Сатурн - Властелин Колец
Заходите к нам на форум: задавайте вопросы - получайте ответы!
Исследование Солнечной Системы - Сатурн
 Исследователи
АМС "Voyager"
Страница: Аппарат АМС "Вояджер-1", АМС "Вояджер-2" и Пионер-11, Вояджеры летят к Сатурну (Part #1, Part #2, Part #3, Part #4);
Сатурн: Властелин Колец

"Пионер-11" исследует Сатурн

САТУРН: МИР ЧУДЕС


    ...Это время в истории астрономии и космонавтики стоило бы назвать Годом Сатурна. За период с августа 1979 по сентябрь 1981 г. планету, ее кольца и спутники впервые исследовали земные космические аппараты, и не один, а три подряд. За это же время Земля трижды проходила через плоскость колец, что позволило пронаблюдать и наконец-то пересчитать малые луны Сатурна. Поэтому рассказ о встречах «Вояджеров» с Сатурном мы начнем с «Пионера-11» и с краткой истории открытий малых спутников планеты.

Первая разведка Сатурна

    Итак, предваряя визиты «Вояджеров», в августе-сентябре 1979 г. систему Сатурна посетила американская станция Pioneer 11. Этот аппарат был запущен к Юпитеру в ночь на б апреля 1973 г., спустя год после Pioneer 10. Две станции были почти точными копиями друг друга, но на Pioneer 11 был установлен 12-й научный прибор - трехкомпонентный магнитометр, рассчитанный на измерение особо сильных магнитных полей.
    Первоначальная точка прицеливания КА Pioneer 11, заданная коррекциями 11 и 26 апреля (38.04 и 1.06 м/с соответственно), находилась в 20000 км «справа» от Юпитера, если смотреть с Земли. Позднее предполагалось скорректировать ее так, чтобы станция прошла 5 декабря 1974 г. примерно в 113000 км от центра планеты и в 42000 км над облаками.
    После того, как 4 декабря 1973 г. «десятый» благополучно промчался со скоростью 36.7 км/с на расстоянии 202756 км от центра Юпитера и на высоте 131358 км над его видимой поверхностью, выполнив программу исследований почти полностью, стало ясно, что «одиннадцатый» можно провести значительно ниже и за счет этого перенаправить к Сатурну. Особенно настаивал на близком пролете Джеймс Ван Аллен (James A. Van Allen), патриарх американской космической физики и постановщик эксперимента с гейгеровским телескопом GTT на «Пионерах».

Траектория полета АМС Pioneer 11
PIONEER 11 ИССЛЕДУЕТ САТУРН

    В марте 1974 г. NASA объявило, что план Ван Аллена принят. Правда, первоначально выбранную траекторию с точкой прицеливания слева от Юпитера сочли слишком опасной. Было решено идти в облет значительно южнее, чтобы пройти перииовий на высоте 43000 км над 51.8° ю.ш. Это позволяло, во-первых, быстро пересечь экваториальные области интенсивной радиации (суммарная доза ожидалась такого же порядка, как и у Pioneer 10), а во-вторых, впервые взглянуть на полярные области планеты.
    19 апреля 1974 г., через месяц после выхода «Пионера-11» из пояса астероидов, была проведена коррекция с приращением скорости 63.7 м/с для выхода в эту новую точку прицеливания. А 3 декабря в 05:21:39 UTC по бортовому времени аппарат выполнил второй в истории пролет Юпитера, пройдя на расстоянии 113 850 км от его центра и на высоте 42450 км над поверхностью облаков на фантастической скорости - 48.06 км/с.
    С помощью видового фотополяриметра Pioneer 11 сделал серию из 22 качественных снимков Юпитера, включая детальные кадры Большого Красного пятна и северной полярной области планеты, где были найдены атмосферные вихри вместо обычных для экваториальной зоны полос. Он передал первый снимок Ио с близкого расстояния и продолжил исследование сложных процессов в магнитосфере планеты.
    Но операторы и ученые не зря опасались радиационных поясов Юпитера: из-за формирования ложных команд ИК-радиометр не выполнил съемку северного полушария, а детектор астероидных и метеороидных частиц, называемый также Sisyphus («Сизиф»), был так поврежден радиацией, что сам стал генерировать ложные команды, из-за чего был окончательно выключен 16 августа 1975 г. (Более того, в ходе поиска источника ложных команд в апреле 1975 г. был приведен в нерабочее состояние анализатор плазмы, который с трудом удалось вернуть в строй лишь в ноябре 1977 г.!)
    Pioneer 11 прошел за Юпитером в почти меридиональном направлении - с юга на север. Как и планировалось, планета сыграла аппаратом в гравитационный «футбол» и, если так можно выразиться, нанесла ему «удар в падении через себя». После облета станцию «подбросило» к северу от эклиптики, и от Юпитера она пошла вверх и назад, наискосок через внутреннюю область Солнечной системы на другой ее край по огромной дуге длиной 2.4 млрд км. Наклонение новой гелиоцентрической орбиты было 15.32°, а перигелий - 3.718 а.е. - находился на треть ближе к Солнцу, чем Юпитер.
    Отклонение траектории пролета Юпитера от расчетной было неизбежно: даже после визита «Пионера-10» положение планеты удавалось предсказывать лишь с точностью порядка 300 км, и в точку перицентра Pioneer 11 прошел с опозданием на 20 секунд. Навигационные измерения после ухода «одиннадцатого» из окрестностей Юпитера показали, что станция пройдет примерно в 2 млн км от Сатурна. Поэтому Pioneer 11 провел две существенные коррекции - 18 декабря 1975 г. величиной 30.1 м/с для компенсации погрешности траектории пролета Юпитера и 26 мая 1976 г. на 16.6 м/с для нацеливания на Сатурн.

Структура колец Сатурна
PIONEER 11 ИССЛЕДУЕТ САТУРН

    Свой перигелий станция прошла 2 февраля 1976 г. Максимальный подъем аппарата над плоскостью эклиптики составил 1.096 а.е. (164 млн км) - на такую высоту Pioneer 11 забрался 7 августа 1976 г.; наибольшая высота над солнечным экватором достигала 17° с. ш. В ходе полета аппарат пересек токовый слой гелиосферы - границу в виде искривленного диска - и перешел из южного магнитного полушария в северное. Ученые убедились, что у Солнца простое дипольное магнитное поле - по крайней мере, в этой фазе солнечного цикла.
    10 июня 1977 г. станция вновь вышла за пределы орбиты Юпитера, а тем временем на Земле шли ожесточенные дискуссии: по какой трассе проходить у Сатурна. Научные руководители экспериментов подавляющим большинством голосов (11 против одного) высказались за «полет камикадзе» между кольцами и поверхностью планеты, а точнее, в 3600 км от внутреннего края яркого кольца С и затем всего в 6000 км над поверхностью Сатурна, под углом 16.5° к плоскости экватора и колец.
    Правда, по данным наземных наблюдений там просматривалось очень слабое кольцо D, но ученые готовы были рискнуть. Ведь в случае успеха сразу после облета планеты станция выходила к Титану, крупнейшему спутнику Сатурна, и могла исследовать его с дистанции всего в 20000 км; ближе ученые проходить не хотели, чтобы не заразить случайно Титан земными бактериями (!). Кроме того, можно было определить массу системы колец, разобраться с особенностями гравитационного поля и внутреннего строения планеты и выяснить источник частиц в ее магнитосфере.
    Отдельные «горячие головы» предлагали вместо этого пройти сквозь деление Кассини между кольцами А и В, но это уже была бы полная авантюра.
    Существовал и третий вариант трассы с двойным пересечением плоскости колец за пределами яркого внешнего кольца А, которое заканчивалось в 136800 км от центра Сатурна и в 76 500 км над поверхностью планеты. Правда, здесь на пути станции также лежало едва заметное кольцо Е, но этот вариант казался более безопасным и к тому же соответствовал расчетной геометрии будущего пролета у Сатурна станции Voyager 2 в случае направления ее от Сатурна к Урану.

Траектория полета КА Пионер-11 у Сатурна
PIONEER 11 ИССЛЕДУЕТ САТУРН

    По настоятельной просьбе руководителей проекта Voyager заместитель администратора NASA по космической науке Ноэл Хиннерс (Noel W. Hinners) и директор планетарных программ Томас Янг (A. Thomas Young) приняли решение провести Pioneer 11 именно по этой «внешней» трассе, с пересечением экваториальной плоскости на расстоянии 30000 км от внешнего края видимого кольца и с последующим прохождением в 25000 км над видимой поверхностью Сатурна.
    Янг подчеркнул, что в случае успеха «Пионера» желание NASA направить Voyager 2 к Урану укрепится и сохранится даже в том случае, если Voyager 1 не сможет решить все задачи исследования системы Сатурна. Вот только возможностью близкого знакомства «Пионера» с Титаном пришлось пожертвовать...

«Не думай о секундах свысока...»
    Различие между временем события на борту и временем приема сигнала на Земле - наиболее частый источник ошибок в описании полета дальних АМС. Другой, не столь очевидный, - разница между эфемеридным (земным динамическим) временем ЕТ (TDT, ТТ), по которому рассчитывается движение планет и КА, и всемирным координированным временем UTC - основой нашего, привычного времяисчисления.
    Первое жестко привязано к международному атомному времени TAI соотношением ЕТ = TAI + 32.184 сек. Второе также привязано к TAI и после 1 января 1972 г. отличается от него на целое количество секунд: UTC = TAI - AT. Эта разность постепенно растет за счет вставки в счет времени UTC «високосных» секунд для согласования его с вращением Земли: в 1972 г. она составляла 10 сек, в 1979 г. - уже 18 сек, а в 2009 г. - 34 сек. Соответственно увеличивается и разность между ЕТ и UTC, которая в 1979 г. составляла 50.184 сек.
    Вот откуда в НК № 1, 2008 взялись два варианта момента пролета «Вояджера-l» на минимальном расстоянии от Юпитера 5 марта 1979 г. Оба они даны по бортовому времени и соответствуют друг другу: 12:04:36 UTC = 12:05:26 ЕТ! Аналогичная ситуация сложилась и 9 июля 1979 г. при пролете «Вояджера-2»: 22:29:01.6 UTC = 22:29:51 ЕТ.
«Не думай о секундах свысока...»

    Новая траектория «Пионера-11» была объявлена 14 декабря 1977 г., а коррекция для точного «прицеливания» состоялась 13 июля 1978 г.
    Встреча с Сатурном продолжалась со 2 августа по 1 октября 1979 г. За это время на борт было передано примерно 15 000 команд, причем большую их часть отрабатывал в реальном времени (!) видовой фотополяриметр станции, который начал съемку Сатурна 20 августа. На лучших из них разрешение достигало 80-100 км, в то время как земным телескопам были доступны лишь детали размером порядка 1200 км. Но из-за ограничений по пропускной способности радиолинии удалось получить и передать в реальном времени лишь 15-20 цветных снимков, превосходящих по разрешению земные; до пролета предполагалось, что их удастся сделать порядка 50.
    Облака Сатурна оказались в среднем толще, чем на Юпитере, но менее контрастны; широтные «пояса» облачности были уже юпитерианских, но многочисленнее. Их было трудно увидеть из-за аммиачного тумана. На одном из снимков колец, сделанном за 17 часов до пролета, был замечен неизвестный спутник Сатурна диаметром до 400 км, обозначенный 1979 S1.
    Соревнуясь с «порывами» солнечного ветра, 31 августа Pioneer 11 трижды входил в ударную волну магнитосферы - в 13:00 (здесь и далее все времена приводятся по бортовому времени КА. На Землю соответствующие сигналы поступали с задержкой на 86 мин 21 сек) на дальности 1.446 млн км, в 19:00 и в полночь по Гринвичу, на расстоянии 1.026 млн км от планеты. Таким образом, крупнейший спутник Титан оказался вне магнитосферы, но ученые сочли это временным и ненормальным явлением, связанным с высокой активностью и мощной вспышкой на Солнце.

Снимки, выполненные видовым фотополяриметром Пионера-11 во время пролета Сатурна 31 августа и 1 сентября 1979 г.
PIONEER 11 ИССЛЕДУЕТ САТУРН

    1 сентября в 14:35 UTC, всего за 119 мин до перицентра, Pioneer 11 пересек плоскость колец в направлении с севера на юг. В этот момент он был в 167 700 км от центра планеты и примерно в 31000 км снаружи от кольца А. Примерно через 36 мин аппарат находился на 2000 км «ниже» внешнего края кольца А, а перицентр прошел на таком же расстоянии от планеты, что и внутреннее яркое кольцо С, но уже примерно в 9000 км ниже его - благодаря тому, что плоскость гиперболической траектории станции вокруг Сатурна была наклонена на 6.55° к его экватору.
    В 16:30:34 UTC по бортовому времени аппарат промчался со скоростью 31.7 км/с на высоте около 20600 км над вершинами облаков планеты, или в 80930 км от ее центра. Через несколько минут он зашел за Сатурн и лишь в 17:50 вышел из радиотени. В 18:33 Pioneer 11 во второй раз пересек плоскость колец, на этот раз в северном направлении, в 176 200 км от центра Сатурна. За четыре часа детектор микрометеоритов отметил всего пять попаданий, из них два при первом пересечении плоскости колец.
    Лишь через несколько дней после пролета, после обработки данных, стало известно, что Pioneer 11 едва не столкнулся с неизвестным спутником Сатурна. В 14:52 UTC, через несколько минут после «нырка» под плоскость колец, показания детектора энергичных частиц Джеймса Ван Аллена буквально «рухнули» на 12 секунд, одновременно отмечались возмущения магнитного поля. Вывод был такой: станция прошла через магнитосферный «след» спутника, обращающегося внутри орбиты Мимаса, на расстоянии 2.534 Rs (радиуса Сатурна), или 152000 км, и всего лишь в 2500 км позади него!

Обстоятельства встречи КА Pioneer 11 с Сатурном
Дата и время
(бортовое, UTC)
ОбъектРадиус объекта, кмРасстояние от центра объекта, км
1979.08.27,08:02Феба1109453000
1979.08.29,06:05Япет7301033186
1979.08.31,12:31Гиперион205665977
1979.09.01,14:35Плоскость колец, нисходящий узел
1979.09.01,15:09Начало прохода под кольцами
1979.09.01,16:04Диона560291292
1979.09.01,16:27Мимас196104210
1979.09.01,16:34Сатурн6033080930
1979.09.01,16:35Заход за Сатурн на 78 мин
1979.09.01,16:36Вход в тень на 79 мин
1979.09.01,17:53Выход из-за Сатурна
1979.09.01,17:55Выход из тени
1979.09.01,18:05Конец прохода под кольцами
1979.09.01,18:28Тефия530329398
1979.09.01,18:33Плоскость колец, восходящий узел
1979.09.01,18:33Энцелад260222311
1979.09.01,22:34Рея765345723
1979.09.02,18:05Титан2575362910
Примечание. Времена основных событий даны по прогнозу NASA от 22 августа 1979 г., расстояния - по данным современной обработки, выполненной Р. Джейкобсономись в тени.

    Этот гипотетический объект получил обозначение 1979 S2 и неформальное название «Скала Пионера»; первоначально его диаметр оценивался в 600 км, но вскоре стали говорить о более скромном теле: 170 км в поперечнике. Было высказано (и впоследствии подтвердилось) предположение, что 1979 S1 и S2 - на самом деле один и тот же спутник.
    Магнитное поле Сатурна оказалось почти соосным с самой планетой. Его напряженность на уровне видимых облаков составляла 0.22 гс (на Земле - 0.35 гс), но из-за огромного размера планеты суммарный магнитный момент был в 700 раз больше, чем у земного магнитного поля. Проблема была в том, что ученые ожидали увидеть впятеро больше! Плазма магнитосферы вращалась синхронно с планетой вплоть до 10 Rs.
    Энергичные заряженные частицы образовывали несколько радиационных поясов правильной тороидальной конфигурации, простирающихся до 20-22 Rs. Их интенсивность оказалась близка к земной, причем максимум лежал между 4.0 и 2.33 Rs. А вот еще ближе к планете концентрация заряженных частиц внезапно упала в 30 раз («ее как будто отсекло гильотиной»), зато наблюдалась слабая водородная корона. Очевидно, «виновником» этого были кольца, работающие как своеобразный «пылесос»: их ледяные «камешки» поглощают энергичные частицы, которые при этом выбивают атомы водорода из молекул воды. Уникальная противорадиационная защита Сатурна позволила «Пионеру-11» получить за 10 суток сближения с ним такую же дозу облучения, как всего за две минуты (!) на минимальной дистанции от Юпитера. Это была отличная новость для команды «Вояджеров»: радиацию у Сатурна можно было вычеркнуть из списка угроз.
    Два слабых кольца Сатурна - внутреннее D и внешнее Е - аппарат не смог обнаружить. Зато Pioneer 11 отснял три хорошо известных ярких кольца и нашел в 141000 км от центра планеты и в 3600 км от внешнего края кольца А новое тонкое кольцо F шириной порядка 2000 км. Промежуток между А и F был назван делением Пионера, но название не прижилось: сейчас он известен как деление Роша.

Одиннадцатый и другие
    До визита «Пионера» считалось, что у Сатурна 10 спутников, последний из которых открыл французский астроном Одуэн Долльфюс (Audouin Dollfus) 15 декабря 1966 г. По его снимкам была определена орбита радиусом в 2.66 RS (160000 км), и новому спутнику по предложению первооткрывателя дали имя Янус. Три дня спустя американец Ричард Уолкер (Richard L. Walker) также наблюдал неизвестный спутник Сатурна, но подтвердить это открытие не удалось.
    В 1977 г. Джон Фаунтин (John W. Fountain) и Стивен Ларсон (Stephen М. Larson), заново обработав данные наблюдений 1966 года, подтвердили результат Долльфюса и заявили о существовании еще одного спутника на расстоянии 2.50 Rs (151000 км).
    Томас Герелс (Thomas Gehrels) на снимке фотополяриметра «Пионера-11» и Джеймс Ван Аллен (James A. Van Allen) по «провалу» в концентрации частиц выявили спутник 1979 S1 на расстоянии 2.53 Rs, а вот на «долльфюсовском» радиусе никаких следов спутника не было. Куда же делся Янус?
    К счастью, разгадки не пришлось долго ждать. Вскоре после «Пионера», но еще до прибытия «Вояджеров» Земля трижды проходила через плоскость колец Сатурна - 27 октября 1979 г., 12 марта и 23 июля 1980 г. В такие дни кольца практически не видны и не мешают поискам слабых спутников планеты. Такие поиски были предприняты, и только за один 1980 год от наземных астрономов поступило 32 (!) сообщения об открытии новых спутников Сатурна - против четырех от команды «Вояджера». Весной 1980 года сообщения о наблюдении неизвестных спутников Сатурна приходили чуть не каждую неделю!
    Так вот, когда «межпланетная пыль» осела, выяснилось, что 26 февраля 1980 г. Дейл Круйкшенк (Dale L. Cruikshank) переоткрыл «Скалу Пионера» под именем 1980 S3, а 19 февраля Дэн Пэску (Dan Pascu) и 23 февраля группа Брэдфорда Смита (Bradford A. Smith), Гарольда Рейтсема (Harold J. Reitsema) и Стивена Ларсона нашли другой спутник с обозначениями 1980 S1 и 1980 S2 на практически такой же орбите, с радиусом 151400 км, но движущийся в противофазе с первым! Позднее он был идентифицирован с объектом 1979 S4, выявленным Ван Алленом по данным детектора частиц «Пионера».
    В «большой охоте» принял участие и сам Долльфюс и вместе с Сержем Брюнье (Serge Brunier) переоткрыл 1980 S3 под обозначением 1980 S19. В общей же сложности «скалу Пионера» наблюдали в 1980 г. девять групп астрономов, а новый спутник 1980 S1 - три.
    Впоследствии удалось доказать, что ошибка в определении первоначальной орбиты Януса была связана с тем, что за исходные данные для расчета были взяты наблюдения Долльфюсом в 1966 г. обоих спутников!
    В итоге за 1980 S1 было сохранено «историческое» название Янус - он и вправду оказался двуликим! - а 1980 S3 («Скала Пионера») получил имя Эпиметий и был признан 11-м спутником Сатурна. К немалому изумлению специалистов по небесной механике, выяснилось, что эти два объекта обращаются по орбитам с чуть-чуть разными радиусами и периодами, однако никогда не сходятся вплотную: раз в 3-4 года они сближаются примерно до 15 000 км, обмениваются энергиями и параметрами орбит и вновь расходятся!
    Тем временем 1 марта 1980 г. французы Пьер Лаке (Pierre Laques) и Жан Лекашо (Jean Lecacheaux) обнаружили малый спутник 1980 S6 на той же орбите, что и Диона, но на 60° впереди, в устойчивой точке либрации L4. Впоследствии ему дали номер XII и имя Елена.
    Не прошло и месяца, как та же история повторилась с Тефией (Тетис). 13 марта группа под руководством Пэску и 8 апреля - Рейтсема нашли малые спутники 1980 S25 и S13 на одной орбите с нею: первый в 60° сзади, второй на 60° впереди. Эти две луны Сатурна позднее получили номера XIV и XIII и названия Калипсо и Телесто.
    Остальные наблюдавшиеся объекты были либо отождествлены с уже открытыми, либо не были подтверждены, и к моменту прибытия к Сатурну первого «Вояджера» в семье «властелина колец» насчитывалось 14 спутников.
Одиннадцатый и другие

    Характерный размер частиц в кольцах А и С был оценен в 10 см. Интересно, что при съемке «на просвет» кольцо В оказалось темным и невидимым - это означало, что оно наиболее плотное и что свет теряется в многократных отражениях от составляющих его ледяных частиц. Зато ярко светилось деление Кассини - почти также интенсивно, как и «креповое» кольцо С. Очевидно, в нем «проживало» множество мелких частиц, и будь станция направлена в деление Кассини - они бы ее буквально изрешетили. Плотность колец А и В, рассчитанная по их гравитационному воздействию на траекторию полета, оказалась меньше ожидаемой. Температура материала колец была оценена в 70 К на свету и 63 К в тени. Малая его плотность и свечение атомарного водорода вблизи колец подсказывали, что основная их составляющая - лед.
    Новое кольцо F проявило себя не только на снимках, но и минимумом измеренной концентрации частиц; второй подобный минимум ученые отметили за орбитой Реи, на расстоянии от 570000 до 965000 км от планеты, и предположили существование еще одного кольца G. Однако уже через несколько месяцев Стивен Ларсон и Уилльям Баум показали, что вплоть до этого места может простираться внешняя часть кольца Е, и кольцо G «аннулировали». (Это название перешло к другому кольцу, открытому еще через год «Вояджером-1» и идентифицированному затем с «провалом» в распределении заряженных частиц в данных «Пионера», который обозначался 1979 S3.)

«Око» против «Пионера»
    0 причинах зашумления данных по Титану было высказано последовательно три гипотезы: влияние солнечных бурь, радиопомехи от советского спутника и проблемы на линии связи между-испанской станцией DSN и Исследовательским центром имени Эймса в Калифорнии.
    В отчете J PL об обеспечении сближения «Пионера-11» с Сатурном средствами DSN утверждается, что 3 сентября Мадрид в течение нескольких часов испытывал существенные помехи, а 40 минут был вообще не в состоянии принимать телеметрию. Именно на этот период пришлось время приема инфракрасного «портрета» Титана. Лишь благодаря тому, что аппарат передал информацию на 20 минут позже ожидаемого, было потеряно только 14% телеметрии, а из принятой удалось извлечь около 50% инфракрасных данных.
    Далее в отчете утверждается следующее. NASA заранее уведомило советскую сторону, что два наших спутника являются потенциальным источником радиопомех для «Пионера», а в среду перед сближением с Сатурном (то есть 29 августа) был запущен третий аппарат этого же типа. Однако по ошибке просьба к советской стороне соблюдать радиомолчание охватывала только период до 2 сентября, что и привело к потере данных.
    Описанные обстоятельства позволяют предполагать, что потенциальные помехи «Пионеру» оказывали спутники «Око», один из которых был запущен 28 августа 1979 г. Расчеты показывают, что 3 сентября в 10:23 UTC спутник этого типа «Космос-917» действительно прошел в мадридском небе почти точно на фоне Сатурна...
«Око» против «Пионера»

    2 сентября в 18:05 земной зонд прошел на минимальном расстоянии 353 950 км от Титана и сделал пять снимков этого спутника с разрешением порядка 180 км. Увы, они не дали никаких деталей поверхности: атмосфера Титана была практически непрозрачной. К тому же измерения теплового потока от Титана оказались зашумлены; удалось лишь показать, что его поверхность очень холодна - примерно 75 К. А ведь некоторые ученые, основываясь на наличии метана в атмосфере Титана, предсказывали, что на спутнике «работает» парниковый эффект и что на нем даже может существовать жизнь...
    Тепловой поток от Сатурна по данным ИК-радиометра оказался в 2.2-2.8 раз больше, чем мощность падающего солнечного излучения. Температура верхних слоев облаков была близка к 95 К. Спектроскопически в атмосфере были выделены только метан и аммиак. Глубину атмосферы специалисты оценили в 1000 км; ниже начинается глобальный океан из газо-жидкого водорода.
    Вообще о спутниках Pioneer 11 узнал сравнительно немного. Самое тесное сближение у станции было с Мимасом: 1 сентября в 16:27 UTC аппарат прошел от него в 104000 км. Аппарат провел фотополяриметрию Япета, очень странного спутника, у которого одна половина имеет в 10 раз большую отражающую способность, чем вторая. Светлое хвостовое полушарие Япета оказалось покрытым неслежавшимся снегом или льдом. Результаты измерений допплеровского смещения радиосигнала станции позволили уточнить массу планеты и спутников Титана, Япета и Реи. Все три имели весьма низкую плотность, а значит, состояли в основном изо льда.

Сигналы из системы Сатурна
    Pioneer 11 не был рассчитан на передачу данных от Сатурна, который находится вдвое дальше Юпитера. Чтобы сделать ее возможной и хоть сколько-то эффективной, на головном комплексе дальней связи в Годстоуне (Калифорния), а в мае 1979 г. и на комплексах под Мадридом (Испания) и Канберрой (Австралия) были установлены новые малошумящие мазеры S-диапазона, что дало прибавку 0.8 дБ в мощности принимаемого сигнала. Еще 0.7 дБ удалось выиграть за счет перевода 64-метровых антенн в режим одностороннего приема, а выдача радиокоманд была перенесена на вспомогательные 34-метровые антенны. Наконец, после долгих экспериментов удалось обеспечить прием сигналов сразу на две антенны с совмещением их фаз (выигрыш около 0.5 дБ).
    Все это плюс находчивость и самоотверженность персонала позволили «Пионеру» вести передачу со скоростью 512 и даже 1024 бит/с; последняя соответствовала скорости развертки фотополяриметра. Интересная деталь: на мадридской станции DSS-62 не было автоматической подстройки частоты генератора в соответствии с допплеровским смещением сигнала. Операторы героически вышли из положения: в течение нескольких часов 1 сентября, когда скорость станции менялась быстрее всего, они поочередно вели подстройку частоты вручную!
    Что касается «Вояджеров», то сразу после запуска NASA продекларировало, что сможет при необходимости управлять ими в течение 30 лет вплоть до расстояния 100 а. е. от Солнца, а слышать их сигналы - в течение 100 лет (!). В действительности для этого потребовалась длительная и многоэтапная модернизация средств Сети дальней связи DSN.
    Прием данных «Вояджеров» от Юпитера обеспечивали три 64-метровые антенны DSN, оборудованные по стандарту DSN Mark III-77 для работы в частотном диапазоне X на скорости до 115.2 кбит/с. С уходом двух аппаратов к Сатурну мощность сигнала уменьшалась вчетверо, не говоря уже о перспективе путешествия к Урану.
    Для обеспечения исследований Сатурна Сеть DSN подверглась доработке. Была реализована возможность приема в S- и Х-диапазонах на три 34-метровые и три 64-метровые антенны. Еще в июле 1979 г. в Голдстоуне была продемонстрирована возможность совместной обработки сигналов, принимаемых на 64-мет-ровой антенне DSS-14 и на реконструированной 34-метровой антенне DSS-12. Прирост уровня принимаемого сигнала на 1.1 дБ (примерно 28%) дал возможность вести репортаж от Сатурна на скорости 44.8 кбит/с.
    4-11 марта 1980 г. персонал станций DSS-43 (Мадрид) и DSS-63 (Канберра) прошел переподготовку в Голдстоуне, что позволило организовать прием в таком же режиме на всех трех комплексах дальней связи. В роли малых 34-метровых станций выступали DSS-42 и DSS-61, введенные в строй после реконструкции в апреле-мае 1980 г. Голдстоун обеспечивал работу «Вояджера-1» в двухантенном режиме с 23 августа, а Мадрид и Канберра -с 24 октября.
    Специально для исследования колец и атмосферы Сатурна радиозатменным методом на станции DSS-63 под Мадридом установили индикаторы спектра сигнала и многоканальные цифровые записывающие устройства. После встречи «Вояджера-1» с Сатурном часть этого оборудования передислоцировали на станцию DSS-43 в районе Канберры, которая вела аналогичные наблюдения при пролете «Воядже-ра-2».
    Специально для «Вояджера-2» в марте-апреле 1981 г. была проведена дополнительная реконструкция антенны DSS-12 в Голдстоуне с заменой двух внешних рядов панелей зеркала антенны, которая увеличила коэффициент ее усиления еще на 0.7 дБ.
    Кроме того, к лету 1981 г. на всех 3х комплексах дальней связи были установлены аппаратура и ПО для оперативного определения текущей рабочей частоты бортового приемника и для управления частотой излучаемого сигнала по соответствующему закону с учетом допплеровского сдвига.
Сигналы из системы Сатурна

    В день пролета Сатурн находился всего в 8° от Солнца, а уже 11 сентября планета находилась в верхнем соединении. Связь удаляющегося от нее «Пионера» с Землей, и без того нарушавшаяся солнечными вспышками, стала невозможной, однако его сигнал все же использовался для радиопросвечивания солнечной короны и изучения солнечного ветра на высоких широтах.
    Итак, Pioneer 11 первым произвел разведку Сатурна и доказал возможность гравитационного маневра «Вояджера-2» к Урану. В результате гравитационного маневра у Сатурна он приобрел гиперболическую скорость и навсегда уходит из Солнечной системы под углом 12.6° к эклиптике в направлении созвездия Орла.
    Связь с первопроходцем системы Сатурна поддерживалась до 30 ноября 1995 г. и прекратилась вследствие падения ниже допустимого предела выходной мощности радиоизотопного генератора. Тысячи и тысячи лет он будет лететь с остаточной гелиоцентрической скоростью 10.45 км/с и приблизительно через 4 млн лет пройдет на сравнительно небольшом расстоянии от X Орла.
Автор: И. ЛИСОВ, П. ШАРОВ, "НОВОСТИ КОСМОНАВТИКИ"

вступление в сро москва
2005 - , Проект "Исследование Солнечной системы"
Открыт 15.12.2005, E-mail: lobandrey@yandex.ru