У першій статті циклу, присвяченого 45-й річниці старту космічної програми “Вояджер”, ми розглядали, як працює зв’язок на найвіддаленішому рукотворному космічному апараті за межами нашої Сонячної системи. Сьогодні з’ясуємо, чим іще, окрім систем зв’язку, оснащені ці апарати-близнюки, а також розповімо про найзнаменитіші відкриття “Вояджера-1”, які зонд здійснив за неповних 45 років своїх космічних мандрів.
Мозок “Вояджера“
Попри суттєве зниження фінансування порівняно з минулими місіями програми “Аполлон”, команда інженерів та програмістів, що працювали над “Вояджерами”, змогла забезпечити їх майстерно виконаною апаратно-програмною складовою. В основі “Вояджерів” було три комп’ютерні системи з подвійним резервуванням даних (кожна представлена у двох копіях):
- CCS — комп’ютерна система управління “Вояджером”. Головний цифровий мозок, який керує основними процесами життєдіяльності космічного апарата. Система, зокрема, відповідає за надходження та зчитування на “Вояджері” команд з Землі. CSS також займається управлінням пам’яттю двох інших комп’ютерних систем: FDA і AASC. Об’єм пам’яті CCS становив трохи більше 70 Кб, що наприкінці 1970-х років мало задовільний вигляд для подорожі Сонячною системою.
- FDS — підсистема польотних даних, на якій збиралася, форматувалася та зберігалася вся інженерна і наукова інформація, отримана “Вояджерами”. Крім цього, саме на цій системі зберігаються всі дані телеметрії, зібрані ними. FDS забезпечувалася й магнітною стрічкою, на яку записувалися дані у разі неможливості отримати сигнал із зонда через перешкоди або невдале розташування приймальних антен системи Deep Space Network. Усе, записане на магнітну стрічку, зберігалося та передавалося на Землю пізніше, коли “Вояджер” знову входив в область найкращого покриття.
- AASC — система артикуляції та управління орієнтацією зонда у просторі. Саме вона дала збій на “Вояджері-1” у травні 2022 року, що призвело до втрати просторової орієнтації космічним апаратом. На момент свого створення AASC була по-справжньому передовою розробкою: програмісти NASA використовували комбінацію аналогових та цифрових елементів, що була втілена у технології HYPACE (Hybrid Programmable Attitude Control Electronics). HYPACE застосовувала 4-байтну послідовну архітектуру та індексну адресацію регістрів, що суттєво спрощувало кодування “Вояджера” одразу за трьома просторовими осями. Однак у NASA вважали недоцільним вкладати гроші в розробку повністю нової системи, тому технологія так і не була повноцінно запроваджена у “Вояджерах”. Натомість модифіковали старішу — CSS (Viking), яку програмісти NASA забезпечили низкою функціоналу HYSPACE.
Як уже говорилося, кожна з трьох комп’ютерних систем, встановлених на “Вояджерах”, були представлені в резервних копіях. Системи CCS увесь час працювали в парі, FDS — поперемінно, а у AASC завжди функціонувала тільки одна система (друга мала включитись лише у випадку поломки першої). Інженери, відповідальні за створення апарата, керувалися міркуваннями, що за умов поперемінної роботи комп’ютерних систем можна буде значно збільшити їхній термін служби.
Ключовим аспектом у створенні комп’ютерних систем “Вояджера” були легкість і низькорівневість мов програмного забезпечення, якою напишуть команди для нього, оскільки їх потрібно було передавати на багато мільярдів кілометрів. Спочатку фахівці NASA використовували з цією метою мову програмування Fortran 5 (згодом замінену на Fortran 77). Сьогодні частина команд, які виконують “Вояджери”, написані з елементами більш гнучкої мови С.
Дослідницька апаратура “Вояджерів”
Крім системи просторового орієнтування AASC, яка вийшла з ладу цього травня, на борту дослідного зонда розташована ще ціла низка модулів для оцінки параметрів навколишнього середовища, яке оточує космічний апарат. Зокрема, йдеться про магнітометр, фотополяриметр, інфрачервоний інтерферометр, радіометрометр, ультрафіолетовий спектрометр, детектори заряджених частинок низької енергії, космічних променів і плазми.
“Вояджер-1” був також оснащений двома видами камер: ширококутною (з фокусною відстанню 200 мм) та вузькокутною (з фокусною відстанню 1500 мм), і набором спеціальних фільтрів для кращого спостереження за планетарними об’єктами. Ці камери дозволили “Вояджерам” зробити одні з найдеталізованіших знімків планет і супутників Сонячної системи.
Дані, отримані з приладів, встановлених на космічному апараті, та фотографії камер “Вояджерів” поповнили не один том Британської енциклопедії, повністю описавши планетарний світ нашої геліосфери.
Велика подорож
Для того щоб дати змогу осягнути, наскільки величезною (і йдеться не тільки про пройдену дистанцію) була місія “Вояджера-1”, ми підготували для вас короткий список найцікавіших відкриттів та фото, які зібрав зонд за неповних 45 років своєї роботи.
- Під час запуску зондів сталася цікава підміна: запуск “Вояджера-2” відбувся 20 серпня 1977 року, а “Вояджера-1” — 5 вересня. Другий номер спеціально був запущений на 16 днів раніше першого, оскільки запускався за повільнішою траєкторією. Завдяки цьому вже 1979 року “Вояджер-1” обігнав свого другого номера і першим представив дані свого спостереження за Юпітером. Тож, щоб не збивати громадськість з пантелику, в NASA ухвалили рішення інвертувати числовий порядок нумерації зондів.
- 5 березня 1979 року відбулася перша зустріч апаратів із системою Юпітера, результатом якої став обліт зондом супутників Юпітера: Амальтеї, Іо, Ганімеда, Каллісто та Європи, а також безпосереднє зближення з самою планетою. Зрештою було зроблено близько 18 000 фотографій системи Юпітер. Зокрема, наявність навколо планети слабких кілець (на зразок кілець Сатурна і Урана), які неможливо було спостерігати з Землі. Пролітаючи повз супутник Юпітера — Іо, “Вояджер-1” зміг сфотографувати момент виверження вулкана, довівши, що на його поверхні відбувається вулканічна активність.
- 12 листопада 1980 “Вояджер-1” досяг планетарної системи Сатурна. В результаті цієї зустрічі було отримано 16 000 фотографій системи. Зокрема, детальні знімки супутників Сатурна: Титана, Тефії, Мімаса, Енцелада, Реї та Гіперіона. “Вояджер-1” наблизився до Сатурна на відстань 64 000 км, що дозволило йому вивчити температурні показники на планеті (191°C у верхніх шарах атмосфери), а також зафіксувати на її екваторі потужні вихори, швидкість вітру всередині яких досягала 1800 км/год. Під час етапу своєї сатурніанської місії “Вояджер-1” виявив і найбільший супутник у Сонячній системі — Ганімед, діаметр якого становив 5268 км.
- 14 листопада 1980 року основна місія “Вояджера-1” зі спостереження за планетами Сонячної системи добігла кінця. Тож розпочався новий етап розширеної місії апарата — він попрямував вивчати межі Сонячної системи з наступним виходом у міжзоряний простір.
- 17 лютого 1998 року “Вояджер-1” став найвіддаленішим від Землі рукотворним космічним апаратом, випередивши американський космічний зонд “Піонер-10“. З цього моменту “Вояджер-1” почав віддалятися від Сонця в середньому на 1 астрономічну одиницю (відстань від Землі до Сонця) за рік швидше, ніж “Піонер-10”.
- 1994 року “Вояджер-1” опублікував легендарний знімок Землі: “Бліда блакитна цятка”.
- 25 серпня 2012 року “Вояджер-1” залишив Сонячну систему, вийшовши у міжзоряний простір. Цього дня команда NASA, що обслуговує “Вояджер-1”, зафіксувала різке збільшення рівня космічних променів, які став уловлювати зонд, тоді як сонячні протони фактично перестали виявлятися його детекторами.
- 2021 року “Вояджер-1” зміг зафіксувати звучання міжзоряного простору — ледь чутний монотонний гул поза нашою Сонячною системою, який, найімовірніше, є слабким “дощем” із зоряної плазми.
Одночасно з подорожжю “Вояджера-1” свою область Сонячної системи вивчав його брат-близнюк “Вояджер-2”, траєкторія польоту якого теж проходила поблизу Юпітера та Сатурна, а пізніше попрямувала до Урана та Нептуна. Про результати його місії читайте у наступній статті серії, присвяченої програмі “Вояджер”.
