Александр Шадрин – Структура мироздания Вселенной. Часть 3. Гипермир (страница 6)
17 февраля 1998 года, на расстоянии 69,419 а. е. (около 10,4 млрд км) от Солнца «Пионер-10» перестал быть самым удалённым рукотворным объектом, так как его «обогнал» космический аппарат «Вояджер-1».
Последний успешный приём данных телеметрии от «Пионера-10» состоялся 27 апреля 2002 года.
«Пионер-11» был запущен 6 апреля 1973 года с помощью ракеты «Атлас». Мимо Юпитера аппарат пролетел в декабре 1974 года и передал подробные снимки планеты, полюсов и Большого красного пятна. 2 декабря аппарат пролетел на расстоянии около 42 828 км от кромки облаков планеты. Была определена масса спутника Калисто. Во время пролёта был совершён гравитационный манёвр для совершения последующего пролёта мимо Сатурна. После пролёта, 16 апреля 1975 года был отключен датчик метеороидов на аппарате. 1 сентября 1979 года он прошёл на расстоянии около 20 тысяч км от облачной поверхности Сатурна, произведя различные измерения и передав фотографии планеты и её спутника Титана. К этому времени оба аппарата программы «Вояджер» уже также пролетели мимо Юпитера и направлялись к Сатурну. Пионер-11 было решено перенаправить на схожую с «Вояджерами» траекторию для проверки возможности пролёта этих двух спутников рядом с планетой. Если бы там были какие-либо небольшие частицы колец, не позволявшие пролететь рядом с Сатурном, полёт к Урану и Нептуну был бы невозможен. Последний сигнал от «Пионера-11» был получен 30 сентября 1995 года. После этого направление его антенны на Землю было утеряно, и аппарат не мог маневрировать, чтобы вернуть его. Продолжает ли «Пионер-11» передачу сигналов – неизвестно, его дальнейшее отслеживание не планируется.
Всего было создано и отправлено в космос два аппарата серии «Вояджер»: «Вояджер-1» и «Вояджер-2». Аппараты были созданы в Лаборатории реактивного движения (Jet Propulsion Laboratory – JPL) НАСА. Проект считается одним из самых успешных и результативных в истории межпланетных исследований – оба «Вояджера» впервые передали качественные снимки Юпитера и Сатурна, а «Вояджер-2» впервые достиг Урана и Нептуна. «Вояджеры» стали третьим и четвёртым космическими аппаратами, план полёта которых предусматривал вылет за пределы Солнечной системы (первыми двумя были «Пионер-10» и «Пионер-11»). Первым в истории аппаратом, достигшим границ гелиосферы (фото 5.3) и вышедшим за её пределы, стал «Вояджер-1».
После встречи с Нептуном траектория «Вояджера-2» отклонилась к югу. Теперь его полёт проходит под углом 48° к эклиптике, в южной полусфере. «Вояджер-1» поднимается над эклиптикой (начальный угол 38°). Аппараты навсегда покидают пределы Солнечной системы. В ноябре 2017 года двигатели «Вояджера-1» были успешно запущены после 37 лет простоя. Это было сделано для корректировки ориентации с тем, чтобы антенна аппарата была направлена на Землю.
Фото 5.3. Гелиосфера и планеты Солнечной системы.
Учёные19 надеются, что связь с «Вояджерами» удастся поддерживать и после того, как они пересекут гелиопаузу, примерно до 2025 года. Сейчас «Вояджер-2» находится на расстоянии 123,6 астрономических единиц от Земли, а «Вояджер-1» – на расстоянии 148,7 астрономических единиц, это самый удаленный рукотворный объект. «Вояджер-2» покинул (фото 5.3) гелиосферу –
Гравитационный маневр – это способ изменить направление движения космического аппарата, а так же увеличить или уменьшить его скорость, используя гравитацию массивных объектов и не используя ценное топливо на борту космического аппарата. Принцип действия гравитационного маневра можно описать следующим образом:
– если космический аппарат сближается с внутренней стороной орбиты планеты, то его скорость замедляется,
– если же аппарат пролетает с внешней стороны орбиты планеты, то его скорость увеличится.
Этот принцип действия напоминает работу пращника, метающего снаряды. Именно поэтому часто гравитационный маневр называют «
Самым знаменитым аппаратом, использовавшим гравитационный маневр, стал американский «Вояджер-2». Благодаря системе разгонов и торможений, он слетал в турне по Солнечной системе по маршруту «Земля-Юпитер-Сатурн-Уран-Нептун». А сейчас, получив ускорение от планет, уже вышел за границы Солнечной системы. Гравитационный маневр эффективнее применять вблизи объектов, обладающих большей скоростью и большей гравитацией. Идеальный кандидат на место такого объекта очевиден: звезды. Умы ученых давно будоражит идея пролететь на космическом аппарате вблизи нейтронных звезд. Согласно подсчетам, такой маневр смог бы разогнать корабль до трети от скорости света.
В системе отсчёта, связанной с Юпитером, космический аппарат разгоняется, проходит точку с минимальным расстоянием до планеты, а потом замедляется. Общая траектория космического аппарата представляет собой гиперболу, причём скорости до и после манёвра совпадают – с точки зрения наблюдателя, находящегося на Юпитере, никакого приращения скорости космического аппарата не происходит, только изменение направления его движения. Ситуация в системе отсчёта, связанной с Солнцем. В этой системе отсчёта планета движется по орбите (в случае Юпитера со скоростью более 13 км/с), поэтому скорость космического аппарата относительно Солнца может измениться. Юпитер увлекает космический аппарат за собой в своём движении по орбите, добавляя ему часть скорости своего орбитального движения. Чем больше масса планеты, тем бо́льшая часть скорости орбитального движения может быть передана аппарату. Именно поэтому гравитационные манёвры у Юпитера гораздо выгоднее, чем таковые у Марса, хотя скорость орбитального движения Марса почти вдвое выше, чем у Юпитера. Поскольку при этом происходит также и изменение направления движения космического аппарата, то модуль вектора приращения скорости может значительно превосходить орбитальную скорость движения планеты.
Повысить эффективность гравитационного маневра в 2—4 раза можно с использованием технологии Д. Кили, когда он в необходимые моменты по перемещению многотонной сферы попеременно включал вокруг её поверхности антигравитационную или супергравитационную оболочку, как противоположные или одинаковые по знаку заряда источнику тяготения поля Земли.
«Галилео»
Автоматический космический аппарат НАСА «Галилео», созданный для изучения Юпитера и его спутников, был запущен в 1989 году с борта космического корабля «Спейс шаттл» «Атлантис» (миссия STS-34. 1990 году пролетел мимо Венеры, где провёл ряд исследований. В 1991 прошёл через кольцо астероидов в известном поясе. В июле 1994 года сфотографировал процесс падения фрагментов астероида Шумейкер-Леви 9 в атмосферу Юпитера с трудно доступной стороны. 12 июля 1995 года произведено отделение спускаемого зонда от основного космического аппарата. 7 декабря 1995 года спускаемый зонд вошёл в атмосферу Юпитера, а 8 декабря 1995 года «Галилео» вышел на орбиту Юпитера и проработал там до 2003 года для изучения атмосферы и магнитосферы Юпитера, его спутников и их строения. Длительность полёта составила почти шесть лет. Галилео сделал 35 витков вокруг планеты в течение 8 лет. Аппарат высотой 5 метров весил 2223 кг, в том числе 118 кг научного оборудования, 339 кг – спускаемый аппарат, 925 кг топлива. Электроэнергетическая установка состояла из двух радиоизотопных элементов начальной мощностью около 570 Вт (490 ватт при прибытии к Юпитеру, солнечные батареи не применялись ввиду большого расстояния от Солнца).
Спускаемый аппарат
Спускаемый аппарат массой 339 кг и размером около метра был оборудован парашютной системой, радиопередачиком для связи с «Галилео» и семью научными приборами. На нём не было приёмной антенны и собственных двигателей. Литий-серная батарея обеспечивала до 730 Вт·ч энергии.
Результаты
Находясь в поясе астероидов, «Галилео» сблизился с астероидом Гаспра и послал на Землю первые снимки, сделанные с близкого расстояния. Около года спустя «Галилео» прошёл мимо астероида Ида и обнаружил у него спутник, названный Дактилем. В июле 1994 года на поверхность Юпитера упали фрагменты кометы Шумейкера-Леви 9. Точки падения фрагментов находились в южном полушарии Юпитера, на противоположном по отношению к Земле полушарии, поэтому сами моменты падения визуально наблюдались только аппаратом «Галилео», находившимся на расстоянии 1,6 а.е. от Юпитера. В декабре 1995 года спускаемый аппарат вошёл в атмосферу Юпитера. Зонд проработал в атмосфере примерно в течение часа, опустившись на глубину 130 км. Согласно измерениям, внешний уровень облаков характеризовался давлением в 1,6 атмосферы и температурой —80° С; на глубине 130 км – 24 атмосферы, +150° C. Плотность облаков оказалась ниже ожидавшейся, предполагаемый слой облаков из водяного пара отсутствовал. «Галилео» подробно исследовал динамику атмосферы Юпитера и другие параметры планеты. В частности, он обнаружил, что атмосфера Юпитера имеет «мокрые» и «сухие» области. В некоторых «сухих пятнах» содержание водяного пара было в 100 раз меньше, чем в атмосфере в целом. Эти «сухие пятна» могли увеличиваться и уменьшаться, однако они постоянно оказывались на одних и тех же местах, что говорит о системности циркуляции атмосферы Юпитера. «Галилео» зарегистрировал многочисленные грозы с молниями в 1000 раз мощнее земных. Передал множество снимков Большого Красного Пятна – гигантского (размером превышающего диаметр Земли), который наблюдают уже более 300 лет. «Галилео» также обнаружил «горячие пятна» вдоль экватора. По-видимому, в этих местах слой внешних облаков тонок, и можно видеть более горячие внутренние области. Большое значение имели исследования спутников Юпитера. За время своего пребывания на орбите Юпитера «Галилео» проходил рекордно близко к спутникам Юпитера: Европа – 201 км, Каллисто – 138 км, Ио – 102 км, Амальтея 160 км. Было получены подробные снимки поверхности спутников. Было установлено, что Ио обладает собственным магнитным полем, подтверждена теория о наличии океана жидкой воды под поверхностью Европы. Также были определены необычные характеристики Амальтеи.