Voyager 1

Voyager 1 ( ang.  Voyager-1 ) je americká vesmírná sonda , která od 5. září 1977 zkoumá sluneční soustavu. Hlavním posláním vesmírného programu Voyager bylo prozkoumat Jupiter a Saturn. Voyager 1 byla první vesmírnou sondou, která pořídila detailní snímky měsíců těchto planet. Po dokončení hlavní mise se pustil do další mise, aby prozkoumal vnější oblasti sluneční soustavy, včetně Kuiperova pásu a okraje heliosféry .

Voyager 1 je nejrychlejší vesmírná sonda, která kdy opustila sluneční soustavu, a nejvzdálenější člověkem vyrobený objekt od Země. Aktuální vzdálenost Voyageru 1 od Země a od Slunce, jeho rychlost a stav vědeckého vybavení se v reálném čase zobrazují na webu NASA [1] .

Ke kosmické lodi je připojeno pouzdro se zlatou deskou , která označuje polohu Země pro údajné mimozemšťany, stejně jako množství obrázků a zvuků.

Historie

Základní výzkum

Voyager 1 odstartoval 5. září 1977. Doba trvání mise byla původně stanovena na 5 let . Jeho dvojče, vesmírná sonda Voyager 2 , byla vypuštěna o 16 dní dříve, ale nikdy nedohoní Voyager 1. Hlavním rozdílem programu Voyager 1 je, že pro něj byla zvolena kratší trasa než pro Voyager 2: Voyager 1 měl navštívit pouze Jupiter a Saturn [2] .

Zařízení poprvé přeneslo podrobné snímky Jupiteru a Saturnu (a také řadu jejich měsíců) a další vědecká data ( snímky Pioneer byly méně podrobné).

Za heliosférou

Posledním vědeckým úkolem Voyageru 1 je studovat okraje heliosféry , heliopauzu , která ji omezuje, a oblast mezihvězdného média nacházející se za touto hranicí. Voyager 1 se stal první sondou, která přenesla informace o podmínkách panujících v mezihvězdném prostředí.

V roce 2004 ve vzdálenosti 94 AU. od Slunce překročil Voyager 1 hranici rázové vlny vytvořené poklesem rychlosti slunečního větru pod rychlost zvuku v jeho složkové plazmě. Aparát skončil v oblasti zvané heliosférický plášť ( angl.  heliosheath ) [3] , kde se sluneční vítr chová jako pružný plyn, který se stlačuje a zahřívá vlivem interakce s mezihvězdným prostředím.

Jak jsme se vzdalovali od hranice rázové vlny, registrovaná radiální rychlost částic slunečního větru neustále klesala. Od dubna do června 2010 Voyager 1 překročil oblast ležící ve vzdálenosti 113,5-115,7 AU. od Slunce, ve kterém radiální složka rychlosti slunečního větru klesla na nulu. Pro upřesnění informací (poprvé od roku 1990) byly podniknuty manévry k přeorientování aparátu. Vědci došli k závěru, že v této oblasti je sluneční vítr vychylován do strany tlakem mezihvězdného prostředí [4] .

V prosinci 2011 Voyager 1 odešel na 119  AU. ( 17,8 miliard km ) od Slunce a dosáhla tzv. "oblasti stagnace". Tato oblast se vyznačuje zdvojnásobením intenzity magnetického pole, což je vysvětleno zhuštěním hmoty slunečního větru, která se zastavuje a dokonce vrací zpět vlivem tlaku mezihvězdného média. Počet vysokoenergetických elektronů pronikajících do této doby z mezihvězdného prostoru se ve srovnání s rokem 2010 zvýšil asi 100krát [5] [6] .

Přibližně ve stejnou dobu umožnila nová metoda pro zpracování dat z ultrafialových detektorů Voyager , kterou vyvinula Rosina Lalleman z pařížské observatoře , detekovat ultrafialové záření Lyman-alfa emitované atomy vodíku v oblastech Mléčné dráhy za hranicí Sluneční soustava poprvé v historii. Pozorování z oběžné dráhy Země to neumožňují, protože vnější záření je přehlušeno silnější analogickou emisí vodíku z blízkého slunečního prostoru [7] .

Od ledna do začátku června 2012 senzory Voyageru 1 zaznamenaly nárůst hladiny galaktického kosmického záření – vysokoenergetických nabitých částic mezihvězdného původu – o 25 %. Tato data vědcům naznačovala, že Voyager 1 se blíží k okraji heliosféry a brzy vstoupí do mezihvězdného prostředí [8] .

28. července ve vzdálenosti asi 121 AU. od Slunce senzory Voyageru 1 zaznamenaly prudký pokles počtu částic a kosmického záření souvisejícího s heliosférou se současným zvýšením intenzity galaktického kosmického záření. Brzy se hodnoty vrátily na předchozí hodnoty. K takovým změnám došlo pětkrát a po 25. srpnu již nedošlo k návratu k předchozím hodnotám [3] .

Dříve se věřilo, že přechod za heliosféru by měl být doprovázen změnou směru magnetického pole, ale byla zaznamenána pouze změna jeho intenzity bez výrazné změny směru. To vyvolalo pochybnosti, zda Voyager 1 skutečně prošel heliopauzou a je v mezihvězdném prostředí. Tato otázka zůstávala diskutabilní až do 12. září 2013, kdy skupina vědců vedená Donaldem Garnettem zveřejnila výsledky studie oscilací plazmatu obklopujícího aparát, které prokázaly, že jeho elektronová hustota odpovídá hustotě očekávané pro mezihvězdný střední. Ačkoli chybějící změna směru magnetického pole zůstala nevysvětlena, bylo akceptováno, že Voyager 1 prošel okrajem heliosféry kolem 25. srpna 2012 [3] [9] .

Zařízení zařízení

Hmotnost zařízení při startu byla 798 kg , hmotnost užitečného zatížení byla 86 kg . Délka - 2,5 m . Tělo aparátu je desetistranný hranol se středovým otvorem. Na těle je namontován reflektor směrové antény o průměru 3,66 metru [10] . Energii zajišťují tři radioizotopové termoelektrické generátory umístěné na tyči , využívající plutonium-238 ve formě oxidu (vzhledem k vzdálenosti od Slunce by solární panely byly zbytečné). V době startu byl celkový odvod tepla generátorů asi 7 kilowattů, jejich křemíko-germaniové termočlánky poskytovaly 470 wattů elektrické energie [11] . Jak se plutonium-238 rozpadá (jeho poločas rozpadu je 87,7 let ) a termočlánky degradují, výkon termoelektrických generátorů klesá. K 11.03.2022 je bilance plutonia-238 plutonia 70 % původního, do roku 2025 se uvolnění tepla sníží na 68,8 % původního. Kromě tyče elektrických generátorů jsou k tělu připevněny další dvě: tyč s vědeckými přístroji a samostatná tyč magnetometru [10] .

Voyager je řízen třemi počítačovými systémy. Tyto systémy lze přeprogramovat ze Země, což umožnilo změnit vědecký program a obejít vznikající poruchy [12] . Hlavní roli hraje počítačový  příkazový subsystém , který obsahuje dva nezávislé bloky RAM po 4096  strojových slovech a dva procesory, které mohou pracovat buď se duplikovat, nebo nezávisle [13] . Kapacita paměťového zařízení na bázi magnetické pásky je asi 536  megabitů (až 100 snímků z televizních kamer) [14] . Triaxiální orientační systém využívá dva solární senzory, senzor hvězdy Canopus , inerciální měřicí jednotku a 16 proudových mikromotorů. Systém korekce trajektorie využívá čtyři z těchto mikromotorů. Jsou navrženy pro osm korekcí s celkovým přírůstkem rychlosti 200 m/s .

Antény jsou dvě: všesměrová a směrová. Obě antény pracují na frekvenci 2113 MHz pro příjem a 2295 MHz pro vysílání ( S-band ), směrová anténa také pracuje na frekvenci 8415 MHz pro vysílání ( X-band ) [10] . Vyzařovací výkon - 28 W v pásmu S, 23 W v pásmu X. Rádiový systém Voyager přenášel proud informací rychlostí 115,2 kbps z Jupiteru a 45 kbps  ze Saturnu. V určité fázi mise bylo implementováno schéma komprese obrazu , pro které byl přeprogramován palubní počítač. Byl také použit experimentální datový kodér dostupný na Voyageru: schéma opravy chyb v přijímaných a vysílaných datech bylo změněno z binárního Golayova kódu na Reed-Solomonův kód , což snížilo počet chyb faktorem 200 [15] .

Na palubě zařízení je upevněna zlatá deska , na které jsou vyznačeny souřadnice sluneční soustavy pro potenciální mimozemšťany a je zaznamenáno množství pozemských zvuků a obrazů.

Sada vědeckého vybavení zahrnuje následující nástroje:

• Širokoúhlá televizní kamera a teleobjektiv, každý snímek obsahuje 125 kB informací.
• Infračervený spektrometr určený ke studiu energetické bilance planet, složení atmosfér planet a jejich satelitů a rozložení teplotních polí.
• Ultrafialový spektrometr určený ke studiu teploty a složení horní atmosféry a také některých parametrů meziplanetárního a mezihvězdného prostředí.
• Foto polarimetr , určený ke studiu distribuce metanu, molekulárního vodíku a čpavku nad oblačností a také k získávání informací o aerosolech v atmosférách planet a na povrchu jejich satelitů.
• Dva detektory meziplanetárního plazmatu určené k detekci horkého podzvukového plazmatu v planetární magnetosféře a studeného nadzvukového plazmatu ve slunečním větru. Instalovány byly také detektory plazmových vln.
• Nízkoenergetické detektory nabitých částic určené ke studiu energetického spektra a izotopového složení částic v planetárních magnetosférách a také v meziplanetárním prostoru.
• Detektory kosmického záření (vysokoenergetické částice).
• Magnetometry pro měření magnetických polí.
• Přijímač pro registraci rádiového vyzařování planet, Slunce a hvězd. Přijímač využívá dvě vzájemně kolmé antény dlouhé 10 metrů.

Většina zařízení je umístěna na speciální tyči, část z nich je instalována na točnici [10] . Tělo přístroje a přístroje jsou vybaveny různými tepelnými izolacemi, tepelnými štíty, plastovými kryty.

Dojezdové a rychlostní rekordy

17. února 1998 Voyager 1 ve vzdálenosti 69,419 AU. e. (asi 10,4 miliard km ) od Slunce "předběhlo" [Comm. 1] přístroj " Pioneer-10 ", do té doby nejvzdálenější z vesmírných objektů vytvořených lidmi [16] [17] .

Ke konci roku 2017 byl Voyager 1 nejrychlejší kosmickou lodí, která opustila sluneční soustavu [18] . Přestože bylo vozidlo New Horizons vypuštěno 19. ledna 2006 směrem k Plutu, mělo vyšší rychlost startu, nakonec se pohybuje pomaleji než oba Voyagery díky úspěšným gravitačním manévrům druhého z nich [19] .

18. srpna 2021 proletěl Voyager 1 23 miliard kilometrů od Slunce.

V určitých obdobích roku se vzdálenost mezi Voyagerem 1 a Zemí zmenšuje, je to způsobeno tím, že rychlost oběhu Země kolem Slunce (asi 30 km/s) je vyšší než rychlost, kterou se Voyager 1 pohybuje. pryč od toho [20] .

Účinnost a údajný budoucí osud zařízení

Přestože oba Voyagery dávno skončily, některé jejich vědecké přístroje fungují dál. Zařízení získává energii ze tří radioizotopových termoelektrických generátorů běžících na plutonium-238 . Na začátku byl celkový elektrický výkon generátorů 470 wattů . Postupně se snižuje v důsledku rozpadu plutonia a degradace termočlánků . Do roku 2012 klesla elektrická energie asi o 45 %. Očekává se však, že minimální napájení potřebné pro výzkum bude zachováno přibližně do roku 2025 [21] .

28. listopadu 2017 byly od 8. listopadu 1980, kdy byl Voyager 1 poblíž Saturnu, úspěšně testovány čtyři trysky pro korekci trajektorie MR-103, které nebyly zapnuty více než 37 let. V případě potřeby se předpokládá použití těchto motorů místo sady orientačních motorů (stejného typu), které od roku 2014 vykazují známky zhoršení výkonu [22] [23] .

V květnu 2022 oznámila laboratoř Jet Propulsion Laboratory (JPL), která monitoruje a řídí Voyagery, selhání telemetrie v systému řízení polohy Voyageru 1, který začal produkovat chaotická data. Stabilní komunikace přes vysoce směrovou anténu zároveň naznačovala, že samotný orientační systém funguje správně. Porucha nespustila ochranné systémy a neiniciovala přechod do „bezpečného režimu“. Zbytek systémů Voyageru 1 také fungoval normálně, zařízení nadále přenášelo vědecká data [24] . Experti JPL do konce srpna zjistili, že systém řízení polohy přenáší telemetrii prostřednictvím palubního počítače, který selhal před mnoha lety, v důsledku čehož jsou data zkreslená. Na příkaz ze Země bylo zpracování telemetrie přepnuto na funkční počítač a tím byl problém vyřešen. Základní příčina odkazu orientačního systému na vadný počítač dosud nebyla stanovena. Spekuluje se, že chybný příkaz by mohl být výsledkem závady v jednom z počítačových systémů Voyageru 1. Studium možných příčin takového selhání probíhá a je naplánováno přenesení kompletního obrazu paměti orientačního systému na Zemi k jeho prozkoumání. Podle projektového týmu Voyager v JPL porucha neohrožuje další fungování zařízení [25] .

Voyager 1 se pohybuje po hyperbolické trajektorii vzhledem ke středu hmoty sluneční soustavy, takže se nevrátí do cirkumsolárního prostoru pod vlivem gravitační přitažlivosti [26] . Pokud se mu po cestě nic nestane, za zhruba 40 000 let by měl proletět 1,6  světelných let (15 bilionů km) od hvězdy Gliese 445 v souhvězdí Žirafy , která se pohybuje k souhvězdí Ophiuchus . V budoucnu je pravděpodobné, že Voyager 1 se bude po galaxii Mléčné dráhy toulat navždy [27] .

Poznámky

1. ↑ Voyager 1 a Pioneer 10 se vzdalují od Slunce téměř opačnými směry [16] , takže se bavíme pouze o porovnávání vzdáleností.

1. ↑ Voyager - Stav mise  . voyager.jpl.nasa.gov. Datum přístupu: 30. prosince 2017. Archivováno z originálu 1. ledna 2018.
2. ↑ Voyager - Informační list  . voyager.jpl.nasa.gov. Získáno 22. prosince 2017. Archivováno z originálu 13. dubna 2020.
3. ↑ 1 2 3 N. F. Ness, L. F. Burlaga, W. S. Kurth, D. A. Gurnett. Pozorování mezihvězdného plazmatu in situ pomocí Voyageru 1   // Věda . — 27.09.2013. — Sv. 341 , iss. 6153 . - S. 1489-1492 . — ISSN 1095-9203 0036-8075, 1095-9203 . - doi : 10.1126/science.1241681 . Archivováno z originálu 6. listopadu 2019.
4. ↑ Matthew E. Hill, Robert B. Decker, Edmond C. Roelof, Stamatios M. Krimigis. Nulová rychlost proudění směrem ven pro plazmu v přechodové vrstvě heliosheath   // Nature . — 2011-06. — Sv. 474 , iss. 7351 . - S. 359-361 . — ISSN 1476-4687 . - doi : 10.1038/příroda10115 . Archivováno z originálu 18. ledna 2019.
5. ↑ Jia-Rui C. Cook, Alan Buis, Steve Cole. NASA Voyager zasáhne novou oblast na okraji sluneční soustavy  . NASA (5. prosince 2011). Získáno 19. září 2019. Archivováno z originálu dne 26. září 2019.
6. ↑ Voyager 1 se dostal na poslední hranici sluneční soustavy . Věda a technologie . Lenta.ru (6. prosince 2011). Datum přístupu: 31. října 2013. Archivováno z originálu 2. listopadu 2013. (neurčitý)
7. ↑ David Castelvecchi. Sondy Voyager detekují "neviditelnou " záři Mléčné dráhy  . National Geographic News (3. prosince 2011). Získáno 13. ledna 2022. Archivováno z originálu dne 2. února 2020.
8. ↑ Sonda Voyager dosáhla okraje mezihvězdného prostoru . Věda . RIA Novosti (15. června 2012). Datum přístupu: 31. října 2013. Archivováno z originálu 1. listopadu 2013. (neurčitý)
9. ↑ Ron Cowen. Voyager 1 dosáhl mezihvězdného prostoru  . Novinky a komentáře . Příroda (12. 9. 2013). Datum přístupu: 31. října 2013. Archivováno z originálu 2. listopadu 2013.
10. ↑ 1 2 3 4 Kosmonautika, encyklopedie. M., 1985.
11. ↑ Informace o hostiteli Voyager 2. (nedostupný odkaz) . Archivováno z originálu 11. listopadu 2014.  (neurčitý) JPL
12. ↑ Voyager Backgrounder, 1980 , str. jeden.
13. ↑ Voyager Backgrounder, 1980 , str. 15-16.
14. ↑ Voyager Backgrounder, 1980 , str. 12.
15. ↑ Ludwig, R., Taylor J. Voyager Telecommunications  . NASA. Získáno 20. července 2021. Archivováno z originálu dne 18. března 2021.
16. ↑ 1 2 Mary A. Hardin. Voyager 1, nyní nejvzdálenější člověkem vyrobený objekt ve  vesmíru . Jet Propulsion Laboratory, NASA (13. února 1998). Získáno 16. dubna 2019. Archivováno z originálu 9. září 2018.
17. ↑ JA Van Allen. Aktualizace na Pioneer  10 . University of Iowa (17. února 1998). Staženo 31. 5. 2019. Archivováno z originálu 11. 10. 2018.
18. ↑ Kosmická loď opouštějící sluneční soustavu . nebesa-nad.com. Získáno 30. prosince 2017. Archivováno z originálu 5. ledna 2018. (Ruština)
19. ↑ Scharf, Caleb A Nejrychlejší kosmická loď všech dob?  (anglicky) . Scientific American Blog Network (25. února 2013). Získáno 30. prosince 2017. Archivováno z originálu dne 27. prosince 2021.
20. ↑ Voyager – často kladené  otázky . voyager.jpl.nasa.gov. Staženo: 30. prosince 2017.
21. ↑ Inženýři prodlužují životnost stanice Voyager do roku 2025 (nepřístupný odkaz) . Membrana.ru (19. ledna 2012). Datum přístupu: 22. ledna 2012. Archivováno z originálu 8. února 2012. (neurčitý) 
22. ↑ Alžběta Landauová. Voyager 1 po 37 letech vypálil trysky Archivováno 19. února 2021 na Wayback Machine . NASA.gov. 1. prosince 2017
23. ↑ NASA se podařilo nastartovat motory Voyageru 1, které byly vypnuty před 37 lety (nepřístupný odkaz) . Získáno 3. prosince 2017. Archivováno z originálu 3. prosince 2017.  (neurčitý)  , RBC , 2. prosince 2017.
24. ↑ Calla Cofield. Tony Greicius, Naomi Hartono: Inženýři zkoumající telemetrická data NASA Voyager 1  . Laboratoř proudového pohonu . Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, Kalifornie: Caltech (California Institute of Technology) (18. května 2022). Získáno 19. května 2022. Archivováno z originálu dne 19. května 2022.
25. ↑ Inženýři řeší závadu dat na Voyageru  1 NASA . NASA Jet Propulsion Laboratory (JPL) (30. srpna 2022). Staženo: 2. září 2022.
26. ↑ Vůbec první mise na Pluto (nepřístupný odkaz) . Vesmírné novinky . Staženo 2. prosince 2019. Archivováno z originálu dne 14. března 2012. (neurčitý) 
27. ↑ Voyager-Mission- Mezihvězdná mise  . NASA / JPL . Získáno 20. března 2012. Archivováno z originálu dne 27. května 2012.

Literatura

• Voyager Backgrounder (NASA News Release 80-160)  (anglicky) . - NASA, 1980. - 42 s.

Odkazy

• voyager.jpl.nasa.gov - oficiální stránky projektu Voyager  (anglicky)
• Po 37 letech hibernace motory Voyageru 1 úspěšně korigovaly polohu sondy

Slovníky a encyklopedie	chorvatský
V bibliografických katalozích	GND : 4658791-3