В первой статье цикла, посвященного 45-летию старта космической программы «Вояджер», мы рассматривали, как работает связь на самом удаленном рукотворном космическом аппарате за границами нашей Солнечной системы. Сегодня выясним, чем еще, помимо систем связи, обладают эти аппараты-близнецы, а также расскажем о самых знаменитых открытиях «Вояджера-1», которые зонд совершил за неполные 45 лет своих космических странствий.
Мозг «Вояджера»
Несмотря на существенное снижение финансирования в сравнении с прошлыми миссиями программы «Аполлон», команда инженеров и программистов, которые работали над «Вояджерами», сумела снабдить их искусно выполненной аппаратно-программной составляющей. В основе «Вояджеров» было три компьютерных системы с двойным резервированием данных (каждая представлена в двух копиях):
- CCS — компьютерная система управления «Вояджером». Главный цифровой мозг, контролирующий основные процессы жизнедеятельности космического аппарата. Система, в частности, отвечает за поступление и считывание на «Вояджере» команд с Земли. CSS также занимается управлением памятью двух других компьютерных систем: FDA и AASC. Объем памяти CCS составлял чуть более 70 Кб, что в конце 1970-х годов считалось вполне удовлетворительным для путешествия по Солнечной системе.
- FDS — подсистема полетных данных, на которой собирается, форматируется и хранится вся инженерная и научная информация, полученная «Вояджерами». Помимо этого, именно на этой системе хранятся все данные телеметрии, собранные ними. FDS снабжалась и магнитной лентой, куда записывались данные в случае невозможности получить сигнал с зонда по причине помех или неудачного расположения приемных антенн системы Deep Space Network. Все, записанное на магнитную ленту, сохранялось и передавалось на Землю позже, когда «Вояджер» снова входил в область наилучшего покрытия.
- AASC — система артикуляции и управления ориентацией зонда в пространстве. Именно она дала сбой на «Вояджере-1» в мае 2022 года, что привело к потере пространственной ориентации космическим аппаратом. На момент своего создания AASC была по-настоящему передовой разработкой: программисты NASA использовали комбинацию аналоговых и цифровых элементов, которая была воплощена в технологии HYPACE (Hybrid Programmable Attitude Control Electronics). HYPACE применяла 4-байтную последовательную архитектуру и индексную адресацию регистров, что существенно упрощало кодирование «Вояджера» сразу по трем пространственным осям. Тем не менее, в NASA сочли нецелесообразным вкладывать деньги в разработку полностью новой системы, поэтому технология так и не была полноценно внедрена в «Вояджерах». Вместо этого модифицировали более старую — CSS (Viking), которую программисты NASA снабдили рядом функционала HYPACE.
Как уже говорилось, каждая из трех компьютерных систем, установленных на «Вояджерах», были представлены в резервных копиях. Системы CCS все время работали в паре, FDS — попеременно, а у AASC всегда функционировала только одна система (вторая должна была включиться лишь в случае поломки первой). Инженеры, ответственные за создание аппарата, руководствовались соображением, что в условиях попеременной работы его компьютерных систем можно будет существенно увеличить их срок службы.
Ключевым аспектом в создании компьютерных систем зонда являлись легкость и низкоуровневость языков программного обеспечения, на котором будут написаны команды для «Вояджера», так как их предстояло передавать на многие миллиарды километров. Изначально специалисты NASA использовали в этих целях язык программирования Fortran 5 (впоследствии замененный на Fortran 77). Сегодня часть команд, которые выполняют «Вояджеры», написаны с элементами более гибкого языка С.
Исследовательская аппаратура «Вояджеров»
Помимо системы пространственного ориентирования AASC, неисправность которой была зафиксирована в мае этого года, на борту исследовательского зонда расположен еще целый ряд модулей для оценки параметров среды, окружающей космический аппарат. В частности, речь идет о магнитометре, фотополяриметре, инфракрасном интерферометре, радиометрометре, ультрафиолетовом спектрометре, детекторах заряженных частиц низкой энергии, космических лучей и плазмы.
«Вояджер-1» оснащен двумя видами камер: широкоугольной (с фокусным расстоянием 200 мм) и узкоугольной (с фокусным расстоянием 1500 мм), и набором специальных фильтров для лучшего наблюдения за планетарными объектами. Эти камеры позволили «Вояджерам» сделать одни из самых детализированных снимков планет и спутников Солнечной системы.
Данные, полученные с приборов, установленных на космическом аппарате, и фотографии камер «Вояджеров» пополнили не один том Британской энциклопедии, полностью описав планетарный мир нашей гелиосферы.
Великое путешествие
Для того чтобы дать возможность осознать, насколько огромной (и речь не только о пройденной дистанции) была миссия «Вояджера-1», мы подготовили краткий список самых интересных открытий и фото, которые собрал зонд за почти 45 лет своей работы.
- Во время запуска зондов произошла интересная подмена: запуск «Вояджера-2» состоялся 20 августа 1977 года, а «Вояджера-1» — 5 сентября. Второй номер специально был запущен на 16 дней раньше первого, так как запускался по более медленной траектории. Благодаря этому уже в 1979 году «Вояджер-1» обогнал свой второй номер и первым представил данные своих наблюдений за Юпитером. Поэтому, чтобы не сбивать общественность с толку, в NASA приняли решение инвертировать числовой порядок нумерации зондов.
- 5 марта 1979 года состоялась первая встреча аппаратов с системой Юпитера, результатом которой стал облет зондом спутников Юпитера: Амальтеи, Ио, Ганимеда, Каллисто и Европы, а также непосредственное сближение с самой планетой. Во время этого путешествия было сделано около 18 000 фотографий системы Юпитер. В частности, наличие вокруг планеты слабых колец (наподобие колец Сатурна и Урана), которые нельзя было наблюдать с Земли. Пролетая мимо спутника Юпитера — Ио, «Вояджер-1» смог запечатлеть момент извержения вулкана, доказав, что на его поверхности происходит вулканическая активность.
- 12 ноября 1980 «Вояджер-1» достиг планетарной системы Сатурна. В итоге этой встречи было получено 16 000 фотографий системы. В частности, детальные снимки спутников Сатурна: Титана, Тефии, Мимаса, Энцелада, Реи и Гипериона. «Вояджер-1» приблизился к Сатурну на расстояние 64 000 км, что позволило ему изучить температурные показатели на планете (191°C в верхних слоях атмосферы), а также зафиксировать на ее экваторе мощные вихри, скорость ветра внутри которых достигала 1800 км/час. Во время этапа своей сатурнианской миссии «Вояджер-1» обнаружил и самый крупный спутник в Солнечной системе — Ганимед, диаметр которого составил 5268 км.
- 14 ноября 1980 года основная миссия «Вояджера-1» по наблюдению за планетами Солнечной системы подошла к концу. И начался новый этап расширенной миссии аппарата — он отправился изучать границы Солнечной системы с последующим выходом в межзвездное пространство.
- 17 февраля 1998 года «Вояджер-1» становится самым удаленным от Земли рукотворным космическим аппаратом, обогнав американский космический зонд «Пионер-10«. С этого момента «Вояджер-1» начал удаляться от Солнца в среднем за год на 1 астрономическую единицу (расстояние от Земли до Солнца) быстрее, нежели «Пионер-10».
- В 1994 году «Вояджер-1» опубликовал легендарный снимок Земли: «Бледная голубая точка».
- 25 августа 2012 года «Вояджер-1» покинул Солнечную систему, выйдя в межзвездное пространство. В этот день команда NASA, обслуживающая «Вояджер-1», зафиксировала резкое увеличение уровня космических лучей, которые стал улавливать зонд, в то время как солнечные протоны фактически перестали обнаруживаться его детекторами.
- В 2021 году «Вояджер-1» смог зафиксировать звучание межзвездного пространства — едва слышный монотонный гул за пределами нашей Солнечной системы, который, по-видимому, является слабым «дождем» из звездной плазмы.
Одновременно с путешествием «Вояджера-1» свою область Солнечной системы изучал его брат-близнец — «Вояджер-2», траектория полета которого тоже проходила вблизи Юпитера и Сатурна, а позже устремилась к Урану и Нептуну. О результатах его миссии читайте в следующей статье серии, посвященной программе «Вояджер».
