Voyager

"Voyager" ( eng.  Voyager , bogstaveligt talt - "Traveler") - navnet på to amerikanske rumsonder, der blev lanceret i 1977, samt et projekt til at udforske de fjerne planeter i solsystemet med deltagelse af køretøjer i denne serie.

I alt blev to køretøjer i Voyager-serien skabt og sendt ud i rummet: Voyager 1 og Voyager 2 . Enhederne blev skabt på Jet Propulsion Laboratory ( eng.  Jet Propulsion Laboratory  - JPL) hos NASA . Projektet betragtes som et af de mest succesrige og produktive i historien om interplanetarisk forskning - begge Voyagers transmitterede højkvalitetsbilleder af Jupiter og Saturn for første gang , og Voyager 2 nåede Uranus og Neptun for første gang . Voyagers var det tredje og fjerde rumfartøj, hvis flyveplan inkluderede en flyvning uden for solsystemet (de to første var "Pioneer-10 " og " Pioneer-11 "). Voyager 1 blev det første rumfartøj i historien til at nå heliosfærens grænser og gå ud over den [ 1] [2] .

Voyager-seriens køretøjer er meget autonome robotter udstyret med videnskabelige instrumenter til at udforske de ydre planeter , såvel som deres egne kraftværker, raketmotorer, computere , radiokommunikation og kontrolsystemer. Den samlede vægt af hver enhed er omkring 721  kg .

The Voyager Project

Voyager-projektet er et af de mest fremragende eksperimenter udført i rummet i den sidste fjerdedel af det 20. århundrede. Afstandene til de gigantiske planeter er for store til jordbaserede observationsværktøjer, så de fotografier og måledata, der sendes til Jorden af ​​Voyagers, er stadig af stor videnskabelig værdi.

Idéen til projektet dukkede første gang op i midten af ​​1960'erne, da praktikant Gary Flandro beregnede muligheden for at nå de ydre planeter ved hjælp af en tyngdekraftsassistent nær Jupiter. I 1966 udgav han et papir, hvori han bemærkede, at der i slutningen af ​​1970'erne var en god mulighed for at flyve rundt om de fire ydre planeter i solsystemet (Jupiter, Saturn, Uranus og Neptun) på én gang med ét rumfartøj, på grund af deres sjælden konvergens i baner.

I 1969 lancerede NASA et ambitiøst projekt kaldet " Grand Tour ", som involverede at sende to rumfartøjer på en Jupiter-Saturn- Pluto - bane og to mere på en Jupiter-Uranus-Neptun-bane. Agenturet modtog dog ikke tilstrækkelige midler til at forberede det. Som et resultat blev projektet revideret: Uranus, Neptun og Pluto blev officielt udelukket fra det, og antallet af opsendelser blev reduceret til to rumfartøjer af den veludviklede Mariner - klasse. Arbejdsnavnet på programmet "Mariner Jupiter-Saturn" blev ændret til "Voyager" kort før lanceringen [3] .

På grund af det faktum, at alle de gigantiske planeter var godt placeret i en relativt snæver del af solsystemet (" parade of planets "), var det muligt at bruge gravitationsmanøvrer til at flyve rundt om alle de ydre planeter, med undtagelse af Pluto. Derfor blev flyvebanen beregnet ud fra denne mulighed, selvom undersøgelsen af ​​Uranus og Neptun ikke officielt var inkluderet i missionsprogrammet (for at garantere at nå disse planeter, ville konstruktionen af ​​dyrere køretøjer med højere pålidelighedsegenskaber være påkrævet).

Efter at Voyager 1 med succes gennemførte udforskningsprogrammet for Saturn og dens måne Titan , blev den endelige beslutning truffet om at sende Voyager 2 til Uranus og Neptun. For at gøre dette var vi nødt til at ændre dens bane lidt og opgive en tæt forbiflyvning nær Titan.

Enhedens videnskabelige udstyr

• Tv-kameraer med en definition på 800 linjer ; der bruges specielle vidikoner med hukommelse. At læse en ramme kræver 48 s .
  • vidvinkel (felt ca. 3°), brændvidde 200 mm ;
  • smalvinkel (0,4°), brændvidde 500 mm ;
• Spektrometre :
  • Infrarød, spænder fra 4 til 50 mikron ;
  • Ultraviolet, område 50-170 nm;
• Fotopolarimeter ;
• Plasma kompleks:
  • plasmadetektor ; _
  • lav-energi ladede partikel detektor;
  • kosmisk stråledetektor ;
  • magnetometre med høj og lav følsomhed ;
  • plasmabølgemodtager . _

Enhedens strømudstyr

I modsætning til rumfartøjer, der udforsker de indre planeter, kunne Voyagers ikke bruge solpaneler , fordi når køretøjerne bevæger sig væk fra Solen, bliver solstrålingsfluxen for lille - for eksempel i nærheden af ​​Neptuns kredsløb er den omkring 900 gange mindre end i kredsløbet af Jorden.

Kilden til elektricitet er tre radioisotop termoelektriske generatorer (RTG'er). De er drevet af plutonium-238 (i modsætning til plutonium-239 brugt i atomvåben); deres effekt på tidspunktet for opsendelsen af ​​rumfartøjet var cirka 470  watt ved en spænding på 30  volt jævnstrøm . Halveringstiden for plutonium-238 er cirka 87,74 år , og generatorer, der bruger det, mister 0,78 % af deres strøm om året. I 2006, 29 år efter starten, skulle sådanne generatorer kun have en effekt på 373 W , det vil sige omkring 79,5% af originalen. Derudover mister bimetal termoelementet , som omdanner varme til elektricitet, også effektivitet, og den reelle effekt vil være endnu lavere. Den 11. august 2006 faldt effekten af ​​Voyager 1 og Voyager 2 generatorerne til henholdsvis 290 og 291 W , det vil sige omkring 60 % af effekten på lanceringstidspunktet. Disse præstationer er bedre end forudsigelser før flyvning baseret på en konservativ teoretisk model for termoelementnedbrydning. Med et fald i kraften er det nødvendigt at reducere rumfartøjets strømforbrug, hvilket begrænser dets funktionalitet.

Voyager 2 tekniske problemer og løsninger

Flyvningen af ​​Voyager 2 varede meget længere end planlagt. I denne henseende, efter Jupiters forbiflyvning, skulle de videnskabsmænd, der fulgte med missionen, løse et stort antal tekniske problemer. De oprindeligt korrekte tilgange til design af enheder gjorde det muligt at gøre dette. De mest betydningsfulde og succesfuldt løste problemer omfatter:

• fejl ved automatisk lokaloscillator frekvenstuning . Uden automatisk tuning kan modtageren kun modtage signaler inden for sin egen båndbredde, som er mindre end 1/1000 af dens normale værdi. Selv Doppler-skift fra Jordens daglige rotation overstiger det med 30 gange . Der var kun én udvej - hver gang at beregne en ny værdi af den transmitterede frekvens og justere jordsenderen, så signalet efter alle skift bare faldt ind i modtagerens båndbredde. Dette blev gjort - computeren er nu inkluderet i senderkredsløbet [4] .
• fejl i en af ​​RAM -cellerne på den indbyggede computer - programmet blev omskrevet og indlæst, så denne bit ophørte med at påvirke det;
• i en bestemt del af flyvningen opfyldte det anvendte styresignalkodningssystem ikke længere kravene til tilstrækkelig støjimmunitet på grund af forringelsen af ​​signal-til-støj-forholdet . Et nyt program blev indlæst i den indbyggede computer, som kodede med en meget mere sikker kode (en dobbelt Reed-Solomon- kode blev brugt ).
• under flyvningen af ​​Saturns ringeplan blev den indbyggede pladespiller med fjernsynskameraer sat i klemme, sandsynligvis af en partikel af disse ringe. Forsigtige forsøg på at dreje den flere gange i modsatte retninger tillod til sidst at låse platformen op;
• faldet i kraften af ​​forsyningsisotopelementerne krævede kompilering af komplekse cyklogrammer over driften af ​​det indbyggede udstyr, hvoraf nogle begyndte at blive slukket fra tid til anden for at forsyne den anden del med nok elektricitet;
• den oprindeligt uplanlagte fjernelse af køretøjerne fra Jorden krævede flere moderniseringer af det jordbaserede transceiverkompleks for at modtage et svækkelsessignal [5] .

Besked til udenjordiske civilisationer

På siden af ​​hver Voyager var der en rund aluminiumsboks med en forgyldt videodisk indeni. Der er 115 dias på disken, som indeholder de vigtigste videnskabelige data, typer af Jorden , dens kontinenter , forskellige landskaber, scener fra dyrs og menneskers liv, deres anatomiske struktur og biokemiske struktur, inklusive DNA- molekylet .

De nødvendige afklaringer foretages i den binære kode, og solsystemets position er angivet i forhold til fjorten kraftige pulsarer . Den hyperfine struktur af brintmolekylet ( 1420 MHz ) er angivet som en "målelineal" .

Ud over billeder optages også lyde på disken: en mors hvisken og et barns gråd, fugle og dyrs stemmer, lyden af ​​vind og regn, brøl fra vulkaner og jordskælv , raslen fra sand og havets brænding .

Menneskelig tale er repræsenteret på disken ved korte hilsner på 55 sprog fra verdens folk. På russisk hedder det: "Hej, jeg hilser på dig!". Et særligt kapitel i budskabet er resultaterne af verdens musikalske kultur. Disken indeholder værker af Bach , Mozart , Beethoven , jazzkompositioner af Louis Armstrong , Chuck Berry , folkemusik fra mange lande.

Disken indeholder også en adresse af Carter , som var præsident for USA i 1977 . En gratis oversættelse af appellen lyder således:

Denne enhed blev skabt i USA, et land med en befolkning på 240 millioner mennesker blandt de fire milliarder mennesker på Jorden. Menneskeheden er stadig opdelt i separate nationer og stater, men lande bevæger sig hurtigt mod en enkelt jordisk civilisation.

Vi sender denne besked ud i rummet. Det vil sandsynligvis overleve i en milliard år af vores fremtid, når vores civilisation vil ændre sig og fuldstændigt ændre Jordens overflade... Hvis en civilisation opsnapper Voyager og kan forstå betydningen af ​​denne disk, her er vores budskab:

Det er en gave fra en lille fjern verden: vores lyde, vores videnskab, vores billeder, vores musik, vores tanker og følelser. Vi forsøger at overleve i vores tid, så vi kan leve i din. Vi håber, at den dag vil komme, hvor de problemer, vi står over for i dag, vil blive løst, og vi vil slutte os til den galaktiske civilisation. Disse optegnelser repræsenterer vores håb, vores beslutsomhed og vores gode vilje i dette enorme og ærefrygtindgydende univers.

I 2015 tog NASA beslutningen om at sætte alle lydene fra den gyldne rekord for Voyager-sonderne online. Alle kan stifte bekendtskab med dem på NASAs hjemmeside [6] [7] .

Køretøjer forlader solsystemet

Efter mødet med Neptun afveg Voyager 2 's bane mod syd. Nu passerer dens flyvning i en vinkel på 48° til ekliptika på den sydlige halvkugle . Voyager 1 hæver sig over ekliptikken (startvinkel 38°). Apparater forlader solsystemet for altid .

Apparaternes tekniske egenskaber er som følger: energien i radioisotop termoelektriske batterier vil være nok til at fungere i henhold til minimumsprogrammet indtil omkring 2025 [8] . Solsensorens eventuelle tab af Solen kan være et problem, da Solen bliver svagere på afstand. Så vil den rettede radiostråle afvige fra Jorden, og modtagelsen af ​​apparatets signaler bliver umulig. Dette kan ske omkring 2030.

Nu, fra Voyagers videnskabelige forskning, er i første omgang studiet af overgangsområder mellem sol- og interstellarplasmaet . Voyager 1 krydsede den heliosfæriske chokbølge ( engelsk  termination shock ) i december 2004 i en afstand af 94  AU. fra Solen [9] . Oplysningerne fra Voyager 2 førte til en ny opdagelse: Selvom enheden endnu ikke havde nået denne grænse på det tidspunkt, viste data modtaget fra den, at den var asymmetrisk - dens sydlige del var cirka 10 AU. tættere på Solen end den nordlige (sandsynlig forklaring er påvirkningen af ​​det interstellare magnetfelt ) [10] . Voyager 2 krydsede det heliosfæriske chok den 30. august 2007 i en afstand på 84,6 AU. [11] [12] . Det forventes, at køretøjer vil krydse heliopausen cirka 10 år efter at have krydset det heliosfæriske bovstød [9] .

Rumsonden Voyager 2, der blev opsendt den 20. august 1977, krydsede grænsen til solsystemet (mere præcist heliosfæren ) i august 2007. Den 10. december 2007 annoncerede NASA resultaterne af en analyse af data sendt af Voyager.

På en vis afstand falder solvindens hastighed kraftigt og holder op med at være supersonisk. Området (praktisk talt overfladen), hvor dette sker, kaldes grænsen for stødbølgen ( engelsk  termination shock eller termination shockwave ). Dette er den grænse, som Voyagers har krydset. Det kan betragtes som grænsen for den indre heliosfære. Ifølge nogle definitioner slutter heliosfæren her.

Voyager 2 bekræftede, at heliosfæren ikke er en perfekt kugle, den er fladtrykt: dens sydlige grænse er tættere på Solen end dens nordlige. Derudover lavede rumfartøjet endnu en uventet observation: Solvindens deceleration på grund af modvirkningen af ​​det interstellare medium skulle have ført til en kraftig stigning i temperaturen og tætheden af ​​vindplasmaet. Faktisk ved grænsen af ​​chokbølgen var temperaturen højere end i den indre heliosfære, men alligevel er forskellen 10 gange mindre end forventet. Hvad der forårsagede uoverensstemmelsen, og hvor energien går hen, vides ikke.

I november 2017 blev Voyager 1-motorerne med succes lanceret efter 37 års inaktivitet. Dette blev gjort for at rette orienteringen, så enhedens antenne blev rettet mod jorden [13] . Forskere håber, at driften af ​​nogle af Voyagers' videnskabelige instrumenter vil kunne opretholdes indtil omkring 2030 [14] .

Hukommelse

Voyager-regionen på Pluto er opkaldt efter programmet (navnet blev godkendt af IAU den 7. september 2017) [15] .

Noter

1. ↑ Rumsonden gik for første gang i historien ud over solsystemet - Society News - [email protected] . Hentet 6. april 2013. Arkiveret fra originalen 14. april 2013. (ubestemt)
2. ↑ Lisov, 2022 .
3. ↑ Udforskning af det ukendte / John M. Logsdon, redaktør. - Washington, DC: NASA History Office, 2011. - S. 286-287. — 796 s. Arkiveret 25. december 2017 på Wayback Machine
4. ↑ Solsystemet. Næste - kun stjernerne. Arkiveret kopi af 25. september 2020 på Wayback Machine (om Voyager 2's flyvning).
5. ↑ Voyager-fejl: hvad skete der med dem i rummet  (russisk)  ? . Hentet: 29. august 2022.  (ubestemt)
6. ↑ Voyagers gyldne plade for udlændinge nu tilgængelig på SoundCloud | Populær Videnskab . Dato for adgang: 28. juli 2015. Arkiveret fra originalen 29. juli 2015. (ubestemt)
7. ↑ Voyager - Den interstellare mission . Hentet 28. juli 2015. Arkiveret fra originalen 3. juli 2017. (ubestemt)
8. ↑ Neptun er hjertet af en havgigant . galspace.spb.ru. Hentet 9. august 2011. Arkiveret fra originalen 10. juli 2011. (ubestemt)
9. ↑ 12 Voyager - Hurtige fakta . Dato for adgang: 30. oktober 2006. Arkiveret fra originalen den 29. november 2016. (ubestemt)
10. ↑ Voyager II registrerer solsystemets kant . Hentet 30. oktober 2006. Arkiveret fra originalen 4. oktober 2017. (ubestemt)
11. ↑ POLIT.RU: Vladislav Izmodenov: videnskabelig begivenhed i 2007 - Voyager 2 krydser grænsen til helosfæren . Hentet 13. januar 2009. Arkiveret fra originalen 14. marts 2008. (ubestemt)
12. ↑ Arkiveret kopi . Hentet 13. januar 2009. Arkiveret fra originalen 21. maj 2009. (ubestemt)
13. ↑ NASA formåede at starte Voyager 1-motorerne slukket for 37 år siden Arkivkopi af 3. december 2017 på Wayback Machine // RBC , 2. december 2017
14. ↑ Tim Folger. Rekordstort Voyager-rumfartøj begynder at  slukke . Scientific American (22. juni 2022). Hentet: 24. juni 2022.
15. ↑ Pluto-træk givet for officielle navne . International Astronomical Union (7. september 2017). Hentet 15. september 2017. Arkiveret fra originalen 7. september 2017. (ubestemt)

Litteratur

• Lisov Igor. Spejdere af de ydre planeter: Pionerernes og Voyagers rejse fra Jorden til Neptun og videre / Wiebe D. Z. . - Alpina faglitteratur, 2022. - 542 s. - ISBN 978-5-00139-335-1 . (Russisk)
• Roger Ludwig, Jim Taylor. Voyager Telekommunikation  . - Pasadena, Californien: Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, 2012. - XI, 47 s. - (DESCANSO Design and Performance Summary Series).

Links

•  Voyager officielle hjemmeside
• Jupiters satellitter : Om 3 timer / Red. D. Morrison. - M .: Mir, 1985-1986.

Ordbøger og encyklopædier	Fantastisk catalansk Britannica (online) Universalis
I bibliografiske kataloger	J9U : 987007570739105171 LCCN : n90692226

Saturn
Største satellitter	Mimas Enceladus Tethys Dione Rhea Titanium Iapetus
Egenskaber	drage storm stor hvid plet Saturn sekskant Ringe af Saturn Saturns satellitter Saturns magnetosfære
Undersøgelse	Pioneer-11 Rejsende Cassini-Huygens
Andet	Liste over asteroider, der krydser Saturns kredsløb
Kategori " Saturn " Portal "Astronomi" Wikimedia Commons: Saturn