فوييجرز - رحلة مدى الحياة

بداية فوييجر 2 أغسطس 20 ، 1977

يصادف اليوم الذكرى الأربعين لإطلاق فوييجر 1 ، واحتفل شقيقه التوأم فوييجر 2 بالذكرى السنوية 16 قبل ذلك. باستخدام عرض فريد من الكواكب العملاقة (الذي يحدث مرة واحدة كل 175 عامًا ) ، تمكنوا من قلب فكرتنا عن النظام الشمسي ، وإجراء العديد من الاكتشافات التي لم يكن بإمكان أي جهاز تحقيقها قبلها أو بعدها.

على حسابهم: اكتشاف البرق الأول والبركان الأول خارج الأرض ؛ اكتشاف البركان البارد الأول ، والهدف الوحيد من النظام الشمسي (باستثناء الأرض) ، الذي يمكن أن توجد بحار سائلة على سطحه ؛ اكتشاف 3 أقمار المشتري ، 4 أقمار زحل ، 11 أقمار أورانوس و 6 أقمار نبتون. تحديد حاملي الرقم القياسي في النظام الشمسي: عن طريق شدة المجال المغناطيسي ، سرعة الرياح ، بياض السطح ، الكتلة بين الأقمار الصناعية ؛ اكتشاف حدود الموجة الصدمية والشمسية في الغلاف الشمسي الشمسي.

بدون مبالغة ، يمكننا أن نقول أن هذين الجهازين أظهران لنا أن النظام الشمسي لا حياة فيه على الإطلاق كما بدا لنا. ومهد الطريق لمجرة من الأجهزة الجديدة التي ذهبت لدراسة ما لم يتمكن فوييجرز من تعلمه بالكامل.

الخلفية

في صيف عام 1961 ، بدأ مايكل مينوفيتش ، وهو طالب دراسات عليا في جامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس ، يبحث عن حل لمشكلة الأجسام الثلاثة . استخدم لهذا الغرض جامعة IBM 7090 - أقوى كمبيوتر موجود في ذلك الوقت. بحلول نهاية الصيف ، تمكن من إثبات أنه في ظل ظروف معينة من تلبية الكوكب ، تتلقى المركبة الفضائية زيادة في السرعة ، وفي ظل ظروف أخرى تفقدها. خلال فترة تدريب في مختبر الدفع النفاث (يشار إليه فيما يلي باسم JPL) في صيف العام المقبل ، أقنع رئيسه بإعطائه بيانات أكثر دقة حول مواقع الكواكب ، وتم تأكيد حساباته.



جعل هذا الاكتشاف عطارد ، والكواكب العملاقة متاحة للبحث في ذلك الوقت تقنية غير كاملة (عصر الأقمار الصناعية كان قد بدأ للتو في ذلك الوقت ، ولم تتمكن وكالة ناسا من ضمان تشغيل الأجهزة العلمية لأكثر من عدة أشهر ، لذلك اعتبرت الكواكب العملاقة بعيدة المنال). ومع ذلك ، كانت JPL في تلك اللحظة تستعد بشكل مكثف لبرنامج Apollo ، ولم يحظى افتتاحه بالاهتمام الواجب. ولكن بعد 10 سنوات ، ستشكل الحسابات التي أجراها عام 1963 أساسًا لمهمات مارينر 10 (التي قامت بمناورة الجاذبية الثانية بعد القمر 3) وجهاز بايونير 10 و 11 (لأول مرة عبرت حزام الكويكبات).

في صيف عام 1964 ، أصبح ممارس JPL الآخر ، غاري فليندرو ، مهتمًا بفكرة مينوفيتش ، الذي بدأ يبحث عن تطبيق عملي لهذه الفكرة. بدأ في رسم رسوم بيانية للموضع المستقبلي للكواكب وسرعان ما اكتشف أنه في أواخر السبعينيات ، كان من المفترض أن تتجمع جميع الكواكب وراء حزام الكويكبات (بما في ذلك بلوتو في ذلك الوقت) في قطاع ضيق من السماء. وقد وفر هذا فرصة فريدة "للقفز" من كوكب إلى آخر بمساعدة مناورات الجاذبية ، لدراستها كلها في وقت واحد (وفي الوقت نفسه تقليل وقت الرحلة من 13 عامًا إلى 8 سنوات ، مما زاد من فرص النجاح).

لا يمكن تفويت مثل هذه الفرصة ، وتمكن مينوفيتش ، بدعم من المستشار الرئاسي لسياسة الفضاء ماكسويل هانتر ، من إقناع وكالة ناسا بتأسيس برنامج الرحلة الكبرى ، الذي توخى إطلاق ست مركبات على طول طرق المشتري-زحل-بلوتو وأورانوس-نيبتون-بلوتون. لسوء الحظ ، لم يكن من المقرر أن يتحقق مثل هذا المشروع الطموح: فقد حدث هذا التخفيض الإجمالي في ميزانية وكالة ناسا (التي كانت على قدم وساق في ذلك الوقت مع إغلاق برنامج أبولو).



ونتيجة لذلك ، في 1 يوليو 1972 ، تم إعطاء الأفضلية لمشروع أرخص ثلاث مرات Mariner-Jupiter-Saturn 77 ، حيث بقيت ثلاثة أجهزة فقط. وفي عام 1975 ، تم إلغاء مهمة فوييجر 3 إلى المشتري وأورانوس. وبالتالي ، تمت إزالة الإشارات إلى أورانوس ونبتون وبلوتو تمامًا من البرنامج ، وتم تقليل مدة البرنامج إلى 5 سنوات.

ومع ذلك ، ذهبت وكالة ناسا إلى الحيلة: على الرغم من أن كلا الجهازين مخصصان رسميًا حصريًا لاستكشاف المشتري وزحل وأقماره الفضائية تيتان ، فقد صممها مطورو الأجهزة في البداية مع توقع إمكانية وصولهم إلى الكواكب البعيدة في حالة العمل: مسار Voyager-1 مسموح به بالفعل أثناء الرحلة ، اختر بين بحث Titan أو Pluto ، و Voyager-2 ، الذي قام بالتأمين عليه ، إذا عمل الأخ على برنامج البحث الخاص به دون فشل ، يمكن أن يذهب للقاء أورانوس ونبتون. أثناء إعداد البرنامج ، تم النظر في 10 آلاف مسار ممكن قبل أن يصبح اثنان منهم مسارات معتمدة للأجهزة.


13-15 ديسمبر 1972 - أول لقاء علمي حول المشروع.

في ديسمبر 1972 ، أثناء تحليقها للمشتري ، عانى بايونير 10 من خلل في جهاز الكمبيوتر ، حيث فقدت صور Io التي تم التقاطها من مسافة قريبة. بالإضافة إلى ذلك ، تلقى الجهاز سوادًا لكويسات وأجهزة استشعار النيازك. سبب هذه الإصابات هو أحزمة إشعاع المشتري ، والتي تبين أنها أقوى مليون مرة من أحزمة الأرض. واجه المطورون مشكلة حادة للحماية من الإشعاع للأجهزة ، والتي (كما نعلم الآن) تعاملوا بشكل جيد. بالفعل في مارس 1977 (قبل ستة أشهر من إطلاق الأجهزة) ، تقرر استبدال اسم Mariner-Jupiter-Saturn 77 (المسمى رسميًا باسم MSJ-77 ) بشيء أكثر انسجامًا. وهكذا ، ظهر فوييجرز.

تصميم الجهاز

الآن يمكن أن تتسبب إمكانات الأجهزة فقط في ابتسامة ، ولكن في وقت إنشائها كانت قمة الهندسة: بدأت أولى وسائل الحماية ضد الإشعاع والتفريغ الكهروستاتيكي على نطاق واسع فيها ؛ ظهرت لأول مرة نظام الحماية التلقائية ضد الأعطال والإلكترونيات القابلة للبرمجة في نظام التوجيه ؛ أصبحوا أول تطبيق "فضائي" لرموز Reed-Solomon وتقنية الجمع بين الهوائيات الراديوية الفردية في صفائف للتواصل مع المركبة الفضائية. يحتوي كل جهاز على حوالي 65 ألف قطعة ، وتحتوي أجهزة الكمبيوتر داخل الأجهزة على حوالي 5 ملايين مكون إلكتروني. استغرق بناء فوييجيرز 5 سنوات من العمل ، وحوالي 1.5 ألف مهندس ، وحوالي 200 مليون دولار.

من حيث الاتصالات ، كانت الأجهزة دائمًا في الطليعة: لتسريع الاتصال بها ، تم تحديث الهوائيات الراديوية لشبكة اتصالات الفضاء البعيد في ناسا (المشار إليها فيما يلي باسم DSN) ، والتي يتم استخدامها الآن في جميع المشاريع العلمية لناسا خارج مدار الأرض. في الواقع ، أصبحوا "العرابين" لمعظم المشاريع للبحث عن الأشياء خارج حزام الكويكبات سواء من حيث الاتصالات أو في التبرير العلمي للمشاريع المستقبلية.



نظام الاتصال: نظرًا لأن المطورين قد حسبوا في البداية أن أجهزتهم يجب أن تصل إلى أقصى حدود النظام الشمسي ، تحتل الهوائيات مكانًا رئيسيًا في الأجهزة: يبلغ قطرها 3.66 م ، وتتكون نفسها من نواة ألمنيوم مغلفة بمزيج من الجرافيت والإيبوكسي.



يتم إرسال أوامر من الأرض في نطاق S-radio إلى أحد أجهزة الاستقبال المزدوجة ، كما يتم استخدام أجهزة إرسال X-band لإرسال البيانات إلى الأرض. يستخدم أحد أجهزة إرسال S وكل من أجهزة إرسال X أنابيب الموجة المتنقلة كمضخم. تبلغ قوة مكبرات الصوت 9.4 و 21.3 وات ، في حين يمكن تشغيل واحد فقط من أجهزة الاستقبال أو المرسلات في وقت واحد.

في البداية ، تم تصميم نظام الاتصالات لسرعة إرسال 115.2 كيلوبت / ثانية للمشتري ، و 44.8 كيلوبت / ثانية لزحل مع احتمال حدوث أخطاء بت 5 * 10 ^-3 (والتي تم توفيرها بواسطة رموز تصحيح Reed-Solomon ). بالنسبة للتواصل بين أورانوس ونبتون ، انخفضت سرعة الاتصال ، وتطلب إرسال الصورة ضغطًا ، بحيث أصبحت أخطاء نقل البيانات أكثر خطورة ، وأضيفت الرموز التلافيفية فوق رموز Reed-Solomon (مما وفر احتمال خطأ قليلاً من 10 ^-6 مع صغير زيادة التعقيد الحسابي).

يتكون مصدر الطاقة من ثلاثة مولدات كهربائية حرارية MHW (تم استخدام المماثل فقط على أقمار LES 8/9 ) ، ويبلغ قطرها 40.6 سم وطولها 51 سم ، ويزن كل منها 37.7 كجم (بما في ذلك حوالي 4.5 كجم البلوتونيوم 238) ، وكانت الطاقة أكثر من 156 واط في البداية (حوالي 2.4 كيلو واط من الحرارة).

المظهر:



والتصميم:



يشتمل نظام التوجيه على 16 محرك توجيه أحادي المكون (يعمل على تحلل الهيدرازين) مع دفع 85 غرامًا فقط لكل منها ؛ ثلاثة جيروسكوبات بدقة تبلغ عشرة آلاف من الدرجة (أحدها احتياطي) ؛ مستشعرات Canopus و Sun (التي كانت موجودة في فتحة الهوائي):



جهاز الكمبيوتر هو ثلاثة أجهزة كمبيوتر منفصلة مكررة. أولها (CCS) يؤدي دور الفريق ويراقب حالة الأجهزة (وهو مطابق لتلك المستخدمة في برنامج Viking ) ؛ الآخر (نظام بيانات الطيران - FDS) يقوم بمهام تشكيل وإرسال القياس عن بعد (تم تطويره خصيصًا للأجهزة) ؛ والثالث (نظام التحكم في المواقف والمفاصل - AACS) يتحكم في نظام التوجيه والمنصة بأجهزة علمية.



يعتقد المطورون أن "64 0 كيلو بايت كافية للجميع" ، وجعلوا ذاكرة الأجهزة التي تتكون من 4 آلاف كلمة 18 بت (حوالي 69.63 كيلوبايت). يعمل المذبذب الرئيسي للمعالج بتردد 4 ميجاهرتز ، لكن تردد ساعة المعالج نفسه هو 250 كيلو هرتز فقط ، في حين يمكنه فقط إجراء 8 آلاف عملية في الثانية. في وقت إطلاق الأجهزة ، من أصل 4 آلاف كلمة متوفرة - بقيت كلمتان فقط مجانًا ، ولكن خلال مرور أورانوس ونبتون - كان الوضع أسوأ ، حيث كان من الضروري دفع الرمز إلى هذا المجلد لتصحيح المخالفات في دوران منصة فوييجر -2.

جهاز التسجيل: مسجل شرائط مزود بمحرك حزام ، وشريط مغناطيسي بعرض نصف بوصة (12.7 مم) وطول 328 م ، وينقسم عرض الشريط إلى 8 شرائط ، يمكن قراءة شريط واحد منها فقط في كل مرة. يبلغ إجمالي سعة الذاكرة 536 مليون بت (حوالي 63.9 ميغابايت) - وهذا يكفي لتسجيل 100 صورة من كاميرات التلفزيون. سرعة الكتابة هي 115.2 و 7.2 كيلوبت في الثانية ، وسرعة القراءة 57.6 ؛ 33.6 ؛ 21.6 و 7.2 كيلوبت في الثانية.



البرنامج: تم تخزينه في ذاكرة قابلة لإعادة الكتابة ، واستخدمت هذه الفرصة أثناء المهمة مرات لا تحصى لتحسين الأداء وإصلاح الفشل. في البداية ، تم كتابة جميع التعليمات البرمجية للأجهزة في فورتران 5 ، ثم تم نقلها إلى فورتران 77 ، وفي الوقت الحالي ، تم نقل جزء منها إلى C ، بينما يبقى الجزء الآخر على فورتران. تحتوي الأجهزة على 7 إجراءات مسؤولة عن إصلاح العديد من حالات الفشل المحتملة. بعد رحلة نبتون في عام 1990 ، تمت إعادة كتابة الرمز بحيث استمرت الأجهزة في إرسال البيانات مرة أخرى ، حتى لو لم تستطع الأجهزة تلقي أوامر من الأرض.

المعدات العلمية: تضمنت 11 أداة تزن 105 كجم ، يقع معظمها على منصة بطول 2.3 متر ، على الجانب الآخر من RTG (لحمايتها من الإشعاع). يبلغ الوزن الإجمالي للمنصة الدوارة 103 كجم ، ودقة تحديد موقعها أعلى من عُشر الدرجة. يدور محرك المنصة بنسبة 1/9000 ، حتى بحلول فترة نبتون ، كان قد حقق 5 ملايين دورة في 12 عامًا - دون إخفاقات وبدون صيانة.

تستوعب الأجهزة كاميرتين بزاوية عرض ضيقة وواسعة (3 ° و 0.4 °) بدقة 800 خط. في نفس الوقت ، فإن حدة الكاميرا الضيقة كافية لقراءة الصحيفة من مسافة 1 كم. يتم وضع مقاييس مغناطيسية عالية ومنخفضة الحساسية على ذراع من الألياف الزجاجية يبلغ طوله 13 مترًا (مصمم لدراسة المجالات المغناطيسية للكواكب والرياح الشمسية) ؛ دقة تحديد المواقع هي 2 درجة.

مطياف الأشعة تحت الحمراء والأشعة فوق البنفسجية (لقياس درجة الحرارة وتكوين الغلاف الجوي) ، مقياس الضوء الضوئي (لقياس نسيج وكثافة الأجواء) ، مطياف البلازما (لقياس الأيونات والإلكترونات في البيئة) ، كاشف الجسيمات المشحونة منخفضة الطاقة (لقياس اتجاه حركة الأيونات والإلكترونات ) ، وجهاز استقبال موجات البلازما (لقياس الكثافة ، والموجات في البلازما المحيطة) ، وكاشف الأشعة الكونية ، ونظام يستخدم نظام اتصال قياسي من الأجهزة لدراسة الوسط بين الأجهزة والأرض. وكذلك الراديو الذي صنع "سيمفونية الكواكب" .



كاشف الجسيمات المشحونة بطاقة منخفضة: يحتوي على محرك متدرج يسمح للكاشف بالتدوير 360 درجة. تم اختباره لـ 500 ألف خطوة (حتى يتمكن من الوصول إلى زحل) ، والآن أكمل بالفعل أكثر من 6 ملايين خطوة.

السجلات الذهبية : عليها سجلات بيتهوفن وموزارت وسترافنسكي والمكفوف ويلي جونسون (القائمة العامة هنا ، ولكن يمكنك الاستماع إليها هنا ) ؛ 116 صورة للأرض والناس والحيوانات ؛ تسجيلات أصوات الرياح والرعد وغناء بعض الطيور والحيوانات ؛ تسجيلات التحية في 55 لغة ونداء من جيمي كارتر (الذي كان رئيس الولايات المتحدة في ذلك الوقت) ؛ وكذلك موقع نظامنا الشمسي نسبة إلى 14 نجمًا. يوجد في الخلف تعليمات حول كيفية تسجيل البيانات.


الجانب الأمامي مع الملاحظات ، والجزء الخلفي مع التعليمات

إطلاق ... والمشاكل الأولى

طالب إطلاق فوييجرز باستخدام أقوى صاروخ كان موجودًا في ذلك الوقت في وكالة ناسا: مركبة الإطلاق تيتان IIIE ذات الخمس سرعات 633 طنًا ، والتي كانت تعمل بواسطة 4 مكونات وقود مختلفة: المعجل والكتلة الداعمة الثانية كانت وقودًا صلبًا (ولكن بتكوين مختلف) ، الأول والثاني تمتلئ الخطوات بالأيروسين ورباعي أكسيد الديازوت ، ولعبت كتلة سنتوروس للأكسجين والهيدروجين دور المرحلة الثالثة.

قلة من الناس يعرفون أن المهمة بأكملها يمكن أن تنتهي في إخفاق كبير ، في الشهر الأول. في بداية فوييجر 2 ، عملت المراحل الأربع الأولى بشكل مثالي: عمل صاروخ الإطلاق لمدة 468 ثانية وفقًا للخطة ، وقام سنتور ، الذي تم تشغيله بعد 4 ثوانٍ بعد فصله عنه ، بعد العمل لمدة 101 ثانية ، بتحويل الجهاز إلى مدار وقوف السيارات. بعد 43 دقيقة ، قام بالتشغيل مرة أخرى ، وبعد العمل لمدة 339 ثانية ، قام بتحويل كتلة الداعم للوقود الصلب Star-37E مع Voyager-2 إلى مسار الإقلاع. بعد ذلك ، بدأ تشغيل الكمبيوتر المحمول Voyager-2 ، والذي تضمن وحدة التسارع ، والتي بعد 89 ثانية ، وأحضرت الجهاز إلى مسار الاجتماع مع المشتري.

لكن فصل Voyager-2 و Star-37E ، مع الافتتاح اللاحق لقضبان الجهاز لم يسير بسلاسة كما نود: مباشرة بعد هذه التلاعبات ، بدأ الجهاز في الدوران ، وبعد 16 ثانية من فصل AACS الرئيسي ، رفض العمل على الإطلاق (نظرًا لأن كلا من CCS أحيلت له في نفس الوقت فريق لإعداد محركات التوجيه). أدى هذا في النهاية إلى حفظ الجهاز ، حيث لم يكن لدى AACS الثاني معلومات من الجيروسكوبات ، وبدأ في التوجيه من نقطة الصفر. كان من الممكن تنفيذ التوجيه ، لكن الأمر استغرق 3.5 ساعات ، ولم تنتهي المشاكل عند هذا الحد: قالت بيانات الجهاز إن أحد القضبان لم يتم الكشف عنه بالكامل. تقرر دفع الشريط حتى يتم قفله ، وذلك باستخدام دوران الجهاز مع محركات التوجيه ، إلى جانب تصوير غطاء مطياف IRIS ، لكن جهاز الكمبيوتر فوييجر -2 ألغى هذا الأمر ، معتبرا أنه أمر خطير. بحلول 1 سبتمبر ، على الرغم من ذلك ، كان من الممكن إثبات أن الشريط موجود بالفعل ، وإجراء السلوك بعد فحوصات البدء ، بحيث كان لدى فريق Voyagers عدة أيام من الراحة بين نقل Voyager-2 إلى السبات وبداية Voyager-1.

في بداية فوييجر 1 ، على العكس من ذلك ، كان فصل وتشغيل الكتل الداعمة لا تشوبها شائبة ، لكن تسرب المؤكسد في المرحلة الثانية من Titan IIIE أدى إلى حقيقة أنه أغلق في وقت أبكر مما ينبغي ، ولم تعط مركبة الإطلاق قنطورس بقدر 165.8 م / ث. اكتشف كمبيوتر المرحلة العليا وجود عطل وإطالة وقت التشغيل عند دخول مدار وقوف السيارات. لكن بدء التشغيل الثاني للوقود كان كافيًا للمرحلة العليا: في الوقت الذي تم فيه إيقاف تشغيل المحركات ، لم يكن لدى Centaurus سوى 3.4 ثانية من الوقود المتبقي. إذا طار فوييجر -2 على هذا الصاروخ ، فإن كتلة التسارع ستغلق دون الحصول على السرعة اللازمة (عند مغادرة الأرض ، يجب أن تكون سرعة فوييجر 2 15.2 كم / ثانية ، بينما يجب أن تكون سرعة فوييجر 1 15 فقط ، 1 كم / ثانية.

في 18 سبتمبر ، أثناء معايرة الأجهزة ، التقطت فوييجر 1 صورة مشتركة للأرض والقمر في لقطة واحدة ( لأول مرة بين الأجهزة الأوتوماتيكية) ، كانت المسافة إلى الأرض بالفعل 11.66 مليون كيلومتر:



في 10 ديسمبر ، دخلت المركبتان حزام الكويكبات ، وبعد 9 أيام (لا يزال بداخله) تجاوزت فوييجر -1 فوييجر 2 ، في طريقها إلى هدفها المشترك الأول (حدث هذا بسبب مسار رحلة أكثر رقة من فوييجر 1). وهكذا ، فقد وصل بالفعل إلى المشتري قبل زميله ، ومعرفة ذلك ، ذهب مبدعو الأجهزة إلى ترقيمهم الغريب.

في 23 فبراير 1978 ، انحشرت المنصة الدوارة فوييجر 1 في موضع واحد. في 17 مارس ، تم التغلب على هذا العطل بمساعدة الحركات الدقيقة للمنصة ذهابًا وإيابًا.

في صيف عام 1978 ، تم نسيان فوييجر -2 عدة مرات لإرسال إشارة اختبار ، وبعد أسبوع (عندما انتهى العداد) ، اعتبر الجهاز أن جهاز الإرسال الأساسي معطلاً ، وتحول إلى جهاز احتياطي. عند ملاحظة ذلك ، أعطى المشغلون للجهاز أمرًا بالتبديل إلى جهاز الإرسال الرئيسي ، لكن الجهاز كان صامتًا تمامًا: حدثت دائرة قصيرة أثناء تبديل أجهزة الإرسال ، وفشل كلا المصاهر على جهاز الإرسال الرئيسي.كان جهاز الإرسال الثاني أكثر حظًا: فقد فشل مكثف التزاوج (المسؤول عن ضبط التردد) ، لكنه ظل يعمل.

من هذه اللحظة حتى الآن - للتواصل مع Voyager-2 ، يجب عليك حساب التردد الدقيق لنقل الإشارة مع مراعاة سرعة المركبة الفضائية وحركة الأرض حول الشمس وحتى درجة حرارة جهاز الاستقبال داخل المركبة الفضائية (نظرًا لأن التغيير غير المحسوب هو 0.25 درجة مئوية فقط يؤدي إلى حقيقة اختفاء الاتصال بالجهاز).

التقارب مع المشتري

كان يجب أن يكون تأخر الإشارة أثناء اتصال الأجهزة أثناء مرور المشتري 38 دقيقة بالفعل ، لذلك كان يجب إعداد كل شيء مقدمًا: إذا أخطأ العلماء في بعض الكسور لدرجة في موضع الكاميرات ، فإن الجهاز سيخلع مساحة لا حدود لها بدلاً من المشتري والأقمار الصناعية. لذلك تم تنزيل تحديث البرنامج لزيادة حدة الصورة على الأجهزة في نهاية أغسطس 1978 ، وتم وضع برنامج الطيران للأجهزة قبل بضعة أيام.

بدأ فوييجر 1 في التقاط أول صور لكوكب المشتري في 6 يناير 1979 ، بفاصل ساعتين ، وتجاوز حلها على الفور دقة جميع الصور المتاحة للمشتري في ذلك الوقت. منذ 30 يناير ، تحول الجهاز إلى التصوير بفاصل زمني 96 ثانية ، وفي 3 فبراير بدأ في التقاط صور فسيفساء 2x2 (حيث أصبح حجم المشتري أكبر من الدقةالكاميرات). منذ 21 فبراير ، تحول إلى 3x3 فسيفساء ، وحدث أقصى تقارب مع المشتري في 5 مارس.


صور المشتري مع فاصل زمني ليوم جوفي واحد (10 ساعات) تم التقاطها من 6 يناير إلى 3 فبراير 1979 بواسطة فوييجر 1.

بالإضافة إلى صور المشتري ، التقطت فوييجر 1 صورًا لحلقاتها وأقمارها الصناعية ، من بينها مجموعة متنوعة رائعة من الأسطح. في 27 فبراير ، بدأت المؤتمرات الصحفية اليومية لـ JPL ، وقدمت اكتشافات جديدة للصحافة. انتهوا فقط في 6 مارس ، عندما تم الإعلان رسميًا عن أن فوييجر 1 حلقت فوق المشتري.

قال إدوارد ستون في المؤتمر الأخير: "أعتقد أنه كان لدينا أكثر من عقد من الاكتشافات خلال فترة الأسبوعين" .

ومع ذلك ، بمجرد أن أصبح واضحًا ، لم يكن ذلك كل شيء: فالتحرك بعيدًا عن النظام بالفعل ، التقط Voyager-1 صورة Io من 4.5 مليون كيلومتر ، والتي كشفت ما تم التخلص منه بواسطة فلاتر ما بعد المعالجة كضجيج عديم الفائدة: تمكنت ليندا مورابيتو من العثور على صور السحب الرمادية التي ترتفع إلى ارتفاع 260 كم ، والتي تشير بوضوح إلى النشاط البركاني (في هذه الحالة ، يظهر ثوران آخر على الطرف ، أسفل منتصف الصورة مباشرة). وهكذا ، تم تحديد الجاني لمثل هذا النشاط الضخم للأحزمة الإشعاعية للمشتري - اتضح أنه Io.



أصبحت فوييجر 2 قريبة من المشتري قدر الإمكان في 9 يوليو ، وعلى الرغم من أن الأحدث ذهب إلى زميله ، وقام العاملون بإجرائه مرتين بعيدًا عن المشتري (في محاولة لحمايته) - لم يتم ترك الجهاز الثاني بدون اكتشافات: اكتشف 3 أقمار صناعية جديدة وجهاز جديد خاتم المشتري. من صور Io (التي اقترب منها على بعد مليون كيلومتر فقط) ، كان من الممكن إثبات أن سطح القمر الصناعي قد تغير ، بحيث استمرت براكين Io نشطة بين رحلات فوييجرز. أظهرت صور أوروبا (المأخوذة من 206 آلاف كيلومتر) سطحًا ناعمًا بشكل مدهش للجليد ، مكسورًا فقط في بعض الأماكن بسبب الشقوق. في المجموع ، تلقت الأجهزة ما يقرب من 19 ألف صورة لكوكب المشتري وحلقاته وأقماره الصناعية.



تم إرسال صور لأوروبا من قبل العلماء المهتمين بـ Voyager-1 ، وتم إرسال كاميرات الجهاز الثاني لفحص سطحها بمزيد من التفاصيل. لكن البيانات في ذلك الوقت لم تكن كافية لتأكيد وجود محيط تحت سطح الأرض في أوروبا ، بما في ذلك المركبة الفضائية جاليليو التي ذهبت لاحقًا لتأكيد هذه النظرية .

التقارب مع زحل

تحول كوكب زحل إلى كوكب بارد للغاية ولكنه مضطرب: كانت درجة حرارة الطبقات العليا من الغلاف الجوي -191 درجة مئوية ، وفقط في القطب الشمالي ارتفعت درجة الحرارة إلى + 10 درجة مئوية ؛ لكن الرياح المستعرة هناك - وصلت إلى 1800 كم / ساعة في خط الاستواء. أظهرت صور فوييجر 1 أن مدار إنسيلادوس يمر عبر المناطق الأكثر كثافة في حلقة زحل المتعرجة.

لكن أكثر شيء مدهش في النظام تبين أنه ميماس ، الذي طار منه الجهاز 88.44 ألف كيلومتر: القمر الصناعي الذي يبلغ قطره 396 كيلومترًا يشبه بشكل مدهش نجمة الموت من حرب النجوم مع فوهة بعمق 100 كيلومتر (ظهرت الحلقة الخامسة منها في ستة أشهر فقط قبل رحلة فوييجر 1 من زحل):



كان الهدف الأخير من فوييجر 1 تيتان ، الذي يعتبر أكبر قمر صناعي في النظام الشمسي (في ذلك الوقت). أعطت رحلة الجهاز على بعد 6490 كم فقط من سطحه أخبارًا مثيرة تقريبًا: قرأت التقديرات المحدثة لكتلته أن تاج أكبر قمر صناعي في النظام الشمسي يجب أن يعطى إلى Titan لصالح Ganymede . لكن تبين أن الغلاف الجوي لتيتان أكثر مفاجأة: بل على العكس ، تبين أنه أكثر كثافة من المحسوب ، إلى جانب تقديرات تكوينه ودرجة حرارته ، وهذا يعني أن البحيرات والبحار من الهيدروكربونات السائلة يمكن أن توجد على سطحه.

بعد زحل ، تباينت مسارات الأجهزة: تم منح نهج تيتان إلى فوييجر 1 بسعر رائع - غادر الطائرة الكسوف ولم يعد بإمكانه الاستمرار في دراسة الكواكب. لحسن الحظ ، لعبت Voyager-1 دورها "ممتاز" ، لذلك لم يكن هناك حاجة لإعادة توجيه Voyager-2 إلى اجتماع مع Titan ، وانطلق (وحده بالفعل) لمواصلة الجولة الكبيرة.

لم تترك رحلة فوييجر 2 بعد زحل في 26 أغسطس 1981 دون اكتشافات: اتضح أن سطح إنسيلادوس سلس للغاية ولا يحتوي تقريبًا على فوهات (أي أنها صغيرة جدًا). قدم مثل هذا السطح الجليدي إنسيلادوس مكانًا في النظام الشمسي كبطل للبيدو (كان 1.38). وقد كفل ذلك أيضًا عنوان القمر الصناعي "الأبرد" لزحل - لم ترتفع درجة الحرارة هناك فوق -198 درجة مئوية حتى عند الظهر.

في اللقطات المقربة ، انقسمت حلقات زحل إلى عدد لا يحصى من الحلقات الصغيرة. كان هناك الكثير منهم لدرجة أن رئيس فريق التصور ، برادفورد سميث ، ألقى بهم لإحصاءهم خلال المؤتمر الصحفي اليومي ودعا الصحفيين للقيام بذلك بأنفسهم.



في المجموع ، تم الحصول على حوالي 16 ألف لقطة من النظام. بعد مرور زحل ، انحشرت المنصة ذات المعدات العلمية بالفعل على فوييجر -2. ببعض المعجزات ، حدث هذا بعد مرور نظام زحل ، وبعد بضعة أيام فقط كان من الممكن إثبات أن المنصة تدور على مضض مع زيادة دفع المحرك (على ما يبدو ، انتهى التشحيم) ، بحيث يمكن أن تستمر مهمة فوييجر 2.

أورانوس ونبتون وما بعدها

من أجل تسريع الاتصال مع فوييجر 2 ، قام أورانوس بتوصيل لوحين بطول 64 متر ولوحين بطول 26 مترًا لشبكة DSN في شبكة واحدة. تم ذلك لأول مرة من أجل تسريع نقل البيانات ، حيث كان على كاميرات الجهاز التقاط آلاف الصور لنظام أورانوس ، وكان لدى مائة منهم فقط ذاكرة كافية ، لذلك تبين أن نظام الاتصال هو عنق الزجاجة.

قبل اجتماع فوييجر 2 مع أورانوس في 24 يناير 1986 ، كان كل ما عرف عنه تقريبًا أنه يدور "على جانبه" ، ولديه 9 حلقات و 5 أقمار صناعية (حتى فترة تداوله كانت غير معروفة). خلال مرور الجهاز ، تضاعف عدد الأقمار الصناعية ثلاث مرات في وقت واحد ، وتمت إضافة ساتلين جديدين إلى الحلقات ، في حين أنها كانت مختلفة عن تلك الخاصة بالمشتري وزحل: تشير البيانات إلى أنها كانت أصغر من الكوكب وتشكلت على ما يبدو نتيجة لتدمير الأقمار الصناعية بواسطة قوى المد والجزر .

كانت مدة يوم Uranian 17 ساعة و 12 دقيقة ، ولم يكن المناخ حارًا على الإطلاق: كان متوسط ​​درجة الحرارة في الغلاف الجوي -214 درجة مئوية وتم الاحتفاظ به بشكل مفاجئ على السطح بالكامل تقريبًا ، من خط الاستواء إلى القطبين. لكن الاكتشاف الأكثر إثارة للدهشة هو أن أورانوس لديه مجال مغناطيسي أكبر 60 مرة من مجال الأرض ، وهو حوالي ثلث نصف القطر من مركز الكوكب وينحرف عن محور الدوران بنسبة تصل إلى 60 درجة (للأرض هذا الرقم 10 درجات فقط). لم يتم تسجيل مثل هذا السلوك الغريب سابقًا في أي جسم في النظام الشمسي.



لم يكن أقل غرابة هو أقرب قمر صناعي لجوران - ميراندا . ربما كان لهذا القمر الصناعي غير المنتظم ، الذي يبلغ قطره 235 كيلومترًا فقط ، السطح المدهش بين جميع أجسام النظام الشمسي: كانت بعض أجزاء القمر الصناعي مليئة بالفوهات ، والبعض الآخر لم يكن بها تقريبًا ، ولكن كانت تنتشر مع شبكات الوادي العميقة والحواف. كل شيء على سطح ميراندا تحدث عن التاريخ الجيولوجي النشط وغير العادي للقمر الصناعي:



للتواصل مع Neptune Voyager 2 التي كانت تطير بعد 25 أغسطس 1989 ، حتى هذه الحيل لم تكن كافية ، وتم ترقية لوحات DSN التي يبلغ طولها 64 مترًا في غولدستون (كاليفورنيا) ومدريد (إسبانيا) وكانبيرا (أستراليا) إلى 70 مترًا رائعة ، و "لوحات" بطول 26 متراً "نمت" بقطر 34 متراً.


تحديث لوحة جولدستون

تقول سوزان دود ، الرئيس التنفيذي لشركة DSN ، "بطريقة ما ، نشأ DSN و Voyagers معًا".

كان نبتون آخر كوكب يلتقي به فوييجر 2 ، لذلك تقرر الاقتراب بشكل لا يصدق من الكوكب - على بعد 5 آلاف كيلومتر فقط من سطحه (كانت الرحلة تستغرق أقل من ثلاث دقائق بسرعة الجهاز). وكانت البيانات التي يرسلها الجهاز تستحق العناء: في وسط صور نبتون كان هناك "بقعة مظلمة كبيرة" كانت أبعادها ضعف حجم الأرض ، والتي كانت عبارة عن مضاد للأعاصير في الغلاف الجوي. كانت أصغر من البقعة الحمراء الكبيرة لكوكب المشتري ، لكنها كانت لا تزال قياسية: سرعات الرياح حول البقعة وصلت 2400 كم / ساعة!



بحلول فترة نبتون ، بلغت تكلفة المشروع 875 مليون دولار ، ولكن تم تخصيص 30 مليون دولار للسنتين الأوليين من المهمة الممتدة بين النجوم دون تردد ، وكانت المهمة بالفعل بحاجة إلى شعار رابع:



في 10 أكتوبر و 5 ديسمبر 1989 ، تم إيقاف تشغيل كاميرات فوييجر 2 بشكل دائم ، وفي 14 فبراير 1990 ، التقط فوييجر 1 صوره الأخيرة ، المسماة "صورة العائلة" : تصور جميع الكواكب في النظام الشمسي ، باستثناء عطارد والمريخ (الضوء وهو أضعف من أن يميز على الكاميرات). في اليوم نفسه ، تم إيقاف تشغيل الكاميرات والوحدة الثانية.


مخطط الرماية:


من بين هذه الصور تقف صورة لأرضنا ، والتي طلبها كارل ساجان بشكل خاص لسنوات عديدة. كانت يدها تسمى "النقطة الزرقاء الشاحبة" :



الأرض على الخط الأحمر إلى اليمين أسفل مركز الصورة. تبلغ أبعاد الأرض في هذه الصورة 0.12 بكسل. السبب الوحيد الذي يجعلها لا تزال مميزة إلى حد ما هو أنها تعكس ضوءًا كافيًا لتكون ملحوظة على خلفية الظلام في الفضاء.


في البداية ، كان عمال المشروع خائفين من أن تتلف كاميرات فوييجر بسبب ضوء الشمس ، الذي كان قريبًا جدًا من الأرض من هذه المسافة (كان فوييجر -1 في ذلك الوقت أبعد قليلاً من 6 مليار كيلومتر من الأرض) - في الواقع الخطوط في هذه الصورة ، إنها مثل مرات وهج من الشمس. في عام 1989 ، تم اتخاذ قرار التقاط الصور ، ولكن تم تأخير معايرة الكاميرا (حيث كانت لوحات DSN مشغولة بتلقي معلومات من فوييجر 2 تحلق نبتون). بعد ذلك ، كانت هناك مشاكل في حقيقة أن Voyagers تمكنوا بالفعل من نقل الموظفين المشاركين في إدارة الكاميرات إلى مشاريع أخرى. للشروع في فكرة "صورة عائلية" كان حتى رئيس ناسا آنذاك - ريتشارد ترولي .

في 17 فبراير 1998 ، أصبح فوييجر 1 أكثر الأشياء البعيدة التي أنشأها الإنسان ، بفوزه على بايونير 10 في هذا الترتيب. لسوء الحظ ، لم يكن مقدرًا للرواد 10 و 11 أن ينقلوا معلومات حول حدود الغلاف الشمسي الشمسي: فشل بايونير 11 في جهاز الاستشعار الشمسي ، والذي "فقد" في الفضاء ولم يتمكن من الحفاظ على اتجاه هوائيه المدبب إلى الأرض (حدث هذا 30 سبتمبر 1995 على مسافة 6.5 مليار كيلومتر). عملت Pioneer 10 حتى احتياطياتها الأخيرة ، ولكن في النهاية لم تستطع لوحات DSN الضخمة تلقي إشارة ضعفها ، وفقد الاتصال معها في 23 يناير 2003 على مسافة 11.9 مليار كيلومتر.

في فبراير 2002 ، دخلت فوييجر 1 موجة صدمة الغلاف الشمسي الشمسي ، وفي 16 ديسمبر 2004 - عبرتها لأول مرة بين الأجهزة من صنع الإنسان. في 30 أغسطس 2007 ، عبرها شقيقها وشقيقه ، وفي 6 سبتمبر ، تم إيقاف تشغيل جهاز التسجيل في فوييجر 2.

في 31 مارس 2006 ، تمكنت هواة الراديو من Bochum (ألمانيا) من استقبال البيانات من Voyager-1 باستخدام لوحة 20 مترًا باستخدام تقنية تراكم الإشارة. تم تأكيد استلام البيانات في محطة DSN في مدريد.

في 13 أغسطس 2012 ، حطم فوييجر 2 الرقم القياسي طوال مدة المركبة الفضائية. كان الرقم القياسي لـ Pioneer 6 الذي عمل في الفضاء لمدة 12758 يومًا - على الرغم من أنه من المحتمل أنه لا يزال قيد التشغيل (لم يحاولوا الاتصال به في 8 ديسمبر 2000). ربما يقرر بعض المتحمسين الاتصال به ، فهل سيستعيد لقب المركبة الفضائية الأطول عمراً؟ من يدري ...

22 أبريل 2010 في فوييجر 2 ، تم اكتشاف مشاكل في البيانات العلمية. في 17 مايو ، اكتشف JPL سبب تحول بت الذاكرة إلى حالة من الثايرستور المفاجئ. في 23 مايو ، تم إعادة كتابة البرنامج بطريقة لم يتم استخدام هذه القطعة بتاتًا.

في 25 أغسطس 2012 ، عبرت فوييجر 1 حالة الشمس (تم استلام تأكيد ذلك في 9 أبريل 2013) ، وانتهت في وسط بين النجوم. ومن المقرر أن تتبع فوييجر 2 قريبًا زميلها في هذه "الحدود الأخيرة" .



مؤشرات على كثافة الأشعة الكونية في فوييجر 1 (أعلاه) وفوييجر 2 (أدناه).

كما يتبين من الرسوم البيانية ، فقد دخلت كل من فوييجر بالفعل طبقة الأشعة فوق البنفسجية التي تفصل النظام الشمسي عن الوسط النجمي ، وتمكنت فوييجر 1 بالفعل من الخروج منه. تظهر القمم في بداية الرسوم البيانية زيادة الإشعاع في المشتري (المرتبط بقمرها الصناعي النشط Io ) وزحل. كان من المفترض (وفقًا للمهمة الأولية لمدة 5 سنوات) أن نصف جرعة الإشعاع من فوييجرز سيتم استلامها بواسطة المشتري الطائر.

الوضع الحالي

برنامج الطيران الأولي لمدة خمس سنوات - لقد تجاوزوا بالفعل 8 مرات (ومع ذلك ، هذا بعيد عن سجل الفرص الحالي بنسبة 53 مرة ، والتي لا تزال مستمرة في العمل). سرعات فوييجر هي 17.07 كم / ثانية و 15.64 كم / ثانية على التوالي. كتلتها (بعد استخدام جزء من الوقود) هي 733 و 735 كجم. يبقى حوالي 73٪ من البلوتونيوم 238 في RTGs ، لكن طاقة خرج أجهزة الإمداد انخفضت إلى 55٪ (مع مراعاة تدهور المولدات الكهروحرارية ) وتبلغ 249 واط من 450 الأولية.

من بين 11 جهازًا أصليًا ، يبقى 5 فقط على: MAG (مقياس مغناطيسي) ، LECP (كاشف الجسيمات المشحونة بطاقة منخفضة) ، CRS (كاشف الأشعة الكونية) ، PLS (كاشف البلازما) ، PWS (جهاز استقبال موجة البلازما). في فوييجر 1 ، قم بشكل دوري بتضمين UVS آخر (مطياف فوق بنفسجي).


أعضاء بعثة فوييجر في 22 أغسطس 2014

مستقبل الأجهزة

في الوقت الحالي ، يقاتل فريق "فوييجرز" من أجل بقاء الأجهزة ، في محاولة للعثور على أقصى قدر من الطاقة المتاحة لتشغيل الأجهزة العلمية وسخاناتها. من الأفضل وصف هذه العملية من قبل سوزانا دود:

"يقول المطورون:" هذا النظام يستهلك 3.2 واط ". ولكن في الواقع ، تستهلك 3 واط ، ولكن يجب أن تكون متحفظة أثناء عملية التطوير عند بناء الجهاز. نحن الآن في تلك المرحلة من المهمة عندما نحاول التخلص من الاحتياطيات الزائدة والحصول على أرقام حقيقية ".

في المستقبل القريب ، يجب إيقاف تشغيل الجيروسكوبات على الأجهزة ، واعتبارًا من عام 2020 ، سيتعين على المرء أن يبدأ في إيقاف تشغيل بعض الأجهزة العلمية. لا يعرف أعضاء الفريق بعد كيف سيتصرفون في ظروف البرد القارس للفضاء (نظرًا لعدم وجود مركبات احتياطية على قيد الحياة ، أو حتى أدواتهم الفردية التي يمكن فحصها في غرفة الضغط). ربما ستظل الأجهزة تعمل في عملية إيقاف تشغيل سخاناتها ، ومن ثم يمكن تأخير لحظة فصل الأجهزة الأخيرة من 2025 إلى 2030.

تشير التقديرات إلى أن فوييجر 2 يجب أن يتجاوز الغلاف الشمسي في غضون عقد من الزمان. لا يمكن استدعاء التاريخ الدقيق لأن الغلاف الشمسي ليس كرويًا تمامًا ، ولكنه ممدود تحت تأثير القوى الخارجية للوسط النجمي . لذا يجب أن يكون لدى فوييجر 2 الوقت الكافي للخروج من موجة الصدمة من أجل البدء في دراسة المادة بين النجوم (في نقطة مختلفة عن زملائه) وجعل حتى اكتشافه الأخير - شكل الغلاف الشمسي الشمسي - ممكنًا معه.

يجب أن يتحرك فوييجر 1 بعيدًا عن الأرض في ضوء النهار بحلول عام 2027 ، وفوييجر 2 بحلول عام 2035. بعد عام 2030 ، ستتحول الأجهزة إلى وضع المنارة (بدون القدرة على دعم تشغيل أجهزتها) وستعمل بهذه الطريقة حتى عام 2036 ، وبعد ذلك سيتم إغلاقها إلى الأبد. وبالتالي ، يجب أن "تتقاعد" الأجهزة في سن 48-53 سنة ، ويجب أن "تبقى" حتى سن 59 سنة.

يتم إرسال فوييجر -1 إلى نقطة بإحداثيات خط عرض كسوف 35.55 درجة وخط طول كسوف 260.78 درجة ، وبعد 40 ألف سنة يجب أن يقترب من 1.6 سانت. سنوات مع النجم AC +79 3888 من كوكبة الزرافة (هذا النجم بدوره يقترب من الشمس ، وفي وقت رحلة فوييجر 1 ستكون على مسافة 3.45 سنة ضوئية منا). في نفس الوقت تقريبًا ، سيقترب فوييجر 2 (يتحرك في اتجاه خط عرض كسوف -47.46 درجة وخط طول كسوف 310.89 درجة) ، من النجم روس 248 على مسافة 1.7 سانت. سنوات ، وبعد 296 ألف سنة من الآن ، ستطير إلى 4.3 ش سنوات من سيريوس .

مدير المشروع

1972 في كالتك ، و 2017 في مقابلة في جامعة جامعة الملك عبدالله

إدوارد ستون مدير مشروع دائم بدأ حياته المهنية كفيزيائي فلكي مع تجارب على دراسة الأشعة الكونية في عام 1961. من عام 1967 أصبح أستاذا كاملا في Caltech ، في عام 1976 - أستاذ الفيزياء ، ومن 1983 إلى 1988 - كان رئيسًا لقسم الفيزياء والرياضيات وعلم الفلك في هذا المعهد. من أواخر الثمانينيات إلى 2007 ، كان رئيسًا لمجلس إدارة مرصد كيك . في عام 1991-2001 ، شغل منصب رئيس مختبر الدفع النفاث ، في عام 1996 ، سمي الكويكب رقم 5841 باسمه. الآن لا يزال المدير التنفيذي للتلسكوب الذي يبلغ طوله ثلاثين مترا ، ومعلم كالتيك (وهو موجود منذ عام 1964).

خاتمة

تقول سوزان دود: "كنا دائمًا ننكر خسارة واحدة لمهمة"

هذه الأجهزة ، التي بدأت خلال إصدار الحلقة الرابعة من حرب النجوم والمواجهات القريبة من الدرجة الثالثة ، نجت من عشرات الأعطال و 40 عامًا في فراغ في درجة حرارة أعلى من الصفر المطلق. في كثير من الأحيان تم التشكيك في مهمتهم - حتى قبل إطلاقها الفوري. وبغض النظر عن أي شيء ، ما زالوا في الخدمة. ربما لا يمكن العثور على شيء أفضل في نشيد المهمة من أغنية مارك واتني المفضلة من رواية المريخ ) - "البقاء على قيد الحياة" بقلم بي جيز:

المراجع:

الوضع الحالي للمهمة (المسافة والسرعة بالنسبة للأرض ، قراءات المستشعر)
الحالة الحالية لـ DSN (الذي يتواصل حاليًا).
بيانات الأشعة الكونية

صور الأجهزة والصور الملتقطة بها
مقال مفصل حول الأجهزة على galcpase.spb.ru

وصف تصميم الجهاز
وصف نظام الحوسبة
وصف أنظمة الاتصالات لبعض المهمات العلمية (بما في ذلك فوييجرز)