Кдалеким пределам: отсолнца досамых доокраин

      Комментарии к записи Кдалеким пределам: отсолнца досамых доокраин отключены

Кдалеким пределам: отсолнца досамых доокраин

    Природное любопытство подталкивает человека к изучению всего, до чего он не имеет возможности дотянуться. Если не хватает длины рук, приходится применять космические суда Венера и Меркурий Марс юпитер и Сатурн Нептун, Уран, Плутон

Эту прекрасную дюжину стоит перечислить поименно. Стартовавший 30 мая 1971 года Mariner 9 через пять с половиной месяцев вышел на околомарсианскую орбиту и превратился в первоначальный неестественный спутник второй планеты. После этого в космос отправились близнецы Pioneer 10 и Pioneer 11, каковые первыми пересекли пояс астероидов и отправили на Землю данные, собранную в окрестностях Сатурна и юпитера.

В ноябре 1973 года в сторону Солнца ушел Mariner 10, что первым прошел рядом от Меркурия и запечатлел его на фотоснимках.

В 1974—1976 годах американо-германские аппараты Helios 1 и Helios 2 подошли на рекордно родные расстояния к Солнцу, а спускаемые аппараты двух станций Viking благополучно сели на Марс. Во второй половине 70-ых годов XX века были запущены Voyager 1, что подробно изучил Сатурн и юпитер, и Voyager 2, совершивший пролет мимо Нептуна и Урана. И наконец, еще через год Pioneer Venus 1 произвел радиолокационное картирование поверхности Венеры, а Pioneer Venus 2 послал в ее воздух четыре зонда с измерительной аппаратурой.

Особенное место в данной плеяде занимают сверхдальние полеты. Венеры и Исследования Марса посредством космических аппаратов начались еще в 1960-х, а вот рывок за пояс астероидов был революционным. Полеты «Пионеров» и «Вояджеров» заложили фундамент для миссий аппаратов Galileo, Cassini и New Horizons.

Первая миссия уже закончена, вторая в самом разгаре, а третья вступит в активную фазу только в 2015 году, в то время, когда корабль приблизится к Плутону.

Последние «Пионеры»

Американская космонавтика освоила наименование Pioneer в начале космической эры. Тогда его носили шесть маленьких аппаратов, сконструированных в Лаборатории космических разработок ВВС по большей части для полетов к Луне. Первый из них стартовал 17 августа 1958 года (еще до учреждения NASA), но ракета-носитель взорвалась, чуть оторвавшись от почвы.

Знаком данной неудачи стала необыкновенная нумерация опыта — Pioneer 0. Запуск 23-килограммового зонда Pioneer 1 стал первой миссией NASA (спустя всего 11 дней по окончании официального рождения космического ведомства). Он удалился от Почвы на рекордное по тем временам расстояние 113 800 км и сгорел в воздухе при возвращении. «Пионеры» с номерами 2, 3 и 4 кроме этого не выполнили собственной задачи. Но последний аппарат серии, 43-килограммовый Pioneer 5, весной 1960 года с успехом осуществил серию измерений магнитных полей, космических лучей и солнечного ветра в пространстве между Венерой и Землёй.

«Пионеры» второго поколения делали работу солнечных сторожей. В 1965—1968 годах четыре таких зонда весом от 138 до 147 кг были выведены на околосолнечные орбиты, не через чур отличающиеся от земной. Они проводили те же измерения, что и Pioneer 5, но посредством более идеальных устройств.

Pioneer 9 перестал работать в первой половине 80-ых годов XX века, остальные продержались большое количество продолжительнее (последний телеметрический контакт с зондом Pioneer 6 имел место в декабре 2000 года).

А позднее произошла забавная история, имеющая отношение не только к науке, но и к бюрократии. NASA собиралось запустить еще два «Пионера», предназначенных для мониторинга солнечного ветра на расстояниях до 4 а.е. (астрономических единиц) от отечественного светила. Эти проекты, как и прошлые, пребывали под руководством Отдела космической астрономии и физики.

Но в конце 1967 года их передали Отделу лунных и планетарных программ, легко дабы чем-нибудь занять его работников, не имевших заданий на 1970-е годы. Начальники этого подразделения NASA Дон Хирт и Роберт Кремер решили послать зонды подальше, более чем на 5 а.е., и не в безлюдный космос, а в окрестности Юпитера. По окончании продолжительных дискуссий это предложение было утверждено 8 февраля 1969 года.

На той стадии предполагалось, что зонды возьмут однообразные задания и второй по времени запуска «Пионер» будет дублером первого.

Совсем вторая миссия

Конструкцию зондов, конечно, было нужно разрабатывать заново. В первую очередь встал вопрос об источнике электричества. Солнечные панели, каковые снабжали энергией прошлые «Пионеры», вблизи Юпитера давали бы через чур не сильный ток, а емкости аккумуляторная батарей очевидно было бы мало. Конструкторы сделали выбор в пользу новейших радиоизотопных термоэлектрических генераторов SNAP-19, трудящихся от тепла, выделяющегося при распаде плутония-238.

Рабочая группа по ядерной энергии предоставила их NASA безвозмездно, потому, что желала испытать эти устройства в открытом космосе. Любой зонд нес четыре генератора, попарно установленных на двух трехметровых штангах (это было сделано чтобы не было действия радиации на измерительные устройства). На старте они давали в сумме около 155 Вт, на пролете вблизи Юпитера на 10% меньше, но этого было достаточно.

Оба «Пионера», изготовленные корпорацией TRW, были практически однообразны и по массе (258 и 259 кг) и по начинке. Любой нес 11 научных инструментов (плазменный анализатор, детектор космической пыли и т. п.). Но бортовых компьютеров они не имели (эра процессоров еще не настала!) и потому трудились только по командам с Почвы.

Не несли они и фотокамер. Для хороших съемок корабль необходимо стабилизировать по всем трем осям, что требует установки гироскопов и корректирующих двигателей, а это указывает лишнюю массу и топлива и лишний расход электроэнергии. Было решено, что в полете любой из судов может вращаться около продольной оси, но его параболическая радиоантенна обязана неизменно наблюдать на Землю.

Научных начальников проекта не через чур интересовали снимки Юпитера, им была нужна информация о его магнитосфере и другие физические характеристики, каковые возможно замерить при любом положении датчиков. Однако в NASA осознавали, что публика не забудет обиду отсутствия эффектных картин.

Проблему разрешил Том Герелс из Аризонского университета, что сконструировал специально для «Пионеров» так называемый изображающий фотополяриметр — умный оптический прибор, талантливый трудиться на вращающейся платформе. На Земле его сигналы расшифровывались посредством компьютерной программы, трансформирующей их в фотоизображения, правда не наилучшего качества.

«Пионеры» в полете

2 марта 1972 года ракета Atlas/Centaur вознесла в небо Pioneer 10. Он благополучно пересек пояс астероидов (что, как выяснилось, содержит ненамного больше микрочастиц, чем его окрестности) и 3 декабря состоялся в 200 000 км над облачным покровом Юпитера. Фотополяриметр Герелса трудился безупречно, зонд сделал четыре много снимков, многие из которых публика с наслаждением лицезрела и на экранах телевизоров, и на страницах журналов и газет.

Остальные устройства собрали значительно более полезную данные о полях и частицах вблизи планеты, но увлекательной она была только для экспертов.

Pioneer 11 покинул стартовый стол 5 апреля 1973 года. 4 декабря он состоялся в 34 тысячах километров от Юпитера и послал на Землю отличные изображения Красного пятна и неосуществимые для съемки с Почвы фотографии южной полярной территории планеты, а заодно и «взвесил» ее спутник Каллисто. Но на этом его миссия не закончилась. Совершив гравитационный маневр вблизи Юпитера, Pioneer 11 отправился на рандеву с Сатурном по долгой дуге, огибающей Солнце.

1 сентября 1979 года зонд подошел к окольцованной планете на 21 000 км. Изотопные генераторы не подвели — кроме того тогда они производили около 100 Вт. Устройства выяснили характеристики магнитного поля Сатурна и послали на Землю эффектные снимки, на которых было найдено малоизвестное ранее кольцо (кольцо Е).

Аппаратура судов сохраняла исправность еще много лет по окончании рандеву с планетами. Pioneer 11 прекратил выходить на сообщение в ноябре 1995 года, по окончании того как удалился от Солнца на 6,5 млрд. км. Pioneer 10 продержался продолжительнее, в марте 1997-го NASA отметило его 25-летие и сказало о завершении его исследовательской программы (официальная версия — мощность генераторов так упала, что устройства не смогут трудиться). Но сигналы с зонда поступали еще весьма долго (в последний раз — 23 января 2003 года).

на данный момент Pioneer 10 ушел от Солнца приблизительно на 93 а.е. Он спешит через космическую вакуум к любимой фантастами звезде Альдебаран и приблизится к ней через 1,7 млн. лет.

Громадный тур

Отсылка последнего «Пионера» к Сатурну посредством гравитационного маневра в поле тяготения Юпитера была результатом опыта, кроме того не включенного в начальную программу. Но применение Юпитера для отправки «Вояджеров» к дальним планетам планировалось сначала, и даты запуска выбирались как раз с таким расчетом.

Пускай космический аппарат огибает планету по разомкнутой (гиперболической) траектории. Приближаясь к небесному телу, корабль разгоняется за счет его притяжения, а отдаляясь — тормозится. Из законов механики направляться, что его скорость по отношению к планете изменится только по направлению, но не по величине.

Но так как и планета не следует на месте, а обращается около Солнца. Траекторию подхода возможно вычислить так, дабы планета «потащила» корабль за собой и относительно Солнца его скорость возросла. В максимуме прирост равен удвоенной орбитальной скорости планеты (для Юпитера чуть больше 13 км/с). Это и имеется гравитационная праща, она же рогатка.

Ее эффективность возможно расширить посредством маршевого двигателя корабля, включать что удачнее всего на минимальной растоянию от планеты.

В первой половине 60-ых годов XX века сотрудник Лаборатории реактивного перемещения Калифорнийского технологического университета Майкл Минович вычислил данный гравитационный маневр для многократных «перескоков» между планетами. Спустя четыре года аспирант Калтеха Гэри Фландро продемонстрировал, что в конце 1970-х планеты-гиганты будут расположены так, что Юпитер сможет перебросить корабль к Сатурну, тот — к Урану, а Уран — к Плутону.

Данный маршрут с тройным применением гравитационного маневра назвали Громадным туром (Grand Tour). Ширина расчетного окна для запуска составляла всего три года (1976−1979), а очередная возможность для того чтобы рода маячила только в середине XXII столетия.

Советы Фландро были услышаны. Во второй половине 60-ых годов двадцатого века Хирт и Кремер организовали группу по изучению внешних планет, которая советовала послать в дальний космос сходу две автоматические станции, одну — в Громадный тур, а другую — сперва к Сатурну, а позже к Плутону (данный маршрут также вычислил Фландро). Утверждение программы затянулось из-за бюджетных неприятностей NASA, так что ее претворение в судьбу началось только в первой половине 70-ых годов двадцатого века.

Научная проработка проекта и монтаж станций производились в Лаборатории реактивного перемещения. Ее сотрудники кроме того устроили конкурс (приз — ящик шампанского) на лучшее наименование судов. Победил вариант Voyagers — «Путешественники», что NASA официально утвердило в марте 1977 года.

К далеким мирам

20 августа (Voyager 2) и 5 сентября (Voyager 1) 1977 года суда ушли в космос. Нумерация подразумевала, что Voyager 1 первым достигнет Юпитера: он завершил данный пролет 5 марта 1979 года, а его партнер Voyager 2 — 9 июля того же года. Уже тогда экспедиция дала богатейшие результаты. В общем итоге суда сделали 52 000 фотографий и выполнили множество физических измерений.

Они первыми замечали неразличимое с Почвы юпитерианское кольцо, распознали три малоизвестных дотоле луны, Адрастею, Метиду и Фебу, и, что стало настоящей сенсацией, нашли активные вулканы на Ио, одном из четырех спутников, открытых Галилеем. После этого настала очередь Сатурна, что зонды посетили в ноябре 1980 года и в августе 1981-го.

Они выяснили протяженность сатурнианских дней (10 часов 39 мин. 44 секунд), состав воздуха (7% гелия, другое — водород), поняли, что скорость ветра на экваторе планеты достигает 500 м/с. Voyager 1 уделил особенное внимание Титану, самой большой из сатурнианских лун, которая, как выяснилось, окружена плотной воздухом, по большей части азотной.

По окончании Сатурна пути судов разошлись. Первый «Вояджер» по окончании сближения с Титаном покинул плоскость эклиптики (и посему не смог уйти на рандеву с Плутоном), а второй отправился к внешним планетам-гигантам. 24 января 1986 года он совершил пролет мимо Урана, отправил неповторимые снимки пяти его наибольших спутников и открыл еще дюжина сателлитов меньшего калибра.

Еще во второй половине 70-ых годов XX века астрологи выяснили, что Уран окружен кольцами, не смотря на то, что и не идущими ни в какое сравнение с кольцами Сатурна. Voyager 2 прояснил множество узких подробностей структуры уже известных колец, нашёл два новых и установил, что Уран делает полный оборот около собственной оси за 17 часов 14 мин.. Но, как поведал «ПМ» основной научный руководитель проекта Эдуард Стоун, самым громадным сюрпризом были результаты магнитометрических измерений.

В далеком прошлом как мы знаем, что Уран вращается «на боку», потому, что его ось практически совершенно верно лежит в плоскости эклиптики. Сейчас оказалось, что его магнитные полюса расположены не в сравнительной близости от географических, как на Земле, Сатурне и юпитере, а отстоят от них приблизительно на 60 градусов по широте. По словам Стоуна, планетологов кроме этого очень поразили каньоны глубиной до двадцати километров на Миранде, одной из лун Урана, диаметр которой и образовывает всего-то пять сотен километров.

25 августа 1989 года Voyager 2 состоялся в 4950 км над северным полюсом Нептуна. Он обследовал его «ветхие» луны Тритон и Нереиду и добавил к перечню его спутников еще шесть (диаметром от 400 до 50 км). Он увидел кроме этого, что Нептун окружен тройкой совсем уж разреженных колец, и углядел на Тритоне замечательные газовые гейзеры высотой в пара километров. Доктор наук Стоун очень подчернул, что Нептун был полным рекордсменом Нашей системы по части скорости ветров, которая в том месте достигает 2200 км/ч.

Это особенно необычно, в случае если учесть, что эта планета приобретает в расчете на единицу площади в 900 раз меньше солнечного тепла, нежели Почва. Магнитные полюса Нептуна также удалены от географических, не смотря на то, что и не так существенно, как на Уране.

Об отправке на Марс пилотируемой миссии просматривайте на сайте особого проекта издания: «Отечественный Марс».

Странности «Пионеров»

Полет «Пионеров» покинул не решенную до сих пор проблему. В то время, когда их расстояние от Солнца превысило 15 а.е., допплеровские измерения продемонстрировали, что оба зонда чуть-чуть отклонились от расчетных траекторий.

Было похоже, что на них действует направленная к Солнцу сила, создающая ускорение порядка одной десятимиллиардной доли g. Как поведал «ПМ» бывший менеджер этого проекта Ларри Лашер, ученые перебрали все мыслимые обстоятельства девиаций — неполадки в работе радиопередатчиков, утечку газов, давление солнечной радиации либо солнечного ветра, притяжение со стороны тел пояса Койпера а также действие чёрной материи и трансформации хода времени, предписанного неспециализированной теорией относительности. Но расчеты продемонстрировали, что ни один из этих факторов не может породить ускорение замечаемой величины.

Так что до тех пор пока тайная остается. Но в Лаборатории реактивного перемещения (JPL) NASA ее пробует разгадать несколько исследователей под управлением выпускника физфака МГУ Вячеслава Турышева. В их распоряжении — правильная копия зонда и все сведенья телеметрии.

По словам Турышева, возможно сохранять надежду, что через год-второй обстоятельство странности удастся узнать.

Межзвездные открытки

«Пионеры» несли с собой позолоченные алюминиевые пластинки (15х22 см) с посланиями жителям космоса. По окончании разгона в гравитационном поле Юпитера зондам предстояло, порвав путы солнечного тяготения, уйти в межзвездное пространство. Научный корреспондент газеты Christian Science Monitor Эрик Бёргесс решил воспользоваться возможностью связаться с внеземным разумом.

Он обсудил это с астрологом Карлом Саганом, что заручился помощью радиоастронома Фрэнка Дрейка, организатора проектов поиска космических цивилизаций Ozma и SETI. Дрейк внес предложение изготовить межзвездные почтовые открытки, которые содержат сведения о Солнечной совокупности и жителях Почвы.

Главную смысловую нагрузку несло символическое изображение перехода электрона атома водорода из главного состояния со поясницей, параллельным пояснице ядра, в состояние со поясницей противоположной ориентации. При переходах излучаются радиоволны длиной 21 см и частотой 1420 МГц. Космическое пространство изобилует атомами водорода и потому заполнено этим излучением.

Саган и Дрейк полагали, эта картина окажет помощь потенциальным адресатам послания расшифровать главную его часть, точку с 15 лучами. Лучи задают направление от Солнца на центр отечественной Галактики и на 14 пульсаров. Длины лучей пропорциональны расстояниям до объектов, на каковые они направлены.

На любой луч наложены числа в бинарной записи, равные периодам пульсаров, выраженным через протяженность одного цикла водородного излучения (следовательно, единицей времени помогает 1/1420 000 000 с). Потому, что периоды пульсаров неспешно возрастают, умные жители космоса смогут на базе данной информации вычислить дату запуска носителя послания. В нижней части «открытки» — схематическое изображение Солнца и девяти планет с траекторией зондов.

Рукой жены Сагана Линды на «открытке» контурно изображены обнаженные женщина и мужчина, рядом с которой нанесена бинарная восьмерка (21х8 см — обычный женский рост). Кое-какие анатомические подробности Саган решил опустить, опасаясь того, что пуритански настроенные госслужащие «зарежут» проект. Не обращая внимания на это, газеты публиковали письма читателей, обвиняющих NASA в том, что «на деньги плательщиков налогов в космос отправляют возмутительные картины».

Поднятая рука также послужила предлогом для скандала: феминистки обиделись, что приветственный жест делает лишь мужчина, а один из бдительных граждан кроме того усмотрел в поднятой руке нацистский салют.

«Путешественники»

«Вояджеры», как и «Пионеры», близнецы. Их стартовая масса составляла около 820 кг, исходя из этого для запуска потребовалась более замечательная ракета-носитель Titan III E/Centaur. Аппаратура приобретает питание от трех радиоизотопных генераторов с начальным выходом около 470 Вт.

В отличие от предшественников, в полете эти суда стабилизируются по всем трем координатным осям посредством гироскопов и шестнадцати гидразиновых ракетных двигателей. Именно поэтому зонды отправляли на Землю очень качественные изображения планет и их спутников, выполненные широкоугольной камерой для обзорных съемок и длиннофокусной камерой большого разрешения. «Вояджеры» оснащены бортовыми компьютерными совокупностями, которых еще не было на «Пионерах».

Ну и само собой разумеется, они нафаршированы измерительной аппаратурой: магнитометрами, спектрометрами, детекторами космических лучей и плазмы, приемниками планетарного радиоизлучения. «Вояджеры» несут кроме этого послания космическим цивилизациям. Двенадцатидюймовые бронзовые диски с золотым покрытием помещены в особые футляры, на каковые нанесены графические указания для расшифровки записей. Картридж с иглой для проигрывания этих грампластинок с аналоговыми записями закреплен рядом.

Любой диск хранит 115 картин (оплодотворенная яйцеклетка, строение ДНК, снежинка, фотография группы детей и т. п.); разные звуки — шум дождя, птичье пение, поцелуй; полуторачасовую запись музыкальных произведений (из русских композиторов выбрали Игоря Стравинского); краткие приветствия на пятидесяти пяти современных и древних языках (на русском — «Здравствуйте, приветствую вас!»), и напечатанные обращения к братьям по разуму тогдашних аммериканского президента Джимми Картера и генсека ООН Курта Вальдхайма.

Хронология полета

Оба «Вояджера» активны и поныне. Их генераторы дают хватает энергии и для связи с Почвой, и для научной аппаратуры, большинство которой действует в штатном режиме. Ожидается, что кое-какие устройства смогут функционировать до 2020 года (действительно, гироскопы продержатся лет на десять меньше). Еще 17 февраля 1998 года Voyager 1 стал самым далеким от Солнца творением людских рук (ранее данный рекорд держал Pioneer 10).

15 августа прошлого года он удалился от Солнца на 100 а.е. — 15 млрд. километров. В 2015-м он обязан пересечь гелиопаузу, внешнюю границу Нашей системы и углубиться в межзвездное пространство. Его собрат Voyager 2 на данный момент ушел на 82 а.е. от Солнца.

Статья размещена в издании «Популярная механика» (№53, март 2007).

Вычисление пределов #10


Интересные записи на сайте:

Подобранные по важим запросам, статьи по теме: