Na zdraví na 40 let! Voyagers 1 a 2 Going Strong

Vědci a nadšenci astronomie se scházejí, aby oslavili dvě kosmické lodi, nyní miliardy kilometrů za Zemí, když míří ke hvězdám.

Voyager 1 opustil Zemi 5. září 1977, kterému předcházel Voyager 2 20. srpna, s cílem studovat vnější sluneční soustavu. Dnes NASA a Smithsonian National Air and Space Museum slaví 40. výročí této historické mise.

Pojďme se podívat, jak tyto kosmické lodi dosáhly svých astronomických výkonů.

Umělcova ilustrace Voyageru 1
NASA / JPL-Caltech

Matematika Umožňuje velkému turné vzít let

V průběhu šedesátých let se NASA soustředila na posílání astronautů na Měsíc. V sedmdesátých letech, kdy skončila éra Apolla, se zaměření agentury posunulo směrem k robotickým misím na planety a také k vývoji programu raketoplánu pro dodávání užitečného zatížení na orbitu Země.

V roce 1964, s přistáním Apolla 11 ještě o půl dekády dál, Caltech postgraduální student a internista Jet Propulsion Laboratory Gary Flandro pracoval na vývoji realizovatelných trajektorií pro misi na vnější planety. Obrátil svou pozornost k relativně nové myšlence gravitační asistence, kdy kosmická loď procházející blízko planety ukradne část své orbitální rychlosti a zrychluje, aniž by vynaložila jakékoli raketové palivo.

Flandroovy tužky a papíry na vnějších planetách odhalily, že Jupiter, Saturn, Uran a Neptun se na konci 70. let přizpůsobí tak, aby jedna kosmická loď mohla navštívit všechny čtyři v jediné misi, pokud by byla zahájena v roce 1977. každá planeta za sebou, absolvování „Velké cesty“ za pouhých 10 až 12 let. Ve srovnání s tím by zaslání vyhrazené kosmické lodi pouze Neptunu trvalo 40 let, aniž by podél ní projely jakékoli jiné planety.

Kelly Beatty z Sky & Telescope nedávno hovořil s Flandrem o svém objevu mezník - sledujte rozhovor zde:

Inženýři a vědci z NASA měli jednu šanci, aby se tento akční plán uskutečnil - další příležitost nepřijde na 176 let. Bylo to teď nebo nikdy. Nicméně, kvůli rozpočtovým omezením, kongres neschválil velkou cestu. Místo toho se rozhodl pro levnější misi na holé kosti, která by cestovala jen do Jupiteru a Saturn.

Tajemství vědců

Toto oznámení neodradilo inženýry v Jet Propulsion Laboratory. Postavili dvě identické kosmické lodě, obě se schopností dostat se do Neptunu - i když dosud byly financovány pouze na návštěvu Jupitera a Saturn.

Dvojče Voyagers muselo být těžké, aby úspěšně přežilo a přenášelo data z extrémních vzdáleností. Každá kosmická loď o rozloze 1 592 kg (722 kg) sestávala z následujících:

  • Hlavní sběrnice (základní struktura, která obsahovala palivovou nádrž, trysky, některé nástroje a elektroniku)
  • Anténa s vysokým ziskem používaná ke komunikaci se Zemí
  • Dva výložníky pro držení vědeckých nástrojů, jakož i jeden výložník určený k přenášení radioaktivního zdroje energie plavidla
  • Dvě další antény

Toto schematické znázornění dvojče kosmických lodí Voyager ukazuje umístění jejích vědeckých nástrojů.
NASA

Vědecké přístroje na palubě Voyagers 1 a 2 zahrnují detektor kosmického záření, infračervený spektrometr / radiometr, ultrafialový spektrometr a dvě kamery. Na základě předchozích misí Pioneer 10 a 11 v Jupiteru vědci věděli, že kosmická sonda by narazila na intenzivní radiační prostředí poblíž vnějších planet, a tak přidali elektroniku zušlechtěnou záření.

Klíčem k dlouhé a úspěšné misi Voyagers byl jejich zdroj energie: plutonium-238, které uvolňuje teplo, když se rozkládá na stabilnější izotopy. Relé přes řadu termočlánků, které přeměňují teplo na elektrický proud, plutoniové rozpadové teplo poskytovalo energii pro zařízení satelitů.

Protože má plutonium-238 poločas 87, 7 let, obě kosmické lodi Voyager nyní pracují s přibližně polovinou svého původního zásobování energií. I když to nestačí k udržení všech zařízení v provozu, bude do roku 2020 úspěšně pohánět náčiní, než se stane příliš slabým na to, aby vysílal signály zpět na Zemi.

Dalším klíčem k misi satelitů byly jejich samoobslužné počítačové systémy. Čím dále stroje cestují, tím déle trvá, než se jejich rádiové signály dostanou na Zemi, takže palubní systémy musely být schopny překonat drobné poruchy bez zásahu Země. Každý počítač se skládá z více modulů, které porovnávají přijatá data; Pokud se jeden modul liší od ostatních, je považován za vadný a nahrazen záložním modulem.

Obě sondy navštívily Jupitera a Saturn, jak bylo plánováno (a financováno), ale trajektorie Voyageru 2 umožňovala více. Kongres viděl popularitu mise a bohatství vědeckých výsledků a změnil srdce, schválil financování Voyageru 2, aby pokračoval za Saturnem a navštívil také Urán a Neptun. Mezitím ji trajektorie Voyager 1 vytáhla z ekliptické roviny, kde byly oběžné dráhy planet, financování také schváleno pro její pokračující provoz a studium meziplanetárního prostoru.

Díky mnohonásobným přeletům dosáhli Voyagers své nejvzdálenější destinace za mnohem kratší dobu, než by běžně užívali.
NASA

Co jsme se naučili

Voyagery 1 a 2 jsou součástí planetárního průzkumu. Jejich obrazy a další pozorování by na nadcházející roky ovlivnily vědecké učebnice a učební plány. Inspirovali dokonce i budoucí mise Galileo, Cassini a Juno. Mise Voyager nás naučily mnoho věcí:

  • Oba Voyagers nabídli podrobnější pohled na Jupiterovy povětrnostní vzorce, včetně jeho slavné Velké červené skvrny.
  • Voyager 1 spatřil kolem Jupiteru tenký prstencový systém a Voyager 2 zaznamenal tmavé a zaprášené kruhy kolem Uranu i Neptunu.
  • Fotoaparát Voyager 1 objevil aktivní sopky na Jupiterově měsíci Io.
  • Voyager 2 prozkoumal podivné magnetické pole generované v Uranu - na rozdíl od jiných planet, osa pole neprochází přesně středem planety a je vyrovnána více s rovníkem planety než s jeho póly.
  • Sondy Voyager odhalily, že Titanova atmosféra je hustší než Země.
  • Voyager 2 spatřil Neptunovo Velké temné místo, obrovskou cyklonickou bouři tak velkou jako Země.
  • Voyager 1 se stal prvním člověkem vyrobeným objektem, který opustil sluneční soustavu v roce 2012, kdy přešel do heliosheathu a vstoupil na hranici, která odděluje naši sluneční soustavu od mezihvězdného prostoru.

V roce 1989 získala NASA dostatek informací, aby naplnila Encyclopedia Britannica 6000krát!

Kosmická loď dnes stále cestuje různými směry. Jejich prakové trajektorie je vedly k hvězdám. Voyager 1 opustil ekliptické letadlo po jeho návštěvě v Saturn v roce 1980 (aby se přiblížil ke svému velkému měsíci Titanu) a sonda v roce 2012 oficiálně přešla do mezihvězdného prostoru. Voyager 2 prošel všemi čtyřmi planetami a očekává se, že vstoupí na heliosheath v příštích několika letech. Zatímco kosmická loď přestane přenášet zprávy na Zemi kolem roku 2020, budou dál létat dlouho poté.

Jedna věc je jistá, naše nadšení pro zkoumání vesmíru bude pokračovat až do jednoho dne, tito tichí námořníci ze Země budou jako poslední nést naši zprávu: „Byli jsme tady.“