией. [27]
Двигатели питаются от одного сферического титанового бака диаметром 70 см (28 дюймов). Он содержал 100 килограммов (220 фунтов) гидразина при запуске, обеспечивая достаточно топлива до 2034 года. [28]
Зонд Voyager 2 был запущен 20 августа 1977 года NASA с космодрома 41 на мысе Канаверал, штат Флорида , на борту ракеты-носителя Titan IIIE / Centaur . Две недели спустя, 5 сентября 1977 года, был запущен зонд-близнец Voyager 1. Однако Voyager 1 достиг и Юпитера, и Сатурна раньше, поскольку Voyager 2 был запущен по более длинной, более круговой траектории. [37] [38]
Первоначальная орбита Voyager 1 имела афелий 8,9 а.е. (830 миллионов миль; 1,33 миллиарда км), что немного меньше орбиты Сатурна 9,5 а.е. (880 миллионов миль; 1,42 миллиарда км). В то время как первоначальная орбита Voyager 2 имела афелий 6,2 а.е. (580 миллионов миль; 930 миллионов км), что намного меньше орбиты Сатурна. [39]
В апреле 1978 года на Voyager 2 в течение некоторого времени не передавались команды , в результате чего космический аппарат переключился с основного радиоприемника на резервный. [40] Через некоторое время основной приемник полностью вышел из строя. Резервный приемник функционировал, но неисправный конденсатор в приемнике означал, что он мог принимать только передачи, отправленные на точной частоте, а эта частота зависела от вращения Земли (из-за эффекта Доплера ) и температуры бортового приемника, среди прочего. [41] [42]
Ближайшее сближение Voyager 2 с Юпитером произошло в 22:29 UT 9 июля 1979 года. [44] Он прошёл в пределах 570 000 км (350 000 миль) от облачных вершин планеты. [45] Большое Красное Пятно Юпитера было обнаружено как сложный шторм, движущийся против часовой стрелки. Другие более мелкие штормы и вихри были обнаружены в полосатых облаках. [46]
Voyager 2 передал изображения Юпитера, а также его лун Амальтеи , Ио , Каллисто , Ганимеда и Европы . [44] Во время 10-часового «наблюдения за вулканами» он подтвердил наблюдения Voyager 1 за активным вулканизмом на луне Ио и показал, как поверхность луны изменилась за четыре месяца с момента предыдущего визита. [44] Вместе Voyager наблюдали извержение девяти вулканов на Ио, и есть доказательства того, что другие извержения произошли между двумя пролетами Voyager. [47]
Спутник Юпитера Европа продемонстрировал большое количество пересекающихся линейных особенностей на фотографиях с низким разрешением, полученных с Вояджера 1. Сначала ученые полагали, что эти особенности могут быть глубокими трещинами, вызванными рифтингом земной коры или тектоническими процессами. Однако более близкие фотографии с высоким разрешением, полученные с Вояджера 2 , озадачили: на этих особенностях отсутствовал топографический рельеф, и один ученый сказал, что они «могли быть нарисованы войлочным маркером». [47] Европа внутренне активна из-за приливного нагрева на уровне примерно одной десятой от уровня Ио. Считается, что у Европы тонкая корка (толщиной менее 30 км (19 миль)) водяного льда, возможно, плавающего на океане глубиной 50 км (31 миля). [48] [49]
Два новых небольших спутника, Адрастея и Метис , были обнаружены на орбите сразу за пределами кольца. [47] Третий новый спутник, Фива , был обнаружен между орбитами Амальтеи и Ио. [47]
Ближайшее сближение с Сатурном произошло в 03:24:05 UT 26 августа 1981 года. [50] Когда Voyager 2 прошёл позади Сатурна, если смотреть с Земли, он использовал свою радиосвязь для исследования верхней атмосферы Сатурна, собирая данные как о температуре, так и о давлении. В самых высоких областях атмосферы, где давление было измерено на уровне 70 мбар (1,0 фунт/кв. дюйм), [51] Voyager 2 зарегистрировал температуру 82 К (−191,2 °C ; −312,1 °F ). Глубже в атмосфере, где давление было зафиксировано как 1200 мбар (17 фунт/кв. дюйм), температура поднялась до 143 К (−130 °C; −202 °F). [52] Космический аппарат также обнаружил, что северный полюс был примерно на 10 °C (18 °F) холоднее при 100 мбар (1,5 фунта на квадратный дюйм), чем средние широты, отклонение, потенциально связанное с сезонными сдвигами [52] ( см. также Противостояния Сатурна ).
После пролета Сатурна платформа сканирования Вояджера 2 столкнулась с аномалией, из-за которой заклинило ее азимутальный привод. Эта неисправность привела к потере некоторых данных и создала проблемы для продолжения миссии космического корабля. Аномалия была прослежена до сочетания проблем, включая конструктивный недостаток подшипника вала привода и системы смазки шестерен, коррозию и накопление мусора. Хотя чрезмерное использование и истощение смазки были факторами, [53] другие элементы, такие как разнородные реакции металлов и отсутствие портов сброса давления, усугубили проблему. Инженеры на Земле смогли отдать ряд команд, исправив проблему до такой степени, что позволила платформе сканирования возобновить свою работу. [54] Вояджер 2 , который был бы перенаправлен для выполнения пролета Титана, если бы Вояджер 1 не смог этого сделать, не прошел около Титана из-за неисправности и впоследствии продолжил свою миссию по исследованию системы Урана. [55] : 94
Ближайшее сближение с Ураном произошло 24 января 1986 года, когда Voyager 2 прошёл в пределах 81 500 км (50 600 миль) от облачных вершин планеты. [56] Voyager 2 также открыл 11 ранее неизвестных лун: Корделию , Офелию , Бьянку , Крессиду , Дездемону , Джульетту , Порцию , Розалинду , Белинду , Пак и Пердиту . [B] Миссия также изучила уникальную атмосферу планеты, вызванную наклоном её оси в 97,8°; и исследовала систему колец Урана . [56] Продолжительность дня на Уране, измеренная Voyager 2, составляет 17 часов 14 минут. [56] Было показано, что у Урана есть магнитное поле, которое не совпадает с его осью вращения, в отличие от других планет, которые были посещены до этого момента, [57] [60] и спиралевидный магнитный хвост, простирающийся на 10 миллионов километров (6 миллионов миль) от Солнца. [57]
Когда Voyager 2 посетил Уран, большая часть его облачных образований была скрыта слоем дымки; однако, изображения в ложных цветах и с усиленным контрастом показывают полосы концентрических облаков вокруг его южного полюса. Было также обнаружено, что эта область излучает большое количество ультрафиолетового света, явление, которое называется «дневным свечением». Средняя температура атмосферы составляет около 60 К (−351,7 °F; −213,2 °C). Освещенные и темные полюса, а также большая часть планеты, демонстрируют почти одинаковые температуры на вершинах облаков. [57]
Эксперимент «Планетная радиоастрономия» (PRA) « Вояджера-2» зафиксировал 140 вспышек молний или электростатических разрядов Урана с частотой 0,9–40 МГц. [61] [62] UED были обнаружены на расстоянии 600 000 км от Урана в течение 24 часов, большинство из которых не были видны. [61] Однако микрофизическое моделирование предполагает, что молнии Урана возникают в конвективных штормах, происходящих в глубоких тропосферных водяных облаках. [61] [63] Если это так, то молнии не будут видны из-за толстых слоев облаков над тропосферой. [62] Мощность молний Урана составляет около 10 8 Вт, они излучают 1×10^7 Дж – 2×10^7 Дж энергии и длятся в среднем 120 мс. [62]
Подробные изображения, полученные с пролета Вояджера - 2 мимо спутника Урана Миранды , показали огромные каньоны, образованные геологическими разломами . [57] Одна из гипотез предполагает, что Миранда может состоять из повторного скопления материала после более раннего события, когда Миранда была разбита на куски сильным ударом. [57]
Voyager 2 обнаружил два ранее неизвестных кольца Урана. [57] [58] Измерения показали, что кольца Урана отличаются от колец Юпитера и Сатурна. Система колец Урана может быть относительно молодой и не образовалась в то же время, что и Уран. Частицы, из которых состоят кольца, могут быть остатками луны, которая была разрушена либо ударом с высокой скоростью, либо разорвана приливными эффектами . [37] [64]
В марте 2020 года астрономы НАСА сообщили об обнаружении большого атмосферного магнитного пузыря, также известного как плазмоид , выброшенного в космическое пространство с планеты Уран , после переоценки старых данных, полученных во время пролета. [65] [66]
После коррекции курса в 1987 году, ближайший подход Voyager 2 к Нептуну произошел 25 августа 1989 года. [67] [68] [69] С помощью повторных компьютерных тестовых симуляций траекторий через систему Нептуна, проведенных заранее, диспетчеры полета определили наилучший способ маршрутизации Voyager 2 через систему Нептун-Тритон. Поскольку плоскость орбиты Тритона значительно наклонена по отношению к плоскости эклиптики; с помощью коррекции курса Voyager 2 был направлен на траекторию примерно в 4950 км (3080 миль) над северным полюсом Нептуна. [70] [71] Через пять часов после того, как Voyager 2 приблизился к Нептуну, он совершил близкий пролет мимо Тритона , крупнейшего спутника Нептуна, пройдя на расстоянии около 40 000 км (25 000 миль). [70]
В 1989 году эксперимент «Планетная радиоастрономия» (PRA) Вояджера 2 наблюдал около 60 вспышек молний или нептуновых электростатических разрядов, излучающих энергию более 7×10 8 Дж. [72] Система плазменной волны (PWS) обнаружила 16 событий электромагнитных волн с диапазоном частот 50 Гц – 12 кГц на магнитных широтах 7˚-33˚. [61] [73] Эти обнаружения плазменных волн, возможно, были вызваны молнией в течение 20 минут в аммиачных облаках магнитосферы. [73] Во время наибольшего сближения Вояджера 2 с Нептуном прибор PWS обеспечил первые обнаружения плазменных волн Нептуна с частотой выборки 28 800 выборок в секунду. [73] Измеренные плотности плазмы находятся в диапазоне от 10 –3 до 10 –1 см –3 . [73] [74]
Voyager 2 обнаружил ранее неизвестные кольца Нептуна , [75] и подтвердил шесть новых лун: Деспину , Галатею , Лариссу , Протея , Наяду и Таласс . [76] [C] Находясь в окрестностях Нептуна, Voyager 2 обнаружил « Большое темное пятно », которое с тех пор исчезло, согласно наблюдениям космического телескопа Хаббл . [77] Позднее было высказано предположение, что Большое темное пятно представляет собой область прозрачного газа, образующую окно в высотном метановом облачном слое планеты. [78]
После завершения планетарной миссии Voyager 2 был описан как работающий над межзвездной миссией, которую NASA использует, чтобы выяснить, как выглядит Солнечная система за пределами гелиосферы . По состоянию на сентябрь 2023 года Voyager 2 передает научные данные со скоростью около 160 бит в секунду . [79] Информация о продолжающемся обмене телеметрическими данными с Voyager 2 доступна в Voyager Weekly Reports. [80][обновлять]
В 1992 году Вояджер 2 наблюдал новую V1974 Cygni в далеком ультрафиолете, первую в своем роде. Дальнейшее увеличение яркости на этих длинах волн помогло в более детальном изучении новой. [81] [82]
В июле 1994 года была предпринята попытка наблюдать столкновения фрагментов кометы Шумейкеров-Леви 9 с Юпитером. [81] Положение корабля означало, что он имел прямую линию видимости для столкновений, и наблюдения проводились в ультрафиолетовом и радиоспектре. [81] Voyager 2 не смог ничего обнаружить, а расчеты показали, что огненные шары были чуть ниже предела обнаружения корабля. [81]
29 ноября 2006 года телеметрическая команда Voyager 2 была неправильно декодирована его бортовым компьютером — в результате случайной ошибки — как команда на включение электрических нагревателей магнитометра космического корабля. Эти нагреватели оставались включенными до 4 декабря 2006 года, и в течение этого времени наблюдалась высокая температура выше 130 °C (266 °F), что значительно выше, чем рассчитанные магнитометры, и датчик повернулся в сторону от правильной ориентации. [83]
30 августа 2007 года Voyager 2 прошел терминальную ударную волну и затем вошел в гелиооболочку , примерно на 1 миллиард миль (1,6 миллиарда км) ближе к Солнцу, чем Voyager 1. [84] Это связано с межзвездным магнитным полем глубокого космоса. Южное полушарие гелиосферы Солнечной системы вдавливается. [85]
22 апреля 2010 года «Вояджер-2» столкнулся с проблемами формата научных данных. [86] 17 мая 2010 года инженеры JPL сообщили, что причиной проблемы стал перевернутый бит в бортовом компьютере, и запланировали сброс бита на 19 мая. [87] 23 мая 2010 года «Вояджер-2» возобновил отправку научных данных из дальнего космоса после того, как инженеры исправили перевернутый бит. [88]
В 2013 году первоначально предполагалось, что Voyager 2 выйдет в межзвездное пространство через два-три года, а его плазменный спектрометр обеспечит первые прямые измерения плотности и температуры межзвездной плазмы. Но ученый проекта Voyager Эдвард С. Стоун и его коллеги заявили, что у них нет доказательств того, что будет ключевым признаком межзвездного пространства: смещение направления магнитного поля. [89] Наконец, в декабре 2018 года Стоун объявил, что Voyager 2 достиг межзвездного пространства 5 ноября 2018 года. [10] [11]
Техническое обслуживание Deep Space Network прервало исходящую связь с зондом на восемь месяцев в 2020 году. Связь была восстановлена 2 ноября, когда был передан ряд инструкций, впоследствии выполненных и переданных обратно с успешным сообщением о связи. [90] 12 февраля 2021 года полная связь была восстановлена после крупной модернизации антенны наземной станции, на завершение которой ушел год. [14]
В октябре 2020 года астрономы сообщили о значительном неожиданном увеличении плотности в пространстве за пределами Солнечной системы , обнаруженном Voyager 1 и Voyager 2 ; это означает, что «градиент плотности является крупномасштабной особенностью VLISM ( очень локальной межзвездной среды ) в общем направлении гелиосферного носа ». [91] [92]
18 июля 2023 года «Вояджер-2» обогнал «Пионер-10» и стал вторым по удаленности от Солнца космическим аппаратом. [93] [94]
21 июля 2023 года ошибка программирования сместила антенну Voyager 2 с высоким коэффициентом усиления [95] на 2 градуса от Земли, нарушив связь с космическим аппаратом. К 1 августа сигнал несущей космического аппарата был обнаружен с помощью нескольких антенн Deep Space Network . [96] [97] Мощный «крик» 4 августа, отправленный со станции в Канберре [98], успешно приказал космическому аппарату переориентироваться в сторону Земли, возобновив связь. [97] [99] В качестве меры безопасности зонд также запрограммирован на автономную переориентацию в сторону Земли, что должно было произойти к 15 октября. [97]
Поскольку мощность РИТЭГа постепенно снижается, на космическом корабле отключается различное оборудование. [100] Первым научным оборудованием, отключенным на «Вояджере-2» , был PPS в 1991 году, что позволило сэкономить 1,2 Вт. [100]
Некоторые двигатели, необходимые для управления правильным положением космического корабля и для направления его антенны с высоким коэффициентом усиления в направлении Земли, вышли из строя из-за проблем с засорением инжектора гидразина . У космического корабля больше нет резервных копий для его системы двигателей, и «все на борту работает на однопоточной системе», как признала Сюзанна Додд, менеджер проекта Voyager в JPL , в интервью Ars Technica . [108] NASA решило исправить программное обеспечение компьютера, чтобы изменить работу оставшихся двигателей и замедлить засорение струй инжектора гидразина малого диаметра. Перед загрузкой обновления программного обеспечения на компьютер Voyager 1 , NASA сначала попробует эту процедуру с Voyager 2 , который находится ближе к Земле. [108]
Ожидается, что зонд будет продолжать передавать слабые радиосообщения по крайней мере до середины 2020-х годов, более чем 48 лет после его запуска. [109] НАСА заявляет, что «Вояджерам суждено — возможно, вечно — странствовать по Млечному Пути». [110]
Voyager 2 не направляется к какой-либо конкретной звезде. Ближайшая звезда находится в 4,2 световых годах от нас, и со скоростью 15,341 км/с космический аппарат проходит один световой год примерно за 19 541 год — за это время близлежащие звезды также существенно сместятся. Примерно через 42 000 лет Voyager 2 пройдет мимо звезды Ross 248 (10,30 световых лет от Земли) на расстоянии 1,7 световых лет. [111] Если Voyager 2 не будет потревожен в течение 296 000 лет , он должен пройти мимо звезды Сириус (8,6 световых лет от Земли) на расстоянии 4,3 световых лет. [112]
Оба космических зонда Voyager несут позолоченный аудиовизуальный диск , сборник, призванный продемонстрировать разнообразие жизни и культуры на Земле в случае, если какой-либо космический корабль когда-либо будет найден каким-либо внеземным исследователем . [113] [114] Запись, сделанная под руководством команды, включающей Карла Сагана и Тимоти Ферриса , включает фотографии Земли и ее форм жизни, ряд научной информации, устные приветствия от таких людей, как Генеральный секретарь Организации Объединенных Наций и президент Соединенных Штатов, а также попурри «Звуки Земли», которое включает звуки китов, плач ребенка, волны, разбивающиеся о берег, и коллекцию музыки, охватывающей различные культуры и эпохи, включая произведения Вольфганга Амадея Моцарта , Слепого Вилли Джонсона , Чака Берри и Валии Балканской . Включены другие классические произведения Востока и Запада, а также исполнения музыки коренных народов со всего мира. Запись также содержит приветствия на 55 различных языках. [115] Целью проекта было показать богатство жизни на Земле и стать свидетельством человеческого творчества и желания соединиться с космосом. [114] [116]
Несмотря на смену названия, Voyager во многом остался концепцией Grand Tour, хотя, конечно, не космическим аппаратом Grand Tour (TOPS).