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

Космические исследователи

Космический аппарат "Voyager"

    "Вояджер". 20 августа и 5 сентября 1977 г. в США ракетами-носителями "Титан-ЗЕ" (с дополнительной четвертой ступенью) на траекторию полета к Юпитеру выведены две идентичные АМС "Вояджер". Первой запущенной АМС дали название "Вояджер-2", а второй - "Вояджер-1", поскольку вторая шла по более "быстрой" траектории и должна была обогнать первую, что и произошло 15 декабря 1977 г., когда АМС находились на расстоянии ок. 125 млн. км от Земли. Обе АМС предназначены для исследования Юпитера, Сатурна и спутников этих планет с пролетной траектории, а АМС "Вояджер-2", возможно, - и для исследования Урана. Обе АМС при пролете около Юпитера должны использовать поле тяготения этой планеты для пертурбационного маневра с переходом на траекторию полета к Сатурну, а АМС "Вояджер-2", возможно, использует поле тяготения Сатурна для перехода на траекторию полета к Урану. АМС "Вояджер-2" будет направлена к Урану только в том случае, если опережающая ее на траектории АМС "Вояджер-1" выполнит всю программу исследований Сатурна и его спутника Титана. В противном случае АМС "Вояджер-2" будет использована для исследования Титана, что исключает полет к Урану. Вероятность того, что эта АМС в случае полета к Урану достигнет его в работающем состоянии, сравнительно мала. Программа полета обеих АМС показана в таблице.

Событие
Вояджер-1
Вояджер-2
Дата
Расстояние (км)
Дата
Расстояние (км)
Запуск с Земли
5 сентября 1977 г.
---
20 августа 1977 г.
---
Юпитер
Март 1979 г.
280000
Июль 1979 г.
648000
Амальтея
--/--
440000
--/--
550000
Ио
--/--
25000
--/--
 
Европа
--/--
750000
--/--
190000
Ганимед
--/--
130000
--/--
50000
Каллисто
--/--
130000
--/--
240000
Сатурна
Ноябрь 1980 г.
130000
Август 1981 г.
100000
Титан
--/--
4100
--/--
350000
Тефия
--/--
410000
--/--
160000
Мимас
--/--
100000
--/--
30000
Энцелад
--/--
230000
--/--
90000
Диона
--/--
140000
--/--
200000
Рея
--/--
60000
--/--
250000
Гиперион
--/--
890000
--/--
960000
Уран
 
 
Январь 1986 г.
 

    С помощью АМС "Вояджер" предполагают исследовать: общий состав атмосфер Юпитера и Сатурна, концентрацию водорода и гелия в этих атмосферах; турбулентность атмосфер Юпитера и Сатурна; "Большое красное пятно" Юпитера; кольца Сатурна; гравитационные поля Юпитера и Сатурна, массы спутников этих планет; магнитное поле Юпитера; магнитные поля Сатурна и Титана, взаимодействие этих полей; причины излучения Юпитером и Сатурном большего количества энергии, чем та, которую эти планеты получают от Солнца; поверхность галилеевых спутников Юпитера и спутника Сатурна Титан, в частности кратерированность поверхности; причины необычной концентрации заряженных частиц у спутника Юпитера Ио; воздействие радиационного поля Юпитера на его спутник Амальтею; состав атмосфер спутников Юпитера и Сатурна; межпланетное и межзвездное пространство; планетную систему Урана.

АМС
1 - ТВ камеры; 2 - детекторы плазмы; 3 -детекторы космических лучей; 4 -отражатель остронаправленной антенны; 5 - малонаправленная антенна; 6 - штанга с магнитометрами; 7 - датчик Канопуса; 8 - радиоизотопные энергетические установки; 9 - микродвигатели; 10 - антенны для регистрации радиоизлучения планет и волн в плазме; 11 -радиатор; 12 -детекторы заряженных частиц; 13 - ультрафиолетовый спектрометр; 14 - инфракрасный спектрометр; 15 - фотополяриметр.
СТРОЕНИЕ КА

    Масса АМС "Вояджер" 798 кг, масса полезной нагрузки 86 кг. Длина АМС 2,5 м. Герметичный корпус имеет форму 10-гранной призмы (высота 0,5 м, поперечник 1,8 м). В центре корпуса предусмотрен проем, где размещается бачок (диаметр 0,7 м) с гидразином для микродвигателей. Запас гидразина 104 кг. К той стороне корпуса, которая в полете обращена к Земле, крепится на форменной конструкции отражатель остронаправленной антенны диаметром 3,66 м. Электропитание (420 вт у Юпитера и 384 вт у Сатурна) обеспечивают три радиоизотопные установки весом по 39 кг (длина каждой 51 см, диаметр 41 см). В системе трехосной ориентации используются два датчика Солнца, датчик Канопуса, а также инерциальный измерительный блок. В качестве исполнительных органов этой системы служат 16 микродвигателей тягой по 0,9 И. В системе коррекции траектории используются 4 таких микродвигателя. Они рассчитаны на 8 коррекций при общем приращении скорости 200 м/сек. Радиотехническая система работает в диапазоне S (прием 2113 Мгц, передача 2295 Мгц) и Х (только передача 8418 Мгц}. Остронаправленная антенна работает в обоих диапазонах, ненаправленная - только в диапазоне S. Выходная мощность передатчика диапазона S-9 или 28 вт, передатчика диапазона Х - 12 или 21 вт. Максимальная расчетная информативность (диапазон X) при пролете около Юпитера 115 200 бит/сек, при пролете около Сатурна - 40 000-80 000 бит/сек. Емкость запоминающего устройства - 536 Мбит (до 100 изображений от телевизионных камер). Сдублированная бортовая цифровая вычислительная машина имеет основную память емкостью 4096 восемнадцатиразрядных слов, а также резервную память такой же емкости.

   В комплект научной аппаратуры АМС "Вояджер" входят следующие приборы:
 телевизионная камера с широкоугольным объективом (фокусное расстояние 200 мм) и телевизионная камера с телеобъективом (1500 мм). Каждый кадр, полученный камерой с телеобъективом, содержит 5 Мбит информации и имеет угловое разрешение до 4". Согласно расчетам, с помощью этой камеры можно будет получить снимки всех четырех галилеевых спутников Юпитера с разрешением до 4 км, а снимки Юпитера, Сатурна и Титана с разрешением 6, 2 и 0,5 км, соответственно. Для получения цветных изображений с помощью обеих камер предусмотрено 8 различных фильтров, в том числе фильтр, поглощающий излучение натрия с длиной волны 5890 и 5896 A у спутника Юпитера Ио, и два фильтра, поглощающие излучение метана;
 инфракрасный спектрометр с телескопом системы Кассегрена, имеющим первичное зеркало диаметром 0,5 м. Прибор предназначен для исследования энергетического баланса внешних планет, состава их атмосфер, температурных полей, состава и физических характеристик атмосфер спутников планет, а также колец Сатурна и, возможно, Урана;
 ультрафиолетовый спектрометр, регистрирующий излучение в диапазоне длин волн 400-1800 A. Прибор предназначен для исследования температуры и состава верхних слоев атмосферы, концентрации ионов, атомов и молекул отдельных составляющих атмосфер планет и их спутников, а также межпланетной и межзвездной среды;
 фотополяриметр со 150-миллиметровым телескопом системы Кассегрена. Прибор предназначен для исследования распределения метана, молекулярного водорода и аммиака над облачным покровом Юпитера и Сатурна, а также для получения информации об аэрозолях в атмосферах планет, о поверхности их спутников и о характере колец Сатурна;
 два детектора (чаши Фарадея) межпланетной плазмы. Приборы предназначены для регистрации как горячей дозвуковой плазмы в магнитосфере планет, так и холодной сверхзвуковой плазмы в солнечном ветре;
 детекторы волн в плазме, позволяющие определять профили плотности тепловой плазмы у Юпитера и Сатурна, а также исследовать взаимодействие спутников этих планет с их магнитосферами;
 детекторы заряженных частиц низкой энергии (электроны с энергией 0,015 - 1 Мэв и ионы с энергией 0,015 - 160 Мэв). Приборы предназначены для исследования энергетического спектра и изотопного состава частиц в магнитосферах Юпитера и Сатурна, а также в межпланетном пространстве;
 детекторы космических лучей, регистрирующие электроны с энергией 7 - 100 Мэв и ядра с энергией 0,5 - 500 Мэв;
 две пары трехосных индукционных магнитометров, регистрирующих слабые (0 - 50000 гамм) и сильные (от 12 до 2000000 гамм) магнитные поля;
 приемник для регистрации радиоизлучения Юпитера и других планет, Солнца и звезд в частотных диапазонах 20,4 - 1345 кгц и 1,23 - 40,55 Мгц. Приемник использует две взаимно перпендикулярные антенны длиной по 10 м.

    Большинство приборов АМС "Вояджер" установлено на специальной штанге длиной 2,3 м, часть из них - на поворотной платформе с двумя степенями свободы, смонтированной на конце этой штанги. Магнитометры вынесены на специальной штанге длиной 13 м.
    Помимо исследований при помощи перечисленных приборов, предусмотрено радиозондирование Юпитера, Сатурна и их спутников с использованием штатной радиотехнической системы аппаратов "Вояджер". Это позволит получить информацию о размерах планет и их атмосферах, составе колец Сатурна и размерах метеорных частиц в этих кольцах. Запланированы также небесно-механические исследования по траекторным измерениям АМС. Это позволит определить с большей точностью гравитационные поля и массу планет, их положение в космическом пространстве и характеристики орбитального движения.

АМС
Цель миссии - исследование внешних планет Солнечной системы, газовых гигантов. Уникальное взаимное расположение Земли и планет-гигантов с 1976 по 1978 г. было использовано для последовательного изучения этих планет.
АМС "Вояджер - 1" и АМС "Вояджер - 2"

    На обеих АМС "Вояджер" установлены идентичные медные граммофонные пластинки в комплекте с вращающимся диском, звукоснимателем и наглядной инструкцией по проигрыванию. На пластинках. записаны "звуки Земли", которые должны дать представление о нашей планете представителям внеземной цивилизации, если к ним попадут АМС. Продолжительность звучания пластинки 110 мин. На ней записаны обращения Генерального секретаря ООН Вальдхайма и Президента США Картера, приветствия на 60 языках, включая мертвые, азбука Морзе, музыкальные отрывки, крик ребенка, звуки прибоя, дождя, извержения вулкана и т. д. Пластинка несет также видеозапись 115 изображений.
    Вскоре после запуска АМС "Вояджер-1" с помощью установленных на ней ТВ камер было сделано несколько снимков Земли с таким расчетом, чтобы в кадре оказалась и Луна. Подобные снимки получены впервые. Особой научной ценности они не имеют и делались для калибровки ТВ камер и для отработки способа их наведения на центр видимого диска небесного тела.
    11 и 13 сентября 1977 г. проведены коррекции траектории АМС "Вояджер-1", в первой половине октября 1977 г. - коррекция траектории АМС "Вояджер-2".

Исследование Сатурна

    12 ноября 1980 г. эта АМС совершила пролет около Сатурна и провела исследования околопланетного пространства, колец Сатурна, планеты и некоторых ее спутников. В таблице указаны время и минимальное расстояние АМС от Сатурна и его спутников при пролете.

Объект
Время прохода АМС "Вояджер-1" на минимальном расстоянии от небесного тела
Минимальное расстояние АМС от небесного тела при пролёте (км)
Титан
12 ноября 05 ч 40 мин
~4000
Феба
12 ноября 16 ч 45 мин
1350000
Тефия
12 ноября 22 ч 15 мин
415000
Сатурн
12 ноября 23 ч 45 мин
124000
Мимас
13 ноября 00 ч 37 мин
108000
Энцелад
13 ноября 01 ч 50 мин
200000
Диона
13 ноября 03 ч 28 мин
160000
Рея
13 ноября 06 ч 21 мин
72000
Гиперион
13 ноября 16 ч 44 мин
880000
Япет
14 ноября 06 ч 45 мин
245000

    Магнитосфера Сатурна по размерам примерно в три раза меньше магнитосферы Юпитера и простирается в направлении Солнца примерно на 1 млн. км. АМС "Вояджер-1" зарегистрировала ударную волну на расстоянии 26,2 RS1 от Сатурна. Магнитопаузу АМС пересекла несколько раз, последний раз на расстоянии 22,9 RS. Таким образом, установлено, что орбита Титана лежит в пределах магнитосферы планеты.
    Кольца Сатурна. Уже первые снимки колец, переданные АМС "Вояджер-1", показали небольшие цветовые вариации в кольцах, щель в кольце С, наличие вещества в делении Кассини и изменения в распределении и яркости вещества в кольцах С и В. Наиболее интересными деталями на первых снимках были "спицы" - радиальные тёмные2 образования, пересекающие некоторые участки яркого кольца В.
    Атмосфера Сатурна. Снимки, переданные АМС "Вояджер-1", обнаружили несколько десятков поясов и зон, а также различные конвективные облачные образования: несколько сот светлых пятен диаметром 2000 - 3000 км, коричневые образования овальной формы шириной ~10000 км и красное овальное облачное образование (пятно) у 55° ю. ш.
    Спутники Сатурна. Одной из основных задач этой АМС были исследования Титана, единственного из известных спутников планет Солнечной системы, имеющего плотную атмосферу. Титан интересовал ученых прежде всего с точки зрения возможности существования там жизни. Траектория полета аппарата "Вояджер-1" была рассчитана так, чтобы он прошел на расстоянии всего ~ 4000 км от Титана. Как и опасались ученые, плотный облачный покров Титана не позволил увидеть на снимках его поверхности. Однако инфракрасные и ультрафиолетовые приборы, а также радиозондирование Титана дали возможность получить информацию о составе атмосферы, температуре и давлениях, а также о размерах Титана.
    "Вояджер-2". На самое близкое расстояние к Сатурну подошел "Вояджер-2". В системе его колец оказалось еще больше отдельных колечек, состоящих из бесчисленного множества частиц льда, крупных и мелких обломков. На спутнике Тефия обнаружен кпупнейший кратер во всей системе Сатурна диаметром 400 км и глубиной 16 км. После встречи с Сатурном траектория полета аппарата была изменена таким образом, чтобы он в январе 1986 г. прошел около Урана.


Voyager 1: граница Солнечной системы достигнута?


    5 ноября 2003 Лаборатория реактивного движения (JPL) объявила о том, что КА Voyager 1 («Вояджер-1») после своего 26-летнего путешествия по Солнечной системе достиг ее рубежей. В этот день аппарат находился на расстоянии 90.04 а.е. от Солнца и 90.75 а.е. от Земли (что составляет примерно 13.5 млрд км). Ученые отмечают, что станция в период между 1 августа 2002 г. и 5 февраля 2003 г. находилась в таких необычных условиях, которые не встречались ей за все предыдущие годы полета, и предполагают, что аппарат находился на самой границе Солнечной системы. Следует отметить, что четкого определения «граница Солнечной системы» пока не существует. С целью разобраться в том, что именно имели в виду ученые, рассмотрим процесс, происходящий в той области, которой достиг «Вояджер-1». По разным оценкам, нижеописанные явления происходят в пределах от 90 а.е. до 120 а.е., что зависит от солнечной активности в данный момент.
    Так вот, солнечный ветер, который имеет большую сверхзвуковую скорость на орбите Земли, наталкивается на сверхзвуковой поток межзвездного газа, который движется относительно Солнца со скоростью приблизительно 25 км/с и имеет температуру около 8000 К. Из аэромеханики известно, что затормозить сверхзвуковой поток газа до дозвуковых скоростей невозможно без образования в этом потоке ударной волны, т.е. поверхности, на которой скорость резко падает (примерно с 300–700 км/с всего до 45 км/с), а температура резко возрастает. Отсюда следует, что при столкновении сверхзвукового потока газа от точечного источника (в нашем случае – Солнца) со сверхзвуковым плоскопараллельным потоком (межзвездным газом) должны возникнуть четыре сильно различающиеся по своим параметрам области течения: две невозмущенные – вблизи от Солнца и вдали от него, и области возмущенного движения солнечного ветра и межзвездного газа соответственно.
    В течение полугодового периода с августа 2002 по февраль 2003 г. были зарегистрированы следующие показания приборов «Вояджера-1»: - магнитное поле существенно не изменилось; - увеличилась концентрация (более чем в 100 раз) электрически заряженных частиц с высокими скоростями (электронов и ионов); - движение электрически заряженных частиц происходило не по направлению движения «Вояджера», как ранее, а вдоль линий магнитного поля перпендикулярно ему; - косвенным путем было установлено замедление солнечного ветра.
    После обработки полученных данных среди ученых из различных организаций начались дебаты: одни считают, что «Вояджер» прошел ударную волну в солнечном ветре, другие же считают, что аппарат ее еще не достиг. Но все сошлись во мнении, что информация, поступавшая со станции за этот промежуток, действительно была самой необычной и была зарегистрирована впервые за все время полета аппарата. Ученые из Центра космических полетов им. Годдарда во главе с д-ром Леонардом Бурлага, одним из разработчиков установленных на аппарате двух пар трехосных индукционных магнитометров MAG, имеют следующую точку зрения на этот счет: магнитное поле Солнца, измеренное «Вояджером-1» в конце 2002 г., говорит о том, что аппарат не входил в отдаленную часть гелиосферы и не пересекал ударную волну в солнечном ветре. Магнитное поле не изменилось и имело ожидаемые характеристики, которые наблюдались в течение многих лет, хотя, как заметил Л.Бурлага, интенсивность энергичных частиц была необычно высока. Специалисты считают, что если бы действительно аппаратом была пройдена ударная волна в солнечном ветре, то магнитное поле должно было усилиться, так как, согласно теоретическим моделям, это происходит всякий раз, когда солнечный ветер замедляется. Этой проблемы бы не было, если бы «Вояджер» мог напрямую измерять скорость частиц «солнечного ветра», но плазменный спектрометр PLS, выполнявший на аппарате подобные измерения, давно уже не функционирует. Поэтому ученые пытаются пользоваться данными других, еще работающих приборов, чтобы сделать вывод, прошел ли аппарат ударную волну в солнечном ветре или нет.
    За 25 лет полета по Солнечной системе «Вояджер-1» и «Вояджер-2» дали научному сообществу множество неизвестной информации, причем в течение первых 12 лет полета были исследованы вышеуказанные четыре планеты и 48 спутников. Были обнаружены быстрые ветра на Нептуне, изгибы в кольцах Сатурна, а также действующие вулканы на поверхности спутника Юпитера Ио. Этими аппаратами было открыто огромное количество гигантских бурь в атмосфере Юпитера, определены спицевидные детали колец Сатурна и выяснено, что туманная атмосфера Титана простирается высоко над его поверхностью. Также было установлено, что маленький спутник Урана – Миранда – состоит из «смеси» древних и относительно новых пород, образующих эту планету, и что на Нептуне дуют самые быстрые ветры из всех планет в Солнечной системе, а на поверхности его спутника Тритона находятся действующие гейзеры.
    По оценкам специалистов, КА «Вояджер-1» и «Вояджер-2» имеют запас мощности и топлива, чтобы функционировать приблизительно до 2020 г. С ними будет поддерживаться связь до тех пор, пока их ядерные источники, основанные на радиоактивном распаде плутония, будут выдавать достаточную энергию. А пока аппараты продолжают отдаляться от нас, преодолевая за год более чем 3 а.е.

SkyWatcher - дилер телескопов в России, продажа и поддержка.
2005 - , Проект "Исследование Солнечной системы"
Открыт 15.12.2005, E-mail: lobandrey@yandex.ru