Reisende - Lebenslanger Flug

Start der Voyager 2. August 20, 1977

Heute jährt sich der Start von Voyager 1 zum 40. Mal, und sein Zwillingsbruder Voyager 2 feierte das Jubiläum 16 Tage zuvor. Mit einer einzigartigen Parade von Riesenplaneten (die alle 175 Jahre stattfindet ) gelang es ihnen, unsere Vorstellung vom Sonnensystem umzudrehen und so viele Entdeckungen zu machen, wie kein Apparat vor oder nach ihnen hätte machen können.

Ihr Grund sind : die Entdeckung des ersten Blitzes und des ersten Vulkans außerhalb der Erde; die Entdeckung des ersten Kryovulkans und des einzigen Objekts des Sonnensystems (mit Ausnahme der Erde), auf dessen Oberfläche flüssige Meere existieren können; Entdeckung von 3 Monden Jupiter, 4 Monden Saturn, 11 Monden Uranus und 6 Monden Neptun; Bestimmung der Rekordhalter des Sonnensystems: durch Magnetfeldstärke, Windgeschwindigkeit, Oberflächenalbedo, Masse unter Satelliten; Entdeckung der Grenzen der Stoßwelle und der Heliopause in der Sonnenheliosphäre.

Ohne Übertreibung können wir sagen, dass diese beiden Apparate uns gezeigt haben, dass das Sonnensystem überhaupt nicht so leblos ist, wie es uns schien. Und ebnete den Weg für eine Galaxie neuer Geräte, die studierten, was die Voyager nicht vollständig lernen konnten.

Hintergrund

Im Sommer 1961 begann Michael Minovich , ein Doktorand an der University of California in Los Angeles, nach einer Lösung für das Drei-Körper-Problem zu suchen. Zu diesem Zweck verwendete er die IBM 7090 University - den leistungsstärksten Computer, den es zu dieser Zeit gab. Bis zum Ende des Sommers konnte er feststellen, dass das Raumschiff unter bestimmten Bedingungen der Begegnung mit dem Planeten eine Geschwindigkeitssteigerung erhält und unter anderen Bedingungen verliert. Während eines Praktikums im Jet Propulsion Laboratory (im Folgenden: JPL) im Sommer nächsten Jahres überzeugte er seinen Chef, ihm genauere Daten über die Positionen der Planeten zu geben, und seine Berechnungen wurden bestätigt.



Diese Entdeckung machte Merkur und die damals für die Forschung verfügbaren Riesenplaneten unvollkommen (die Ära der Satelliten begann gerade erst, und die NASA konnte den Betrieb wissenschaftlicher Geräte nicht länger als mehrere Monate garantieren, so dass Riesenplaneten als unerreichbar angesehen wurden). JPL bereitete sich zu diesem Zeitpunkt jedoch intensiv auf das Apollo-Programm vor, und seine Eröffnung erhielt keine angemessene Aufmerksamkeit. Aber bereits nach 10 Jahren werden die von ihm 1963 durchgeführten Berechnungen die Grundlage für die Mariner-10-Missionen (die das zweite Gravitationsmanöver nach dem Mond-3 durchführten) und die Pioneer-10- und 11-Apparate (die zum ersten Mal den Asteroidengürtel überquerten) bilden.

Im Sommer 1964 interessierte sich ein anderer JPL-Praktizierender, Gary Flendro , für die Idee von Minovich, der begann, eine praktische Anwendung für diese Idee zu suchen. Er begann Diagramme der zukünftigen Position der Planeten zu zeichnen und entdeckte bald, dass sich in den späten 70er Jahren alle Planeten hinter dem Asteroidengürtel (einschließlich Pluto) in einem engen Bereich des Himmels versammeln sollten. Dies bot die einmalige Gelegenheit, mit Hilfe von Gravitationsmanövern von einem Planeten auf einen anderen zu „springen“ und sie alle gleichzeitig zu untersuchen (und gleichzeitig die Flugzeit von 13 auf 8 Jahre zu verkürzen, was die Erfolgschancen erhöhte).

Eine solche Chance konnte nicht verpasst werden, und Minovich konnte mit Unterstützung des Präsidentenberaters für Raumfahrtpolitik, Maxwell Hunter, die NASA davon überzeugen, das Big Journey-Programm einzurichten, das den Start von sechs Fahrzeugen entlang der Strecken Jupiter-Saturn-Pluton und Uranus-Neptun-Pluton vorsah. Leider sollte ein solch ehrgeiziges Projekt nicht in Erfüllung gehen: Die allgemeine Kürzung des NASA-Budgets (die zu diesem Zeitpunkt zusammen mit dem Abschluss des Apollo-Programms in vollem Gange war) traf auch dieses Projekt.



Infolgedessen wurde am 1. Juli 1972 das dreimal billigere Projekt Mariner-Jupiter-Saturn 77 bevorzugt, bei dem nur drei Geräte übrig blieben. 1975 wurde auch die Mission von Voyager 3 zu Jupiter und Uranus abgesagt. So wurden Verweise auf Uranus, Neptun und Pluto - vollständig aus dem Programm entfernt und die Dauer des Programms - auf 5 Jahre reduziert.

Die NASA ging jedoch zum Trick: Obwohl beide Geräte offiziell ausschließlich für die Erforschung von Jupiter, Saturn und seinem Satelliten Titan vorgesehen waren, entwarfen die Entwickler der Geräte sie zunächst mit der Erwartung, dass sie die entfernten Planeten in funktionsfähigem Zustand erreichen könnten: die Flugbahn der Voyager-1 war zulässig Wählen Sie bereits während des Fluges zwischen der Forschung von Titan oder Pluto, und Voyager-2, der es versicherte, wenn der Bruder sein Forschungsprogramm ohne Fehler ausarbeitete, konnte sich mit Uranus und Neptun treffen. Während der Vorbereitung des Programms wurden 10.000 mögliche Flugbahnen berücksichtigt, bevor zwei von ihnen zu genehmigten Flugbahnen der Geräte wurden.


13.-15. Dezember 1972 - das erste wissenschaftliche Treffen zum Projekt.

Im Dezember 1972, als Pioneer 10 an Jupiter vorbeiflog, erlitt er eine Computerfehlfunktion, bei der Ios aus nächster Nähe aufgenommene Bilder verloren gingen. Darüber hinaus erhielt das Gerät eine Verdunkelung der Asteroiden- und Meteoritensensoren. Die Ursache für diese Verletzungen waren die Strahlungsgürtel des Jupiter, die sich als 1 Million Mal stärker als die der Erde herausstellten. Die Entwickler standen vor dem akuten Problem des Strahlenschutzes von Geräten, mit dem sie (wie wir jetzt wissen) bemerkenswert gut zurechtkamen. Bereits im März 1977 (sechs Monate vor Einführung der Geräte) wurde beschlossen, den Namen Mariner-Jupiter-Saturn 77 (offiziell als MSJ-77 bezeichnet ) durch etwas Harmonischeres zu ersetzen. So erschienen die Voyager.

Gerätedesign

Jetzt können die Fähigkeiten der Geräte nur noch ein Lächeln hervorrufen, aber zum Zeitpunkt ihrer Entwicklung waren sie der Höhepunkt der Technik: Die ersten Mittel zum Schutz vor Strahlung und elektrostatischen Entladungen wurden in ihnen weit verbreitet eingesetzt. Sie erschienen zuerst als ein System zum automatischen Schutz vor Fehlern und als programmierbare Elektronik im Orientierungssystem. Sie waren die erste Weltraumanwendung von Reed-Solomon-Codes und die Technik, einzelne Funkantennen zu Arrays für die Kommunikation mit Raumfahrzeugen zu kombinieren. Jedes Gerät enthält ungefähr 65.000 Teile, und die Computer in den Geräten enthalten ungefähr 5 Millionen elektronische Komponenten. Der Bau von zwei Voyagern dauerte 5 Jahre, ungefähr 1,5 Tausend Ingenieure und ungefähr 200 Millionen US-Dollar.

In Bezug auf die Kommunikation standen die Geräte immer an vorderster Front: Um die Kommunikation mit ihnen zu beschleunigen, wurden die Funkantennen des NASA-Weltraumkommunikationsnetzwerks (im Folgenden als DSN bezeichnet), die jetzt in allen wissenschaftlichen Projekten der NASA außerhalb der Erdumlaufbahn verwendet werden, modernisiert. Tatsächlich wurden sie zu den „Paten“ der meisten Projekte zur Erforschung von Objekten außerhalb des Asteroidengürtels, sowohl im Hinblick auf die Kommunikation als auch auf die wissenschaftliche Rechtfertigung künftiger Projekte.



Kommunikationssystem: Da die Entwickler ursprünglich berechneten, dass ihre Geräte die äußersten Grenzen des Sonnensystems erreichen sollten, nehmen Antennen einen wichtigen Platz in den Geräten ein: Ihr Durchmesser beträgt 3,66 m und sie selbst bestehen aus einem Aluminiumkern, der mit einer Mischung aus Graphit und Epoxid beschichtet ist.



Befehle von der Erde werden im S-Funkband an einen der beiden doppelten Empfänger übertragen, und X-Band- Sender werden auch zum Übertragen von Daten zur Erde verwendet. Ein S-Sender und beide X-Sender verwenden Wanderwellenröhren als Verstärker. Die Leistung der Verstärker beträgt 9,4 und 21,3 W, während jeweils nur einer der Empfänger oder Sender arbeiten kann.

Ursprünglich war das Kommunikationssystem für die Übertragungsgeschwindigkeit von 115,2 kbit / s für Jupiter und 44,8 kbit / s für Saturn mit einer Wahrscheinlichkeit von Bitfehlern von 5 * 10 ^-3 (bereitgestellt durch Reed-Solomon- Korrekturcodes) ausgelegt. Für die Kommunikation zwischen Uranus und Neptun sank die Kommunikationsgeschwindigkeit immer noch, und die Bildübertragung erforderte eine Komprimierung, so dass Datenübertragungsfehler noch kritischer wurden und Faltungscodes zusätzlich zu den Reed-Solomon-Codes hinzugefügt wurden (dies ergab eine Bitfehlerwahrscheinlichkeit von 10 bis ⁶ mit einer kleinen zunehmende rechnerische Komplexität).

Die Energiequelle bestand aus drei thermoelektrischen MHW- Generatoren (ähnliche wurden nur bei LES 8/9- Satelliten verwendet) mit einem Durchmesser von 40,6 cm und einer Länge von 51 cm. Jeder von ihnen wiegt 37,7 kg (einschließlich etwa 4,5 kg) Plutonium-238), und die Leistung betrug zu Beginn mehr als 156 Watt (bei etwa 2,4 kW thermischer Leistung).

Aussehen:



Und Design:



Das Orientierungssystem umfasst 16 Einkomponenten-Orientierungsmotoren (die an der Hydrazin-Zersetzung arbeiten) mit einem Schub von jeweils nur 85 Gramm; drei Gyroskope mit einer Genauigkeit von einem Zehntausendstel Grad (von denen eines ein Ersatz war); Canopus- und Sonnensensoren (die sich im Antennenloch befanden):



Ein Computer besteht aus drei separaten duplizierten Computern. Der erste von ihnen (CCS) übernimmt eine Teamrolle und überwacht den Status der Geräte (er ist identisch mit dem im Viking-Programm verwendeten ). Das andere (Flight Data System - FDS) übernimmt die Aufgaben der Bildung und Übertragung von Telemetrie (es wurde speziell für Geräte entwickelt). und das dritte (Attitude and Articulation Control System - AACS) steuert das Orientierungssystem und die Plattform mit wissenschaftlichen Instrumenten.



"64 0 Kilobyte sind genug für alle", dachten die Entwickler und machten den Speicher der Geräte aus 4 Tausend 18-Bit-Wörtern (ca. 69,63 KB). Der Master-Oszillator des Prozessors arbeitet mit einer Frequenz von 4 MHz, aber die Taktfrequenz des Prozessors selbst beträgt nur 250 kHz, während er nur 8.000 Operationen pro Sekunde ausführen kann. Zum Zeitpunkt des Starts der Geräte war von den verfügbaren viertausend Wörtern - nur zwei blieben frei, aber während des Durchgangs von Uranus und Neptun - die Situation noch schlimmer, da der Code in dieses Volume verschoben werden musste, um Unregelmäßigkeiten bei der Drehung der Voyager-2-Plattform zu korrigieren.

Aufnahmegerät: Es handelt sich um ein Tonbandgerät mit Riemenantrieb und einem Magnetband mit einer Breite von 12,7 mm und einer Länge von 328 m. Die Bandbreite ist in 8 Streifen unterteilt, von denen jeweils nur einer gelesen werden kann. Die Gesamtspeicherkapazität beträgt 536 Millionen Bit (ca. 63,9 MB) - dies reicht aus, um 100 Fotos von Fernsehkameras aufzunehmen. Die Schreibgeschwindigkeit beträgt 115,2 und 7,2 kbit / s, und die Lesegeschwindigkeit beträgt 57,6; 33,6; 21,6 und 7,2 kbps.



Software: im wiederbeschreibbaren Speicher gespeichert, und diese Gelegenheit wurde während der Mission unzählige Male genutzt, um die Leistung zu verbessern und Fehler zu beheben. Ursprünglich wurde der gesamte Code für die Geräte in Fortran 5 geschrieben, dann wurde er nach Fortran 77 portiert, und im Moment wurde ein Teil davon nach C portiert, während der andere Teil auf Fortran verbleibt. Die Geräte verfügen über 7 Routinen, die für die Behebung vieler möglicher Fehler verantwortlich sind. Nach dem Flug von Neptun im Jahr 1990 wurde der Code neu geschrieben, sodass die Geräte weiterhin Daten zurücksendeten, auch wenn die Geräte keine Befehle von der Erde empfangen konnten.

Wissenschaftliche Ausrüstung: 11 Instrumente mit einem Gewicht von 105 kg, von denen sich die meisten auf einer 2,3 m langen Plattform auf der dem RTG gegenüberliegenden Seite befinden (um sie vor Strahlung zu schützen). Das Gesamtgewicht der rotierenden Plattform beträgt 103 kg und die Genauigkeit ihrer Positionierung liegt über einem Zehntel Grad. Der Plattformmotor dreht sich im Verhältnis 1/9000, so dass er zum Zeitpunkt von Neptuns Spannweite in 12 Jahren 5 Millionen Umdrehungen gemacht hatte - ohne Ausfälle und ohne Wartung.

Die Geräte bieten Platz für zwei Kameras mit einem engen und weiten Betrachtungswinkel (3 ° und 0,4 °) und einer Auflösung von 800 Zeilen. Gleichzeitig reicht die Schärfe der Engwinkelkamera aus, um die Zeitung aus einer Entfernung von 1 km zu lesen. Magnetometer mit hoher und niedriger Empfindlichkeit werden an einem 13 Meter langen Glasfaserausleger angebracht (zur Untersuchung der Magnetfelder von Planeten und des Sonnenwinds). ihre Positioniergenauigkeit beträgt 2 °.

Infrarot- und Ultraviolett-Spektrometer (zur Messung der Temperatur und der atmosphärischen Zusammensetzung), Photopolarimeter (zur Messung der Textur und Dichte von Atmosphären), Plasmaspektrometer (zur Messung von Ionen und Elektronen in der Umgebung), Niedrigenergie-Detektor für geladene Teilchen (zur Messung der Bewegungsrichtung von Ionen und Elektronen) ), einen Empfänger von Plasmawellen (zur Messung der Dichte und Wellen im umgebenden Plasma), einen Detektor für kosmische Strahlung und ein System, das ein Standardkommunikationssystem verwendet, um das Medium zwischen dem Gerät und der Erde zu untersuchen. Sowie das Radio, das "Symphonie der Planeten" gemacht wurde.



Niedrigenergieladen-Detektor: Er enthält einen Schrittmotor, mit dem der Detektor um 360 ° gedreht werden kann. Es wurde für 500.000 Schritte getestet (damit es den Saturn erreichen kann), jetzt hat es bereits mehr als 6 Millionen Schritte abgeschlossen.

Goldene Aufzeichnungen : Auf ihnen befinden sich Aufzeichnungen von Beethoven, Mozart, Strawinsky und dem blinden Willie Johnson (die allgemeine Liste ist hier , aber Sie können sie hier anhören); 116 Bilder der Erde, Menschen und Tiere; Aufzeichnungen der Geräusche von Wind, Donner, Gesang einiger Vögel und Tiere; Aufzeichnungen von Grüßen in 55 Sprachen und ein Aufruf von Jimmy Carter (der zu dieser Zeit Präsident der Vereinigten Staaten war); sowie die Position unseres Sonnensystems relativ zu 14 Pulsaren. Auf der Rückseite befindet sich eine Anleitung zum Aufzeichnen von Daten.


Die Vorderseite mit Notizen und die Rückseite mit Anweisungen

Starten Sie ... und die ersten Probleme

Der Start der Voyagers erforderte den Einsatz der stärksten Rakete, die es zu dieser Zeit bei der NASA gab: die 633 Tonnen schwere Titan IIIE- Trägerrakete mit fünf Geschwindigkeiten, die von vier verschiedenen Kraftstoffkomponenten angetrieben wurde: Das Gaspedal und der zweite Boosterblock waren feste Brennstoffe (jedoch mit unterschiedlicher Zusammensetzung), die erste und die zweite Die Stufen wurden mit Aerosin und Diazot-Tetroxid gefüllt, und der Centaurus- Sauerstoff-Wasserstoff-Booster-Block spielte die Rolle der dritten Stufe.

Nur wenige Menschen wissen, dass die gesamte Mission im ersten Monat in einem riesigen Fiasko enden könnte. Zu Beginn von Voyager 2 funktionierten die ersten 4 Stufen perfekt: Die Startrakete arbeitete planmäßig 468 Sekunden lang, und der Zentaur, der sich 4 Sekunden nach der Trennung einschaltete, nachdem er für den 101-Sekunden-Satz dafür gearbeitet hatte, übertrug das Gerät in die Parkbahn. Nach 43 Minuten schaltete er sich wieder ein und schaltete nach 339 Sekunden Arbeit den Festbrennstoff-Boosterblock Star-37E mit Voyager-2 auf die Startbahn um. Als nächstes wurde der Bordcomputer Voyager-2 in Betrieb genommen, der die Beschleunigungseinheit enthielt, die nach 89 Sekunden das Gerät auf die Flugbahn des Treffens mit Jupiter brachte.

Die Trennung von Voyager-2 und Star-37E mit dem anschließenden Öffnen der Stangen des Geräts verlief jedoch nicht so reibungslos, wie wir es uns wünschen: Unmittelbar nach diesen Manipulationen begann sich das Gerät zu drehen, und 16 Sekunden nach der Trennung des Haupt-AACS weigerte es sich überhaupt zu arbeiten (da beide CCS übertragen wurden ihm gleichzeitig ein Team zur Vorbereitung von Orientierungsmotoren). Dies rettete letztendlich das Gerät, da das zweite AACS keine Informationen von Gyroskopen hatte und er begann, sich von Grund auf neu zu orientieren. Es war möglich, die Orientierung durchzuführen, aber es dauerte 3,5 Stunden, und die Probleme endeten nicht dort: Die Instrumentendaten besagten, dass einer der Stäbe nicht vollständig offenbart wurde. Es wurde beschlossen, die Stange so zu schieben, dass sie durch Drehen des Geräts mit Orientierungsmotoren zusammen mit dem Schießen der IRIS-Spektrometerabdeckung einrastet. Der Voyager-2-Computer stornierte diesen Befehl jedoch als gefährlich. Trotzdem konnte bis zum 1. September festgestellt werden, dass die Bar tatsächlich vorhanden ist, und nach den Startkontrollen durchgeführt werden, sodass das Voyagers-Team zwischen dem Transfer von Voyager-2 in den Winterschlaf und dem Start von Voyager-1 mehrere Tage Pause hatte.

Im Gegensatz dazu war zu Beginn der Voyager 1 die Trennung und der Betrieb der Boosterblöcke einwandfrei, aber das Auslaufen des Oxidationsmittels in der zweiten Stufe des Titan IIIE führte dazu, dass es früher abschaltete als es sollte und die Trägerrakete dem Centaurus nicht so viel wie 165,8 m / s gab. Der Computer der oberen Stufe erkannte eine Fehlfunktion und verlängerte die Betriebszeit beim Betreten der Parkbahn. Der zweite Start des Kraftstoffs reichte jedoch für die obere Stufe: Zum Zeitpunkt des Abstellens der Motoren hatte der Centaurus nur noch 3,4 Sekunden Kraftstoff. Wenn Voyager-2 mit dieser Rakete fliegen würde, würde der Beschleunigungsblock herunterfahren, ohne die erforderliche Geschwindigkeit zu erreichen (beim Verlassen der Erde hätte die Geschwindigkeit von Voyager-2 15,2 km / s betragen müssen, während die Geschwindigkeit von Voyager-1 nur 15 betrug). 1 km / s).

Am 18. September machte Voyager-1 während der Kalibrierung der Instrumente ein gemeinsames Foto von Erde und Mond auf einmal ( zum ersten Mal unter automatischen Geräten). Die Entfernung zur Erde betrug bereits 11,66 Millionen km:



Am 10. Dezember betraten beide Fahrzeuge den Asteroidengürtel und 9 Tage später (immer noch darin) überholte Voyager-1 Voyager-2 auf dem Weg zu ihrem ersten gemeinsamen Ziel (dies geschah aufgrund einer sanfteren Flugbahn von Voyager-1). So hatte er Jupiter bereits vor seinem Mitmenschen erreicht, und da die Schöpfer der Geräte dies wussten, gingen sie zu ihrer seltsamen Nummerierung.

Am 23. Februar 1978 blockierte die Drehplattform Voyager 1 in einer Position. Am 17. März wurde diese Fehlfunktion mit Hilfe vorsichtiger Hin- und Herbewegungen der Plattform behoben.

Im Sommer 1978 wurde Voyager-2 mehrmals vergessen, ein Testsignal zu senden, und eine Woche später (als das Messgerät zu Ende ging) betrachtete das Gerät den primären Sender als außer Betrieb und wechselte zu einem Ersatzsender. Als die Bediener dies bemerkten, gaben sie dem Gerät den Befehl, zum Hauptsender zu wechseln, aber das Gerät war völlig geräuschlos: Während des Schaltens der Sender trat ein Kurzschluss auf, und beide Sicherungen am Hauptsender fielen aus.Der zweite Sender hatte etwas mehr Glück: Der Gegenkondensator (der für die Frequenzeinstellung verantwortlich ist) fiel aus, blieb aber betriebsbereit.

Von diesem Moment bis jetzt - um mit Voyager-2 zu kommunizieren, müssen Sie die genaue Frequenz der Signalübertragung unter Berücksichtigung der Geschwindigkeit des Raumfahrzeugs, der Bewegung der Erde um die Sonne und sogar der Temperatur des Empfangsgeräts innerhalb des Raumfahrzeugs berechnen (da seine unerklärliche Änderung nur 0,25 ° C beträgt führt dazu, dass die Verbindung zum Gerät verschwindet).

Annäherung an Jupiter

Die Signalverzögerung während der Kommunikation der Geräte während des Durchgangs des Jupiter sollte bereits 38 Minuten betragen haben, daher musste alles im Voraus vorbereitet werden: Wenn sich die Wissenschaftler in der Position der Kameras um einige Bruchteile eines Grades irren würden, würde das Gerät anstelle von Jupiter und seinen Satelliten grenzenlosen Raum einnehmen. Daher wurde das Software-Update zur Erhöhung der Bildschärfe Ende August 1978 auf die Geräte heruntergeladen und das Flugprogramm der Geräte einige Tage im Voraus erstellt.

Voyager 1 begann am 6. Januar 1979 im Abstand von 2 Stunden mit den ersten Bildern von Jupiter, und ihre Auflösung überstieg sofort die Auflösung aller zu diesem Zeitpunkt verfügbaren Fotos von Jupiter. Seit dem 30. Januar wechselte das Gerät im Abstand von 96 Sekunden zum Fotografieren und begann am 3. Februar mit der Aufnahme von 2x2-Mosaikbildern (da die Größe des Jupiter größer als die Auflösung wurdeKameras). Seit dem 21. Februar wechselte er zum 3x3-Mosaik und die maximale Annäherung an Jupiter erfolgte am 5. März.


Bilder von Jupiter im Abstand von einem jovianischen Tag (10 Stunden) vom 6. Januar bis 3. Februar 1979 von Voyager 1.

Zusätzlich zu den Bildern von Jupiter machte die Voyager 1 Fotos von ihren Ringen und Satelliten, unter denen sich eine erstaunliche Vielfalt an Oberflächen befand. Am 27. Februar begannen die täglichen Pressekonferenzen von JPL, auf denen der Presse neue Entdeckungen vorgestellt wurden. Sie endeten erst am 6. März, als offiziell bekannt gegeben wurde, dass Voyager 1 über Jupiter flog.

"Ich denke, wir haben in diesem zweiwöchigen Zeitraum mehr als ein Jahrzehnt lang Entdeckungen gemacht", sagte Edward Stone auf der letzten Konferenz.

Es wurde jedoch schnell klar, dass dies nicht alles war: Voyager-1 flog bereits vom System weg und machte eine Momentaufnahme von Io aus 4,5 Millionen km Entfernung, die enthüllte, was von den Nachbearbeitungsfiltern als nutzloses Rauschen verworfen worden war: Linda Morabito konnte es erkennen Bilder von Aschewolken, die bis zu einer Höhe von 260 km aufsteigen, was eindeutig auf vulkanische Aktivität hinweist (in diesem Fall ist ein weiterer Ausbruch am Terminator direkt unter der Mitte des Fotos sichtbar). So wurde der Schuldige einer solch großen Aktivität der Strahlungsgürtel des Jupiter identifiziert - es stellte sich heraus, dass es sich um Io handelte.



Voyager 2 kam Jupiter am 9. Juli so nahe wie möglich, und obwohl der frischeste an seinen Kollegen ging und die Betreiber ihn doppelt so weit von Jupiter wegführten (um ihn zu schützen), blieb das zweite Gerät nicht ohne Entdeckungen: Er entdeckte 3 neue Satelliten und einen neuen Jupiters Ring. Aus Ios Fotografien (mit denen er nur 1 Million km entfernt wurde) konnte festgestellt werden, dass sich die Oberfläche des Satelliten verändert hatte, so dass Ios Vulkane zwischen den Flügen der Voyager weiterhin aktiv waren. Bilder von Europa (aufgenommen aus 206.000 km Entfernung) zeigten eine überraschend glatte Oberfläche des Eises, die nur an einigen Stellen durch Risse unterbrochen wurde. Insgesamt Hilfen erhielten fast 19.000. Von Bildern von Jupiter, seine Ringe und Satelliten.



Bilder von Europa, aufgenommen von interessierten Wissenschaftlern der Voyager-1, und die Kameras des zweiten Apparats wurden gesendet, um seine Oberfläche genauer zu untersuchen. Die damaligen Daten reichten jedoch nicht aus, um das Vorhandensein eines unterirdischen Ozeans in Europa zu bestätigen, einschließlich des Galileo-Raumfahrzeugs , um diese Theorie zu bestätigen .

Annäherung an Saturn

Saturn erwies sich als ein sehr kalter, aber turbulenter Planet: Die Temperatur der oberen Schichten seiner Atmosphäre betrug -191 ° C, und nur am Nordpol stieg die Temperatur auf + 10 ° C; aber die Winde tobten dort - erreichten 1800 km / h im Äquator. Bilder von Voyager 1 zeigten, dass die Umlaufbahn von Enceladus durch die dichtesten Regionen des verdünnten Saturn-E-Rings verläuft.

Das erstaunlichste Objekt im System war jedoch Mimas, von dem aus das Gerät 88,44 Tausend km flog: Der Satellit mit einem Durchmesser von 396 Kilometern ähnelte überraschenderweise dem Todesstern aus Star Wars mit seinem 100 Kilometer langen Krater (die fünfte Episode erschien in nur sechs Monaten) vor dem Flug der Voyager-1 des Saturn):



Das letzte Ziel von Voyager 1 war Titan, der zu dieser Zeit als der größte Satellit im Sonnensystem galt. Der Flug des Geräts, nur 6490 km von seiner Oberfläche entfernt, brachte beinahe sensationelle Neuigkeiten: Aktualisierte Schätzungen seiner Masse besagten, dass die Krone des größten Satelliten im Sonnensystem Titan zugunsten von Ganymed übergeben werden müsste. Die Atmosphäre des Titanen erwies sich jedoch als noch überraschender: Im Gegenteil, er erwies sich als dichter als berechnet, und zusammen mit Schätzungen seiner Zusammensetzung und Temperatur bedeutete dies, dass Seen und Meere mit flüssigen Kohlenwasserstoffen auf seiner Oberfläche existieren konnten.

Nach dem Saturn gingen die Wege der Apparate auseinander: Die Annäherung an Titan wurde der Voyager-1 zu einem günstigen Preis gegeben - er verließ die Ekliptikebene und konnte die Planeten nicht mehr weiter untersuchen. Glücklicherweise spielte Voyager 1 seine Rolle „ausgezeichnet“, sodass Voyager 2 nicht zu einem Treffen mit Titan umgeleitet werden musste, und machte sich (bereits alleine) auf den Weg, um die Big Tour fortzusetzen.

Der Flug der Voyager 2 am Saturn am 26. August 1981 blieb ebenfalls nicht ohne Entdeckungen: Es stellte sich heraus, dass die Oberfläche von Enceladus sehr glatt ist und fast keine Krater enthält (das heißt, sie ist sehr jung). Eine solche Eisfläche verschaffte Enceladus einen Platz im Sonnensystem als Albedo- Champion (es war 1,38). Dies sicherte auch den Titel des „kältesten“ Saturn-Satelliten - die Temperatur stieg dort auch mittags nicht über -198 ° C.

Bei Nahaufnahmen spalteten sich die Saturnringe in unzählige kleine Ringe. Es gab so viele von ihnen, dass der Leiter des Visualisierungsteams, Bradford Smith, sie während der täglichen Pressekonferenz zum Zählen warf und Reporter einlud, dies selbst zu tun.



Insgesamt wurden etwa 16.000 Schnappschüsse des Systems erhalten. Nach dem Durchgang des Saturn blockierte die Plattform mit wissenschaftlicher Ausrüstung bereits auf der Voyager-2. Wie durch ein Wunder geschah dies nach dem Durchgang des Saturn-Systems, und nur wenige Tage später konnte festgestellt werden, dass sich die Plattform mit erhöhtem Motorschub widerstrebend drehte (anscheinend war die Schmierung beendet), so dass die Mission Voyager 2 fortgesetzt werden konnte.

Uranus, Neptun und darüber hinaus

Um die Kommunikation mit Voyager 2 zu beschleunigen, verband Uranus eine 64-Meter- und zwei 26-Meter-Platten des DSN-Netzwerks zu einem einzigen Netzwerk. Dies wurde zum ersten Mal durchgeführt, um die Datenübertragung zu beschleunigen, da die Kameras des Geräts Tausende von Bildern des Uranus-Systems aufnehmen mussten und nur hundert von ihnen über genügend Speicher verfügten, sodass sich das Kommunikationssystem als Engpass herausstellte.

Vor dem Treffen von Voyager 2 mit Uranus am 24. Januar 1986 war fast alles, was über ihn bekannt war, dass es sich „auf der Seite“ dreht, 9 Ringe und 5 Satelliten hat (selbst der Zeitraum seiner Verbreitung war unbekannt). Während des Durchgangs des Geräts verdreifachte sich die Anzahl der Satelliten auf einmal, und zwei neue wurden zu den Ringen hinzugefügt, während sie sich von denen von Jupiter und Saturn unterschieden: Die Daten zeigten, dass sie jünger als der Planet waren und sich offenbar infolge der Zerstörung von Satelliten durch Gezeitenkräfte gebildet hatten .

Die Dauer des uranischen Tages betrug 17 Stunden und 12 Minuten, und das Klima war überhaupt nicht heiß: Die durchschnittliche Temperatur in der Atmosphäre betrug -214 ° Celsius und wurde überraschenderweise fast genau auf der gesamten Oberfläche vom Äquator bis zu den Polen gehalten. Die überraschendste Entdeckung war jedoch, dass Uranus ein 60-mal größeres Magnetfeld als das der Erde hat, das etwa ein Drittel des Radius vom Mittelpunkt des Planeten beträgt und um bis zu 60 ° von der Rotationsachse abweicht (für die Erde beträgt diese Zahl nur 10 °). Solch ein seltsames Verhalten wurde bisher in keinem Körper des Sonnensystems aufgezeichnet.



Nicht weniger seltsam war der nächste Satellit von Juran - Miranda . Dieser unregelmäßig geformte Satellit mit nur 235 km Durchmesser hatte vielleicht die erstaunlichste Oberfläche unter allen Objekten des Sonnensystems: Einige Teile des Satelliten waren dicht mit Kratern übersät, andere hatten sie fast nicht, waren aber mit Netzwerken tiefer Schluchten und Felsvorsprünge übersät. Alles auf der Oberfläche von Miranda sprach über die aktive und ungewöhnliche geologische Geschichte des Satelliten:



Um mit Neptune Voyager 2 zu kommunizieren, der nach dem 25. August 1989 flog, reichten selbst diese Tricks nicht aus, und die 64-Meter-DSN-Platten in Goldstone (Kalifornien), Madrid (Spanien) und Canberra (Australien) wurden auf beeindruckende 70 Meter aufgerüstet. und 26-Meter-Platten "wuchsen" auf einen Durchmesser von 34 Metern.


Goldstone Plate Modernisierung

"In gewisser Weise sind DSN und Voyagers zusammen aufgewachsen", sagt DSN-CEO Suzanne Dodd .

Neptun war der letzte Planet, den Voyager 2 treffen sollte, und so wurde beschlossen, dem Planeten unglaublich nahe zu kommen - nur 5.000 km von seiner Oberfläche entfernt (es waren weniger als drei Flugminuten mit der Geschwindigkeit des Geräts). Und die vom Gerät übertragenen Daten waren es wert: In der Mitte von Neptuns Fotografien befand sich ein „großer dunkler Fleck“, dessen Abmessungen doppelt so groß waren wie die der Erde, was ein atmosphärischer Antizyklon war. Es war kleiner als der große rote Fleck des Jupiter, aber es war immer noch ein Rekord: Die Windgeschwindigkeit um den Fleck erreichte 2400 km / h!



In Neptuns Zeitspanne beliefen sich die Projektkosten auf 875 Millionen US-Dollar, aber 30 Millionen US-Dollar für die ersten zwei Jahre der erweiterten interstellaren Mission wurden ohne zu zögern zugewiesen, und die Mission benötigte bereits ein viertes Emblem:



Am 10. Oktober und 5. Dezember 1989 wurden die Voyager-2-Kameras dauerhaft ausgeschaltet, und am 14. Februar 1990 machte die Voyager-1 ihre letzten Bilder, die als "Familienporträt" bezeichnet wurden : Sie zeigen alle Planeten des Sonnensystems mit Ausnahme von Merkur und Mars (Licht) von denen es zu schwach ist, um auf Kameras unterschieden zu werden). Am selben Tag wurden die Kameras und das zweite Gerät ausgeschaltet.


Aufnahmeschema:


Unter diesen Fotografien befindet sich eine Fotografie unserer Erde, die Karl Sagan seit vielen Jahren besonders angefordert hat. Mit seiner Hand wurde sie der „hellblaue Punkt“ genannt :



Erde auf der roten Linie rechts unterhalb der Bildmitte. Die Abmessungen der Erde auf diesem Foto betragen 0,12 Pixel. Der einzige Grund, warum es immer noch irgendwie unterscheidbar ist, ist, dass es genug Licht reflektiert, um vor dem Hintergrund der Dunkelheit des Raumes wahrgenommen zu werden.


Anfänglich befürchteten die Projektmitarbeiter, dass die Kameras der Voyager durch das Licht der Sonne beschädigt werden könnten, das aus einer solchen Entfernung zu nahe an der Erde war (Voyager-1 war zu dieser Zeit etwas weiter als 6 Milliarden km von der Erde entfernt) - tatsächlich sind die Linien auf diesem Foto so mal blenden von der sonne. 1989 wurde die Entscheidung getroffen, Fotos zu machen, aber die Kamerakalibrierungen wurden verzögert (da die DSN-Platten damit beschäftigt waren, Informationen von Voyager 2 zu erhalten, der Neptun fliegt). Danach gab es Probleme mit der Tatsache, dass es den Voyagern bereits gelungen war, das an der Verwaltung der Kameras beteiligte Personal auf andere Projekte zu übertragen. Um die Idee eines "Familienporträts" auf den Weg zu bringen, hatte sogar der damalige Chef der NASA - Richard Truly .

Am 17. Februar 1998 wurde Voyager 1 das am weitesten entfernte Objekt, das vom Menschen geschaffen wurde, und schlug Pioneer 10 in diesem Rang. Leider waren die Pioneers-10 und 11 nicht dazu bestimmt, Informationen über die Grenzen der Sonnenheliosphäre zu übertragen: Der Pioneer-11 versagte beim Sonnensensor, was dazu führte, dass er sich im Weltraum „verirrte“ und die Richtung seiner spitzen Antenne zur Erde nicht beibehalten konnte (dies geschah) 30. September 1995 in einer Entfernung von 6,5 Milliarden km). Der Pioneer 10 arbeitete bis zu seinen letzten Reserven, aber am Ende konnten selbst riesige DSN-Platten sein Schwächungssignal nicht empfangen, und die Kommunikation mit ihm ging am 23. Januar 2003 in einer Entfernung von 11,9 Milliarden km verloren.

Im Februar 2002 trat Voyager-1 in die Schockwelle der Sonnenheliosphäre ein und überquerte sie am 16. Dezember 2004 zum ersten Mal unter künstlichen Geräten. Am 30. August 2007 überquerten ihr Bruder und sein Bruder es und am 6. September wurde das Aufnahmegerät auf Voyager 2 ausgeschaltet.

Am 31. März 2006 konnte ein Funkamateur aus Bochum (Deutschland) Daten von Voyager-1 unter Verwendung einer 20-Meter-Platte unter Verwendung der Signalakkumulationstechnik empfangen. Der Empfang der Daten wurde an der DSN-Station in Madrid bestätigt.

Am 13. August 2012 brach Voyager 2 den Rekord für die Dauer des Raumfahrzeugs. Dies war die Aufzeichnung von Pioneer 6, das 12.758 Tage im Weltraum arbeitete - obwohl es möglich ist, dass es noch betriebsbereit ist (sie haben nicht versucht, es am 8. Dezember 2000 zu kontaktieren). Vielleicht entscheiden sich einige Enthusiasten, ihn zu kontaktieren, und er wird den Titel des am längsten lebenden Raumschiffs wiedererlangen? Wer weiß…

Am 22. April 2010 wurden auf der Voyager 2 Probleme mit wissenschaftlichen Daten entdeckt. Am 17. Mai fand JPL heraus, warum sich herausstellte, dass sich das Speicherbit in einem Thyristor-Snap-Zustand befand. Am 23. Mai wurde die Software so umgeschrieben, dass dieses Bit nie verwendet wurde.

Am 25. August 2012 überquerte Voyager 1 die Heliopause (Bestätigung wurde am 9. April 2013 erhalten) und landete in einem interstellaren Medium. Voyager 2 wird seinem Gefährten bald bis zu dieser „letzten Grenze“ folgen.



Angaben zur Dichte der kosmischen Strahlung von Voyager 1 (oben) und Voyager 2 (unten).

Wie aus den Grafiken ersichtlich ist, haben beide Voyager bereits die Heliolayer betreten, die das Sonnensystem vom interstellaren Medium trennt, und Voyager-1 hat es bereits geschafft, daraus herauszukommen. Die Peaks am Anfang der Diagramme zeigen eine erhöhte Strahlung bei Jupiter (assoziiert mit seinem aktiven Satelliten Io ) und Saturn. Es wurde angenommen (gemäß der anfänglichen 5-Jahres-Mission), dass die Hälfte der Strahlungsdosis der Voyager vom fliegenden Jupiter empfangen würde.

Aktueller Status

Das anfängliche Flugprogramm ist auf fünf Jahre ausgelegt - sie haben bereits das Achtfache überschritten (dies ist jedoch 53-mal weit vom aktuellen Opportunity- Rekord entfernt, der immer noch funktioniert). Die Voyager-Geschwindigkeiten betragen 17,07 km / s bzw. 15,64 km / s. Ihre Masse (nach Verwendung eines Teils des Kraftstoffs) beträgt 733 und 735 kg. Etwa 73% des Plutonium-238 verbleiben in den RTGs, aber die Ausgangsleistung der Stromversorgungsvorrichtungen verringerte sich auf 55% (unter Berücksichtigung der Verschlechterung der thermoelektrischen Generatoren ) und betrug 249 W gegenüber den anfänglichen 450.

Von den ursprünglichen 11 Geräten sind nur noch 5 eingeschaltet: MAG (Magnetometer), LECP (Detektor für geladene Teilchen mit niedriger Energie), CRS (Detektor für kosmische Strahlung), PLS (Plasmadetektor), PWS (Plasmawellenempfänger). Schließen Sie bei Voyager 1 regelmäßig ein weiteres UVS (Ultraviolett-Spektrometer) ein.


Mitglieder der Voyager Mission am 22. August 2014

Die Zukunft der Geräte

Im Moment kämpft das Team der "Voyager" um die Überlebensfähigkeit der Geräte und versucht, das Maximum aus der verfügbaren Energie für den Betrieb wissenschaftlicher Geräte und ihrer Heizungen herauszufinden. Dieser Prozess wird am besten von Susanna Dodd beschrieben:

"Die Entwickler sagen: 'Dieses System verbraucht 3,2 Watt.' In Wirklichkeit verbraucht es 3 Watt, aber sie sollten während des Entwicklungsprozesses konservativ sein, wenn sie das Gerät bauen. Jetzt sind wir an dem Punkt in der Mission, an dem wir versuchen, überschüssige Reserven loszuwerden und reelle Zahlen zu erhalten. “

In naher Zukunft sollten Gyroskope an den Geräten ausgeschaltet werden, und ab 2020 müssen einige wissenschaftliche Instrumente ausgeschaltet werden. Die Teammitglieder wissen noch nicht, wie sie sich unter den Bedingungen der wilden Kälte des Weltraums verhalten werden (da es keine überlebenden Ersatzfahrzeuge oder sogar ihre einzelnen Werkzeuge gab, die in der Druckkammer überprüft werden konnten). Möglicherweise bleiben die Geräte beim Ausschalten ihrer Heizungen betriebsbereit, und dann kann der Moment des Trennens der letzten Geräte von 2025 bis 2030 verzögert werden.

Es wird geschätzt, dass Voyager 2 innerhalb eines Jahrzehnts über die Heliosphäre hinausgehen sollte. Das genaue Datum kann nicht genannt werden, da die Heliosphäre nicht perfekt kugelförmig ist, sondern unter dem Einfluss äußerer Kräfte des interstellaren Mediums verlängert wird . Voyager 2 sollte also genügend Zeit haben, um aus der Schockwelle herauszukommen, um interstellare Materie zu untersuchen (an einem anderen Punkt als sein Gefährte) und damit sogar seine neueste Entdeckung - die Form der Sonnenheliosphäre - zu ermöglichen.

Voyager 1 sollte sich bis 2027 um ein Tageslicht von der Erde entfernen und Voyager 2 bis 2035. Nach 2030 wechseln die Geräte in den Beacon-Modus (ohne die Stromversorgung, um den Betrieb ihrer Geräte zu unterstützen) und arbeiten bis 2036 auf diese Weise. Danach werden sie für immer heruntergefahren. Daher müssen die Geräte im Alter von 48 bis 53 Jahren "in den Ruhestand gehen" und bis zum Alter von 59 Jahren "überleben".

Voyager-1 wird an einen Punkt mit Koordinaten von 35,55 ° ekliptischer Breite und 260,78 ° ekliptischer Länge gesendet und sollte nach 40.000 Jahren näher an 1,6 St. kommen. Jahre mit dem Stern AC +79 3888 des Sternbildes Giraffe (dieser Stern nähert sich wiederum der Sonne und befindet sich zum Zeitpunkt des Fluges Voyager 1 in einer Entfernung von 3,45 Lichtjahren von uns). Ungefähr im gleichen Moment nähert sich die Voyager 2 (in Richtung -47,46 ° ekliptischer Breite und 310,89 ° ekliptischer Länge) dem Stern Ross 248 in einer Entfernung von 1,7 St. Jahre, und nach 296 Tausend Jahren wird es nach 4.3 St. fliegen. Jahre von Sirius .

Projektmanager

1972 in Caltech und 2017 in einem Interview an der KAUST University

Edward Stone ist ein ständiger Projektmanager, der seine Karriere als Astrophysiker 1961 mit Experimenten zur Erforschung der kosmischen Strahlung begann. Ab 1967 wurde er ordentlicher Professor für Caltech, 1976 Professor für Physik und von 1983 bis 1988 Vorsitzender der Abteilung für Physik, Mathematik und Astronomie dieses Instituts. Von Ende der 80er bis 2007 war er Vorsitzender des Verwaltungsrates des Keck-Observatoriums . Von 1991 bis 2001 war er Leiter der JPL, 1996 wurde der Asteroid Nr. 5841 nach ihm benannt. Jetzt ist er weiterhin Geschäftsführer des 30-Meter-Teleskops und Lehrer von Caltech (seit 1964).

Nachwort

"Wir haben es immer abgelehnt, eine Mission zu verlieren", sagt Suzanne Dodd

Diese Geräte, die während der Veröffentlichung der 4. Episode von Star Wars und Close Encounters of the Third Degree gestartet wurden, überlebten Dutzende von Fehlfunktionen und 40 Jahre im Vakuum bei einer Temperatur knapp über dem absoluten Nullpunkt. Oft wurde ihre Mission in Frage gestellt - noch vor ihrem sofortigen Start. Und egal was passiert, sie bleiben immer noch in Betrieb. Vielleicht ist in der Missionshymne nichts Besseres zu finden als Mark Watneys Lieblingslied aus dem Mars-Roman ) - "Stayin 'living" von Bee Gees:

Referenzen:

Der aktuelle Status der Mission (Entfernung und Geschwindigkeit relativ zur Erde, Sensorwerte)
Der aktuelle Status des DSN (mit dem gerade kommuniziert wird).
Daten zur kosmischen Strahlung

Fotos von Geräten und von ihnen aufgenommene Bilder
Ein ausführlicher Artikel über Geräte auf galcpase.spb.ru

Beschreibung des Gerätedesigns
Beschreibung des Computersystems
Beschreibung der Kommunikationssysteme einiger wissenschaftlicher Missionen (einschließlich Voyager)