Вояджеры-полёт длиною в жизнь

Друзья!

Подозреваю, что такие чудеса не происходят без участия Сил Высших. 43 года назад США запустили в Космос два автоматических аппарата для исследования дальних глубин Вселенной. Названы они были "Вояджерами"!

Справка.
«Вояджер» (англ. Voyager, буквально — «Путешественник») — название двух американских космических зондов, запущенных в 1977 году, а также проекта по исследованию дальних планет Солнечной системы с участием аппаратов данной серии./

Из Сети.

"...На днях  исполнилось  43 года с момента запуска Вояджера-1, а его брат-близнец Вояджер-2 — отпраздновал юбилей 16 днями ранее. Пользуясь уникальным парадом планет-гигантов (случающимся раз в 175 лет), им удалось перевернуть наше представление о Солнечной системе, и сделать столько открытий, сколько ни удалось сделать ни одному аппарату до или после них.

"На их счету числятся: обнаружение первой молнии и первого вулкана за пределами Земли; обнаружение первого криовулкана, и единственного объекта Солнечной системы (за исключением Земли), на поверхности которого могут существовать жидкие моря; открытие 3 спутников Юпитера, 4 спутников Сатурна, 11 спутников Урана и 6 спутников Нептуна; определение рекордсменов Солнечной системы: по силе магнитного поля, скорости ветров, альбедо поверхности, массе среди спутников; открытие границ ударной волны и гелиопаузы у солнечной гелиосферы.

Без преувеличения можно сказать, что эти два аппарата — показали нам то что Солнечная система вовсе не такая безжизненная, как нам казалось. И проложили путь для плеяды новых аппаратов, которые отправились изучать то, что не до конца удалось изучить Вояджерам.

Предыстория

Летом 1961 года аспирант Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе Майкл Минович приступил к поиску решения задачи трёх тел. Он использовал для этой цели принадлежащий университету IBM 7090 — мощнейший компьютер, из существовавших на тот момент. К концу лета ему удалось установить что при определённых условиях встречи с планетой, космический аппарат получает прибавку к скорости, а при других — её теряет. В ходе стажировки в Лаборатории реактивного движения (далее JPL) летом следующего года он убедил своего начальника выдать ему более точные данные положения планет, и его расчёты подтвердились.

Это открытие сделало Меркурий, и планеты-гиганты доступными для исследований существовавшей на тот момент несовершенной техникой (в то время эра спутников только начиналась, и NASA не могло гарантировать работу научных аппаратов дольше нескольких месяцев, так что планеты-гиганты считались вне досягаемости). Однако JPL в тот момент усиленно готовилась к программе «Аполлон», и его открытие не получило должного внимания. Но уже спустя 10 лет, сделанные им в 1963 году расчёты лягут в основу миссий Маринер-10 (выполнившей второй гравитационный манёвр после Луны-3) и аппаратов Пионер-10 и 11 (впервые пересёкших пояс астероидов).

Летом 1964 года идеей Миновича заинтересовался другой практикант JPL — Гэри Флэндро, который начал искать практическое применение для этой идеи. Он начал рисовать графики будущего положения планет и вскоре обнаружил, что в конце 70-х годов все планеты за поясом астероидов (в числе которых тогда был и Плутон) должны были собраться в узком секторе неба. Это давало уникальную возможность «прыгая» от одной планеты к другой при помощи гравитационных манёвров, изучить их все разом (заодно сократив ещё время перелёта с 13 лет до 8-ми, что увеличивало шансы на успех).

Такой шанс нельзя было упускать, и Минович при поддержке консультанта президента по космической политике Максвелла Хантера смогли убедить NASA учредить программу «Большое путешествие», предполагавшую запуск сразу шести аппаратов по трассам Юпитер-Сатурн-Плутон и Уран-Нептун-Плутон. К сожалению такому амбициозному проекту не суждено было сбыться: общее сокращение бюджета NASA (шедшее в тот момент полным ходом вместе с закрытием программы «Аполлон») ударило и по этому проекту.


В итоге 1 июля 1972 году предпочтение было отдано в три раза более дешёвому проекту Маринер-Юпитер-Сатурн 77, в котором осталось только три аппарата. А в 1975 году миссия Вояджера-3 к Юпитеру и Урану была также отменена. Таким образом упоминания об Уране, Нептуне и Плутоне — были полностью убраны из программы, а длительность программы — сократилась до 5 лет.

Однако NASA пошла на хитрость: хотя оба аппарата официально и предназначался исключительно для исследования Юпитера, Сатурна и его спутника Титана, но разработчики аппаратов изначально проектировали их с расчётом на то, что они смогут добраться в рабочем состоянии до дальних планет: траектория Вояджера-1 позволяла уже в ходе полёта выбрать между исследованиями Титана или Плутона, а страховавший его Вояджер-2, в случае если собрат отрабатывал свою исследовательскую программу без сбоев, мог отправиться на встречу с Ураном и Нептуном. В ходе подготовки программы были рассмотрены 10 тыс. возможных траекторий, прежде чем две из них стали утверждёнными траекториями аппаратов.


13-15 декабря 1972 года — первая научная встреча по проекту.

В декабре 1972 года пролетающий мимо Юпитера, Пионер-10 получил компьютерной сбой, в ходе которого были потеряны снимки Ио, сделанные им с близкого расстояния; кроме этого аппарат получил потемнение датчиков астероидов и метеоритов. Причиной этих повреждений стали радиационные пояса Юпитера, которые оказались в 1 млн раз мощнее земных. Перед разработчиками остро встала проблема радиационной защиты аппаратов, с которой (как мы теперь знаем) они замечательно справились. Уже в марте 1977 года (за полгода до запуска аппаратов) было решено заменить название Маринер-Юпитер-Сатурн 77 (официально именовавшийся как MSJ-77) на что-нибудь более благозвучное. Таким образом на свет появились «Вояджеры».

Конструкция аппаратов

Сейчас возможности аппаратов могут вызвать разве что улыбку, но на момент своего создания они были вершиной инженерной мысли: в них впервые стали обширно применяться средства защиты от радиации и электростатических разрядов; у них впервые появилась система автоматической защиты от сбоев, и программируемая электроника в системе ориентации; они стали первым «космическим» применением кодов Рида-Соломона и техники объединения отдельных радиоантенн в массивы для связи с космическими аппаратами. Каждый аппарат содержит около 65 тыс. деталей, а компьютеры внутри аппаратов содержат около 5 млн электронных компонентов. На постройку двух Вояджеров ушло 5 лет работы около 1,5 тыс. инженеров, и около 200 млн $.

По части средств связи аппараты всегда были на переднем крае: именно для ускорения связи с ними, были модернизированы радиоантенны сети дальней космической связи NASA (далее DSN), которыми сейчас пользуются во всех научных проектах NASA за пределами земной орбиты. По сути они стали «крёстными отцами» большинства проектов исследования объектов за пределами пояса астероидов как в части средств связи, так и в части научного обоснования будущих проектов.


Цветной вариант

Система связи: так как разработчики изначально рассчитывали что их аппараты должны достичь дальних границ Солнечной системы, антенны занимают ключевое место в аппаратах: диаметр их составляет 3,66 м, а сами они состоят из алюминиевого ядра покрытого смесью графита и эпоксидной смолы.

Команды с Земли передаются в S-радиодиапазоне на один из двух дублированных приёмников, а для передачи данных на Землю также используется ещё и передатчики X-диапазона. Один S-передатчик и оба X-передатчика используют лампы бегущей волны в качестве усилителя. Мощности усилителей составляют 9,4 и 21,3 Вт, при этом единовременно может работать только один из приёмников или передатчиков.

Изначально система связи была рассчитана на скорость передачи 115,2 кбит/с у Юпитера, и 44,8 кбит/с у Сатурна с вероятностью битовых ошибок 5*10-3 (что обеспечивалось кодами коррекции Рида-Соломона). Для связи у Урана и Нептуна — скорость связи упала ещё, и для передачи изображений потребовалось их сжатие, так что ошибки при передаче данных стали ещё критичнее, и поверх кодов Рида-Соломона добавили свёрточные коды (это обеспечивало вероятностью битовых ошибок 10-6 при небольшом увеличении вычислительной сложности).

Источник энергии состоял из трёх термоэлектрический генераторов MHW (подобные использовались только на спутниках LES 8/9), и имеющих 40,6 см в диаметре при длине в 51 см. Вес каждого из них составляет 37,7 кг (включая около 4,5 кг плутония-238), а мощность была больше 156 Вт на старте (при около 2,4 кВт тепловых).

Конструкция

Система ориентации включает в себя 16 однокомпонентных двигателей ориентации (работающих на разложения гидразина) с тягой всего в 85 грамм каждый; три гироскопа с точностью в одну десятитысячную долю градуса (один из которых был запасным); датчики Канопуса и Солнца (который размещался в отверстии антенны):

Компьютер представляет из себя три раздельных дублированных вычислительных машины. Первая из них (CCS) выполняет командную роль, и следит за состоянием аппаратов (она идентична той, что применялись в программе «Викинг»); другая (Flight Data System — FDS) выполняет задачи формирования и передачи телеметрии (она была разработана специально для аппаратов); а третья (Attitude and Articulation Control System — AACS) управляет системой ориентации и платформой с научными приборами.

«640 килобайт хватит всем» подумали разработчики, и сделали оперативную память аппаратов состоящей из 4 тыс. 18-битных слов (примерно 69,63 Кбайт). Задающий генератор процессора работает на частоте 4 МГц, но тактовая частота самого процессора — составляет только 250 кГц, при этом он может выполнять только 8 тыс. операций в секунду. В момент запуска аппаратов из доступных 4 тыс. слов — свободными оставались только два, но при пролёте Урана и Нептуна — ситуация ещё более усугубилась, так как в этот объём потребовалось впихнуть ещё код для исправления неровностей вращения платформы Вояджера-2.

Записывающее устройство: представляет из себя магнитофон с ременным приводом, и магнитной лентой шириной в пол дюйма (12,7 мм), и длиной в 328 м. Ширина ленты разделена на 8 полос, из которые единовременно может читаться только одна. Общий объём памяти составляет 536 млн бит (около 63,9 Мбайт) — этого достаточно для записи 100 фотографий с телевизионных камер. Скорость записи составляю 115,2 и 7,2 кбит/с, а чтения — 57,6; 33,6; 21,6 и 7,2 кбит/с.

Программное обеспечение: хранится в перезаписываемой памяти, и этой возможностью в ходе миссии пользовались бесчисленное число раз как для улучшения характеристик, так и для исправления сбоев. Изначально весь код для аппаратов писался на Фортран 5, затем был портирован на Фортран 77, а на данный момент — часть из него перенесена на Си, в то время как другая часть остаётся на Фортране. Аппараты имеют 7 подпрограмм ответственных за исправление множества возможных сбоев. После пролёта Нептуна в 1990 году, код был переписан так чтобы аппараты продолжали передавать данные обратно, даже если аппараты не смогут принимать команды с Земли.

Научное оборудование: включало в себя 11 инструментов весом в 105 кг, большинство из которых размещается на платформе длиной 2,3 м, с противоположной от РИТЭГа стороне (для защиты от его излучения). Полный вес вращающейся платформы составляет 103 кг, а точность её позиционирования — выше одной десятой градуса. Двигатель платформы вращается в соотношении 1/9000, так что уже к пролёту Нептуна он сделал 5 млн оборотов за 12 лет — без сбоев и всякого обслуживания.

На аппаратах размещаются две камеры узкого и широкого угла обзора (3° и 0,4°) с разрешением 800 строк. При этом резкости узкоугольной камеры достаточно для чтения газеты с дистанции в 1 км. Магнетометры высокой и низкой чувствительности размещаются на стреле из стекловолокна длиной в 13 метров (предназначены для изучения магнитных полей планет и солнечного ветра); точность их позиционирования составляет 2°.

Инфракрасные и ультрафиолетовые спектрометры (для измерения температуры и состава атмосфер), фотополяриметр (для измерения фактуры, и плотности атмосфер), плазменный спектрометр (для измерения ионов и электронов в окружающей среде), детектор заряженных частиц низких энергий (для измерения направления движения ионов и электронов), приёмник плазменных волн (для измерения плотности, и волн в окружающей плазме), детектор космических лучей, и система использующая штатную систему связи аппаратов для изучения среды между аппаратами и Землёй. А также радиоприёмник, которым были сделаны «Симфонии планет».

Детектор заряженных частиц низкой энергии: он включает в себя шаговый двигатель, позволяющий детектору вращаться на 360°. Он был протестирован на 500 тыс. шагов (для того, чтобы он мог достичь Сатурна), теперь он выполнил их уже более 6 млн шагов.

Золотые пластинки: на них расположены записи композиций Бетховена, Моцарта, Стравинского и слепого Вилли Джонсона (общий список лежит здесь, а прослушать их можно тут); 116 изображений Земли, людей и животных; записи звуков ветра, грома, пение некоторых птиц и животных; записи приветствия на 55 языках и обращение Джимми Картера (являвшегося президентом США в тот момент); а также положение нашей Солнечной системы относительно 14 пульсаров. На обратной стороне нанесена инструкция о том как данные записи можно прослушать.

Запуск… и первые проблемы

Запуск Вояджеров требовал использования самой мощной из существовавших на тот момент у NASA ракет: пятиступенчатой 633 тонной ракеты-носителя Titan IIIE, работавшей на 4-х разных компонентах топлива: ускоритель и второй разгонный блок являлись твердотопливными (но с разным составом), первая и вторая ступени заправлялись аэрозином и тетраоксидом диазота, а роль третьей ступени исполнял кислород-водородный рйзгонный блок «Центавр».https://habr.com/ru/
...Други!
А проблем-то всяких  было очень и очень много! И все же аппараты летели и летят и сейчас в глубины Вселенной, словно руководимые Высшим Разумом. И ОН так хочет, чтобы мы быстрее обрели ЕГО силу и могущество!

Вл.Назаров

***************
1.Вояджеры передали на Землю данные, которые не могут объяснить ученые

В отличии от первых космических аппаратов, которые покинули Солнечную систему, Пионер 10 и 11, Вояджеры отправившиеся примерно в том же направлении, что и Пионеры, только гораздо позже, по-прежнему присылают сигналы исследователям.

Это значит, что даже по истечении сорока лет, связь с космическими зондами Вояджер, все равно сохраняется. С Пионерами, последний сеанс связи был оборван в 2003 году. В настоящее время, астрономы могут отслеживать зонды только благодаря расчетным данным.
Вояджеры передали на Землю данные, которые не могут объяснить ученые

Вояджеры же по-прежнему способны на новые открытия. Эти космические зонды, более технологичны в отличии от Пионеров, и могут присылать подробные данные относительно космического пространства, за пределами Солнечной системы.

Парадоксально, но чем дальше Вояджер движется по млечному пути, тем плотнее становится космическое пространство. Данный факт, ученые не могут подкрепить надлежащими доказательствами.

Изменение плотности вокруг космического аппарата, были зафиксированы после 2010 года. Тогда интерес к зондам, стал подогреваться еще сильнее. Вояджер 1 и Вояджер 2 , фиксировали примерно одинаковые данные, что исключает ошибки и неисправности.
Вояджеры передали на Землю данные, которые не могут объяснить ученые

Ученые понимают, что космический вакуум, не является идеально стерильным. Низкая плотность материи, не дает нулевых значений. Чем дальше от Солнца, тем плотность падает. Но те изменения которые были зафиксированы Вояджерами, не сопоставимы с погрешностями, и расчетами, а являются серьезными изменениями.

    Данный феномен определенно связан с границами Солнечной системы, а именно на одной из границ называемой ударной волной, Солнечный ветер крайне медлителен. Чем дальше отдаляется объект, тем быстрее солнечный ветер пропадет вовсе.

Как только солнечный ветер пропадает, открывается межзвездное пространство. Предполагается, что причинами повышенной плотности в космосе, послужили линии межзвездного магнитного поля, где создается электромагнитная неустойчивость, либо же в самом межзвездном ветре, который так же имеет место быть.

Так же есть теория, что Вояджеров кто то активно изучает.
Вояджеры передали на Землю данные, которые не могут объяснить ученые

Но это всего лишь теории, которые пока остаются не доказанными. Ждем новых данных от Вояджеров. Хотя все осознают, что в любой момент передача данных может прекратиться.
https://zen.yandex.ru/zona_51

*************
2.Что произошло с «Вояджер» за последние 42 года в космосе?

Существует мнение, что зонды Вояджер — лучшее, что сделали представители нашего вида. Вояджеры покинули Землю с мыса Канаверал в 1977 году. С тех пор аппараты передали ученым огромное количество данных о Солнечной системе. Именно благодаря Вояджерам мы знаем так много. В декабре 2018 года зонд Вояджер-2 вышел в межзвездное пространство. Но несмотря на то, что оба аппарата до сих пор отправляют нам данные, оборудование Вояджеров стареет и связь с ними может прерваться в любой момент.
Миссия «Вояджер»

Во время гонки вооружений между СССР и США каждая сторона норовила опередить другую. В 1970-х началась эпоха роботизации космических аппаратов. Первую автоматическая межпланетную станцию «Луна-16» запустили СССР в сентябре 1970 года. Аппарат успешно достиг Луны и вернулся на Землю, доставив ученым лунный грунт.

Ответ NASA не заставил себя долго ждать. В 1972 году в космос взмыл «Пионер-10» — первый аппарат, которым не нужно было управлять. «Пионер» достиг Юпитера и сфотографировал газового гиганта. Пять лет спустя в космос отправились роботизированные аппараты Вояджер с золотой пластиной, прикрепленной корпусу.

Так выглядит золотая пластина Вояджера

На каждую из пластин, согласно идее выдающегося астрофизика и популяризатора науки Карла Сагана, фонографическим способом записана информация о нашей цивилизации. Сделано это на случай, если на пути Вояджера встретятся разумные формы жизни.

А как вам кажется, является ли запуск Вояджеров величайшим достижением человечества? Делитесь своим мнением в нашем Telegram-чате.
Что происходит с «Вояджером» сегодня?

Изначально, целью Вояджеров было изучение Юпитера и Сатурна. В результате аппараты отправили на Землю данные о четырех планетах-гигантах и их спутниках. На протяжении 42 лет Вояджеры отдаляются от Земли. Но даже выйдя за пределы гелиосферы зонды продолжают передавать ученым новые данные.

Однако оборудование стареет. В результате каждый день может стать для Вояджеров последним. Это происходит потому, что двигатели аппаратов изнашиваются, а генераторы вырабатывают примерно на 40% меньше электроэнергии, чем при старте.
Миссия по спасению «Вояджеров»

«Вояджер» собственной персоной

В июле этого года NASA разработали целую программу по поддержанию работоспособности зондов. Чтобы поддерживать Вояджер на ходу, ученым приходится принимать трудные решения. Используя радиоволны, они передают аппаратам разные команды. Так, Вояджер-2 получил инструкции переключиться на резервные двигатели, которые зонд не использовал с 1989 года. Двигатели помогают Вояджеру находится в устойчивом состоянии, а те, которые использовал зонд постепенно выходили из строя.

Неработающие двигатели Вояджера могут привести к тому, что аппарат не сможет держать антенну по направлению к Земле. А это единственная точка связи между зондом и нами. Вояджер-1 также перешел на работу запасных двигателей в прошлом году.

Однако двигатели — не единственная проблема. На аппаратах установлены нагреватели, благодаря которым зонд не замерзает в открытом космосе. Но недавно инженеры отключили нагреватели Вояджера-2. Решение было принято после долгих раздумий — отключение нагревателей позволит зонду экономно расходовать энергию. Отключение было сделано уже после того, как информация о том, что Вояджер покинул Солнечную систему подтвердилась.

    «Вояджер»: величайшая из космических миссий

Возможной причиной нынешних трудностей является и то, что в 1977 году никто не думал о межзвездном путешествии. Инженеры NASA были нацелены на изучение планет Солнечной системы. Оба аппарата одновременно достигли Юпитера, после чего Вояджер-1 отправился к Сатурну и его спутникам. Больше всего ученых интересовал Титан. Планировалось, что если по какой-то причине Вояджер-1 не соберет достаточное количество данных, вслед за ним направят Вояджер-2. Когда оба зонда успешно справились с задачей, они направились к Урану и Нептуну.

Вскоре после этого инженеры задумались об экономии энергии. Первым шагом стало отключение камер, поскольку фотографировать разбросанные звезды не было необходимости.

    Спустя 37 лет простоя двигатели «Вояджера-1» вновь ожили

На полет Вояджеров влияет множество факторов. В 2012 году после выхода Вояджера-1 за пределы гелиосферы — своеобразного пузыря солнечного ветра, окутывающего нашу Солнечную систему, космическая обстановка сильно изменилась. Это повлекло за собой отключение ряда приборов за их ненадобностью. Дело в том, что сегодня Вояджеры охотятся на космические лучи, магнитные поля и другие обнаруживаемые явления в космическом пространстве.

По оценкам ученых Вояджеры проработают до 2020 года, но может и дольше. За это время зонды должны будут собрать информацию о свойствах межзвездной среды у границ гелиосферы. Так или иначе, покинув Солнечную систему, эти старые космические аппараты попали в космическое пространство, о котором ученым мало что известно. По этой причине ценность Вояджеров сложно переоценить.

И все же, рано или поздно придет пора отпустить Вояджеры в свободное плавание. В конце-концов в какой-то момент передатчики, с помощью которых мы поддерживаем с Вояджерами связь выйдут из строя. Или резервные двигатели, с помощью которых аппараты работают сегодня тоже перестанут функционировать. Вариантов может быть много, но мы вместе с инженерами NASA, желаем Вояджерам хорошего пути.

https://hi-news.ru/

**********************
Материалы из Сети подготовил Вл.Назаров
Нефтеюганск
4 декабря 2020 года.