Разведчики внешних планет. Путешествие «Пионеров» и «Вояджеров» от Земли до Нептуна и далее [заметки]

1

Стерн А., Гринспун Д. За новыми горизонтами: Первый полет к Плутону. – М.: Альпина нон-фикшн, 2020. – Здесь и далее примечания автора, если не указано иное.

2

В 2012 г. Международный астрономический союз зафиксировал величину астрономической единицы 149 597 870 700 м, фактически отвязав ее от параметров орбиты Земли. – Прим. науч. ред.

3

Вероятно, первым использовал название Grand Tour в космонавтике Стэнли Росс из Lockheed в отчете для Центра Маршалла (июнь 1962 г.), описывающем последовательный пилотируемый облет Марса и Венеры.

4

Эта величина называется синодическим периодом обращения Земли относительно Юпитера.

5

Удельным импульсом называется сила тяги ракетного двигателя, отнесенная к расходу компонентов топлива. Если тяга измеряется в килограммах силы, а расход – в килограммах массы в секунду, результату по традиции приписывается размерность «секунда». Лучшие химические двигатели на кислороде и водороде имеют удельный импульс около 455 сек.

6

И не получило.

7

Оценивались также варианты запуска на более легком носителе «Атлас-Центавр», но с дополнительным разгоном с помощью электроракетной двигательной установки (ДУ) на борту КА.

8

Три маховика управляют угловыми скоростями КА относительно трех осей за счет принудительного изменения собственной скорости вращения. Внешние возмущения, как правило, «устроены» так, что для сохранения стабилизации КА нужно постоянно увеличивать скорость вращения маховиков. Поэтому время от времени их приходится разгружать – снижать скорость, компенсируя возникающий угловой момент с помощью ЖРД. Сейчас такая схема является общепринятой, но в описываемых далее проектах она не нашла себе места.

9

Self Test and Repair.

10

У Джона Дэвиса в «Краткой истории „Вояджера“» (Spaceflight, февраль 1981 г.) он проходил в ошибочном написании Alverez Avizienes. Альгирдас Авиженис родился в 1932 г. в Каунасе (Литва) в семье майора Генерального штаба Антанаса Авижениса, который в 1944 г. ушел на Запад с отступающей германской армией. С 1950 г. Альгирдас жил в США, с 1962 г. работал в Калифорнийском университете в Лос-Анжелесе. В 1980 г. за вклад в создание «Вояджера» был удостоен медали NASA «За исключительные заслуги».

11

В случае установки на аппарат класса «Пионер» атмосферный зонд мог доставить аппаратуру массой 12,3 кг на глубину, соответствующую давлению 72 атм.

12

Он начинался 1 июля 1968 г.

13

В феврале 1970 г. стало известно, что на эту роль выбран фотополяриметр, разрабатываемый Аризонским университетом совместно с Исследовательским центром в Санта-Барбаре.

14

Первый «Титан-Центавр» улетел в феврале 1974 г. с динамическим макетом марсианского КА «Викинг» и потерпел аварию. Остальные шесть ракет этого типа стартовали успешно.

15

High Gain Antenna. Далее соответственно Medium Gain Antenna и Low Gain Antenna.

16

Грубо говоря, в 2000 раз. Позже мы обсудим это подробнее, а пока лишь заметим, что усиление обеспечивалось в узком луче за счет практически полного отсутствия сигнала за его пределами.

17

Spin Control Thruster.

18

Velocity and Precession Thruster.

19

Data Storage Unit.

20

Тесла – единица индукции магнитного поля в системе SI. На практике используется дробная единица нанотесла (10^–9 Тл), также называемая гамма, и гаусс из системы CGS, равный 10^–4 Тл.

21

Deep Space Network.

22

До 1 июля 1974 г.

23

Официальное наименование мыса Канаверал в 1964–1973 гг.

24

Восточное стандартное время. Все полетные события привязываются ко Всемирному координированному времени UTC (Universal Time Coordinated) по бортовым часам КА, но то, что происходит на Земле, бывает удобнее датировать по местному времени.

25

Эта оговорка важна потому, что к скорости, набранной ракетой по отношению к стартовому комплексу (по проекту – 13 913 м/с), добавилась линейная скорость вращения Земли.

26

Проблема с прибором MD заключалась в том, что по проекту из 13 имеющихся панелей датчиков шесть было подключено к каналу регистрации 0 и семь – к каналу 1. Но канал 1 с его 126 ячейками отказал вскоре после запуска «Пионера-10», и регистрация событий шла только по каналу 0.

27

Антенны в Калифорнии, помимо номеров, имели собственные имена, присвоенные им по программам, для которых они были построены. Так, 26-метровая DSS-11 называлась Pioneer в честь первых лунных «Пионеров», DSS-12 – Echo, DSS-13 – Venus. Большой антенне DSS-14 дали имя Mars.

28

Австралийские антенны также имели имена. Первой в долине Тидбинбилла (Tidbinbilla) была построена 26-метровая антенна DSS-42 и первоначально называлась по месту, но впоследствии получила личное имя Вимала (Weemala). Большая антенна DSS-43, построенная рядом с первой, сначала называлась Бурумба (Booroomba), но затем получила название Баллима (Ballima).

29

Все 12 спутников Юпитера, открытых к 1951 г., имели названия. Пять первых – Амальтея, Ио, Европа, Ганимед и Каллисто – сохранились, а остальные семь, самочинно присвоенные им в 1955 г. Брайаном Марсденом, были изменены спустя всего 20 лет. Вот их старые, ныне забытые имена, в порядке открытия и получения порядковых номеров: VI Гестия (ныне Гималия), VII Гера (Элара), VIII Посейдон (Пасифе), IX Аид (Синопе), X Деметра (Лиситея), XI Пан (Карме), XII Адрастея (Ананке). В материалах NASA к пролетам «Пионеров» у Юпитера имя последнего писалось с ошибкой – Андрастея. Чтобы окончательно запутать современного читателя, имя Адрастея присвоили повторно другому спутнику Юпитера, открытому «Вояджером-2».

30

Помимо этого основного режима, были возможны режимы поляриметрической съемки Юпитера с полем зрения 8×8 мрад и съемки зодиакального света на площади 40×40 мрад.

31

Экваториальный радиус планеты R_J считался равным 71 372 км.

32

Напомним, что физики изменяют температуру от абсолютного нуля, считая 0 ℃ за 273° по шкале Кельвина (К).

33

По расчетам на современных моделях движения планет Солнечной системы.

34

В реальности «Галилео» стартовал лишь в 1989 г.

35

На базе имеющихся проектов «Пионер» и «Маринер» или упрощенного TOPS.

36

International Solar Polar Mission – Международная миссия к полюсам Солнца.

37

Pioneer Jupiter Orbiter/Probe.

38

Radio Science Subsystem.

39

Voyager Propulsion Module.

40

Такие параметры назывались в материалах к запуску двух КА в 1977 г. и были повторены в феврале 1979 г. перед встречей с Юпитером. Однако в ноябре 1980 г. перед встречей с Сатурном NASA опубликовало другие данные: масса КА – 825 кг, двигательного модуля – 1207 кг, конического адаптера – 36 кг, суммарная масса полезного груза – 2066 кг. Каких-либо объяснений по этому поводу сделано не было.

41

В ракетную и космическую технику эти термины пришли из авиации: угол тангажа характеризует подъем или опускание «носа» изделия, угол рысканья говорит о его отклонении влево или вправо, а угол крена (или вращения) – о повороте относительно продольной оси. Не на всяком космическом аппарате можно с первого взгляда понять, какая ось куда направлена и как следует называть тот или иной разворот.

42

На обратной его стороне была размещена тестовая мишень для калибровки научной аппаратуры.

43

Computer Command Subsystem.

44

Command Detector Unit.

45

Fault Protection Algorithm.

46

Hybrid Processing Attitude Control Electronics.

47

Attitude and Articulation Control System.

48

Flight Data System.

49

Digital Tape Recorder.

50

На управление аппаратом и обработку научных данных в течение пяти дополнительных лет полета (1981–1986) нужно было около 100 млн долларов. Поэтому окончательное решение о продлении полета до Урана было принято лишь в ноябре 1980 г.

51

Аппарат VGR 77–1 остался в JPL в качестве испытательного стенда.

52

На VGR 77–2 эту операцию провели еще 25 июня.

53

Восточное летнее время.

54

Аналогичный инцидент повторился 25 августа в 06:25.

55

Trajectory Correction Maneuver. Буква A соответствовала «Вояджеру-1».

56

Первые 80 суток полета оба аппарата вели передачу в S-диапазоне через антенну LGA с типовой скоростью 2560 бит/с. На этой отметке планировалось переключение на HGA и на передачу в обоих частотных диапазонах.

57

Еще один подобный прогрев провели в январе 1979 г.

58

Cruise Science Maneuver.

59

Tracking Loop Capacitor.

60

По расчетам, изменение температуры запасного приемника всего на 0,25° могло увести частоту из доступного диапазона. Последующий опыт показал, что такое действительно возможно. На время необходимых операций, которые могли бы привести к изменению теплового режима, стали вводить мораторий на выдачу команд на борт продолжительностью до 72 часов.

61

Back-up Mission Load.

62

Буквой J, как несложно догадаться, обозначался расчетный момент прохождения на минимальном расстоянии от Юпитера.

63

В документах встречаются две разные даты этого испытания – 29 декабря 1977 г. или 1978 г.

64

Mini Cruise Science Maneuver.

65

Именно ее в основном видел «Пионер-10» в 1973 г.

66

В 1986 г., после нового анализа данных «Вояджеров», была найдена третья кольцевая структура, внешняя по отношению к яркому кольцу.

67

Эти обозначения расшифровывались так: КА встречается с Ганимедом ранее Юпитера, а с Титаном ранее Сатурна, через 23 и 20 витков этих спутников после неких базовых дат идеальной трассы. Траектория, по которой проследовал «Вояджер-1», имела обозначение IA19/TB2, что соответствовало пролету Ио после Юпитера и встречу с Титаном ранее Сатурна.

68

Сразу после встречи с Юпитером администратор NASA Джеймс Флетчер присвоил аппарату новое название «Пионер-Сатурн» (Pioneer Saturn), но впоследствии это имя забылось.

69

В книге Voyages to Saturn это время ошибочно сдвинуто еще на 86 минут вправо.

70

По данным Роберта Джейкобсона и других исследователей; соответствует 16:31:24 эфемеридного времени и 17:56:53 по времени прихода сигнала. Заявленное NASA расчетное время пролета Сатурна 16:34 UTC было заведомо неточным – оно соответствовало «круглому» времени прихода сигнала 18:00.

71

Интересная деталь: команда Дана Паску работала на 155-сантиметровом рефлекторе Военно-морской обсерватории во Флагстаффе, оснащенном коронографом и ПЗС-приемником размером 500×500 элементов, который изготовили для будущей широкопольной и планетарной камеры WF/PC Космического телескопа.

72

Delta Differential One-way Ranging.

73

Планировавшаяся на лето 1979 г. коррекция TCM-A6 не потребовалась.

74

Время прохождения сигнала составляло 84 мин 47 с, так что на Землю информация об этом пришла уже в 00:50.

75

Для сравнения: у Юпитера на орбите Ио эта скорость не превышала 77 км/с.

76

По публикациям 1982–1984 гг., из которых заимствованы и другие данные по временам пролета и расстояниям до Сатурна и его спутников. Уточненный по современным моделям движения момент наибольшего сближения – 23:45:43 UTC по бортовому времени.

77

Деление Кассини между кольцами A и B по высоте примерно соответствует стационарной орбите над планетой, так что период обращения материала кольца B немного меньше, чем у самого Сатурна.

78

На Сатурне, экватор которого наклонен на 26,7° к плоскости орбиты, времена года хорошо выражены. Момент пролета «Вояджера-1» в земных терминах соответствовал середине апреля, а «Вояджера-2» – началу мая.

79

В этот день радиосигнал от Сатурна шел 86 мин 09 с, и с такой же задержкой на Земле получали информацию о работе «Вояджера».

80

Даже его размеры не удалось надежно определить: по горячим следам они оценивались в 360×210 км, в справочнике 1982 г. было указано 410×260×220 км, а по современным данным Гиперион «похудел» до 328×260×214 км.

81

Для определенности отметим, что в публикациях 1981–1982 гг. американцы называли этот просвет шириной 340 км щелью Килера – в честь Джеймса Эдварда Килера, который уверенно наблюдал его в начале 1888 г. Однако в итоге за щелью закрепилось название «деление Энке», данное самим Килером в честь Йоханна Франца Энке, который сообщил о его открытии еще в 1837 г. Но и название «щель Килера» было сохранено, только оно перешло к другому, совсем узенькому, в 40 км шириной, просвету в кольце A.

82

Campbell J.K., Jacobson R. A., Riedel J. E., Synnott S. P., Taylor A. H. Voyager I and Voyager II Saturn Encounter Orbit Determination (AIAA-82–0419) // AIAA 20th Aerospace Sciences Meeting, January 11–14, 1982, Orlando, Florida.

83

Готтфрид Штайгманн в 1978 г. предположил существование шестого спутника, малютки диаметром всего 30 км на орбите радиусом 105 221 км, но эта гипотеза не нашла подтверждения.

84

Late Stored Update.

85

Время распространения сигнала от КА до Земли в период встречи с Ураном изменялось от 2 ч 40 мин до 2 ч 45 мин.

86

Номер B722 был пропущен.

87

Для этого пришлось уменьшить на один число кадров Миранды.

88

Первые ее результаты легли в основу серии статей в номере Science за 4 июля 1986 г., а уточнения публиковались на протяжении еще нескольких лет.

89

National Radio Astronomy Observatory.

90

Как мы помним, «Вояджер-1» в результате пролета Сатурна и Титана в ноябре 1980 г. приобрел скорость, направленную под 35° к северу от плоскости эклиптики.

91

Примерно 70 инженеров, занятых анализом и прогнозом состояния КА; 30 человек, составляющих рабочие программы; 10 баллистиков, занимающихся измерениями и прогнозом движения Нептуна и его спутников, и такое же количество специалистов, определяющих положение «Вояджера» и рассчитывающих коррекции; 45 человек в группе управления и 11 научных руководителей экспериментов.

92

Цит. по: Thomas H. Maugh II. Voyager Photographs Show Third Moon Orbiting the Planet Neptune // Los Angeles Times, July 8, 1989.

93

Spacecraft Health Automated Reasoning Prototype.

94

Параллельно «усохла» и Нереида – до «не более 400 км».

95

Из-за неточного знания эфемериды Нептуна, который оказался на этом участке орбиты немного ближе к Солнцу, ожидаемое время прилета оказалось раньше запланированного.

96

Контрольные измерения в этой же области были сделаны за восемь – десять часов до пролета.

97

«Вояджер-1», четвертый уходящий от Солнца аппарат, участвовать в расследовании не мог – на нем плазменный инструмент PLS отказал еще в ноябре 1980 г.

98

Перед этим, 21 августа, она потрепала «Пионер-11» в 34 а.е. от Солнца.

99

Message Found in Space // The New York Times, March 4, 1972.

100

В 1994 г. Карл Саган выпустил научно-популярную книгу, которая так и называлась – «Голубая точка» (Pale Blue Dot). См.: Саган К. Голубая точка: Космическое будущее человечества. – М.: Альпина нон-фикшн, 2022.

101

Advanced Multimission Operations System.

102

Voyager Alarm Monitor Processor Including Remote Examination.

103

Monitor/Analyzer of Real-time Voyager Engineering Link.

104

Последний термин не является общеупотребительным; часто говорят о сверхжестком или экстремальном ультрафиолете.

105

Чувствительность PLS на «Вояджере-1» резко ухудшилась еще в 1980 г., так что этот прибор почти перестал давать полезную информацию. Он был выключен 18 апреля и обесточен 11 июля 2000 г., возвращен в работу в 2004 г. с приближением к ударной волне и окончательно выведен из эксплуатации с 1 февраля 2007 г.

106

Hybrid Buffer Interface Circuits.

107

Interstellar Boundary Explorer.

108

JPL Release 2000-131.

109

JPL Release 2012-381.

110

В том смысле, что направление его движения было выбрано людьми, хотя цель сближения с этой конкретной звездой, разумеется, не ставилась.

111

По тем же причинам нельзя воспринимать буквально и опубликованные сведения о звездах, с которыми сблизится «Пионер-10». Это все те же звезда Барнарда (3,8 св. года в 12 490 г. от Рождества Христова), Ross 248 (3,2 св. года, 34 593 г.) и Альтаир (около 0,8 млн лет).

112

https://www.presidency.ucsb.edu/documents/voyager-spacecraft-statement-the-president.