Вояджеры продолжат миссию после взлома: гениальное решение NASA

Если нам удастся восстановить работу аппарата, это станет величайшим чудом. Мы определённо не собираемся сдаваться. Существуют и иные методы, которые мы можем попробовать. Но случившееся, безусловно, представляет собой самую серьёзную неисправность с тех пор, как я возглавила проект, — прокомментировала ситуацию руководитель миссии Сюзанна Додд.

Космический аппарат Вояджер-1: что с ним произошло и в каком он сейчас положении

Вояджер-1, запущенный в 1977 году, в настоящий момент находится в межзвездной среде. В ходе своего длительного путешествия он смог зафиксировать устойчивый сигнал плазменных волн, которые возникают при взаимодействии между межзвездной средой и солнечным ветром. Эти данные, наряду с другими открытиями, значительно расширили наши знания о космосе. В этой статье мы расскажем, как далеко путешествовал Вояджер-1, и действительно ли он покинул пределы Солнечной системы.

С 5 сентября 1977 года Вояджер-1 предоставляет данные своих научных приборов на Землю. Например, благодаря его работе учёные смогли зафиксировать сигнал межзвездной среды, что является ключевым моментом для понимания взаимодействий этой среды с солнечным ветром. Давайте подробнее рассмотрим, что собой представляет данный аппарат и каковы его текущие масштабы космического путешествия.

Вояджер-1 — что это за космический аппарат

Вояджер-1 — это космический зонд, созданный NASA, который был запущен с мыса Канаверал в 1977 году. Первоначальной целью этой миссии было изучение планет Юпитер и Сатурн, и ожидалось, что аппарат будет функционировать всего лишь несколько лет, прежде чем его системы выйдут из строя.

Однако Вояджер-1, как и его «собрат» Вояджер-2, успешно преодолел все ожидания учёных и продолжает свою работу, отсылая данные на Землю уже более 40 лет. Оба аппарата преодолели значительные расстояния: они уже давно прошли мимо Урана и Нептуна и даже покинули орбиту Плутона.

Поскольку на их пути больше нет других планет, зонды теперь активно исследуют окружающую их космическую среду. Хотя эта среда может показаться пустынной, на самом деле она полна частиц, включая ядра атомов водорода и гелия, которые высвобождает Солнце — это явление называют солнечным ветром.

Как появился Вояджер-1

На самом деле, ни Вояджер-1, ни Вояджер-2 не планировалось, что они будут функционировать в течение столь долгого времени. Программа космических исследований началась в 1960-х годах, когда США и СССР активно соперничали в освоении космоса. В то время многие успехи, такие как первый выход человека в открытый космос или полет на Луну, были требуемыми достижениями, которые необходимо было показать общественности. Научным исследованиям в США часто выделялись средства по остаточному принципу.

Тем не менее, учёные заметили, что в конце 1970-х годов планеты Солнечной системы выстраиваются в ряд, что позволяло бы использовать их гравитационные поля для разгона космических аппаратов. Увы, скорость, которую могли обеспечить ракетные двигатели, оказалась недостаточной для всестороннего исследования Солнечной системы.

Не упустив возможность, NASA приняло решение адаптировать уже существующие аппараты, такие как «Маринер», которые ранее отправляли к Марсу, для новой миссии, что позволило сэкономить средства.

Считалось, что аппараты смогут работать лишь несколько лет, исследуя только Юпитер и Сатурн, и никто даже не мечтал о том, чтобы заглянуть за Уран и Нептун.

В 1989 году Вояджер-2 сделал невероятные цветные фотографии Тритона — спутника Нептуна с его уникальной атмосферой.

Интересный факт: оба зонда были запущены в разное время, и первым стартовал Вояджер-2. Вояджер-1 начал своё путешествие через 16 дней после него, но его маршрут был спланирован так, чтобы обойти планеты Солнечной системы, в результате чего он вскоре нагнал и превзошёл Вояджер-2. Имя первооткрывателя дальнего космоса закрепилось именно за Вояджером-1.

На данный момент прошло 47 лет, 1 месяц и 28 дней, а Вояджер-1 продолжает свою работу. Он удаляется от Солнца со скоростью 17 км в секунду, находясь на расстоянии 24,8 миллиарда километров от него. Это колоссальное расстояние! Свет преодолевает его за 22 часа и 59 минут. Если бы сегодня в спутник был отправлен сигнал, он достиг бы устройства почти через сутки.

Текущее положение Вояджера-1 относительно планет Солнечной системы . Фото: nasa.gov

Что открыл Вояджер-1

Изучение планет Солнечной системы, проведенное Вояджерами, проходило в соответствии с планом, однако наибольшие интересные открытия начали происходить позже. До получения данных от этих зондов у учёных не было ясного понимания того, что происходит в межзвездном пространстве. Существовали теории, но точных данных не имел никто. Это была важная информация для создания будущих зондов.

Первое значимое событие произошло в 2004 году, когда Вояджер-1 на расстоянии 94 астрономических единиц (астрономическая единица равна расстоянию от Земли до Солнца) пересёк границу ударной волны солнечного ветра. Это поток ионизированных частиц, которые воспринимаются людьми в виде магнитных бурь и обуславливают появление северного сияния. За данной границей солнечный ветер ведёт себя как упругий газ, сжимаясь и нагреваясь.

В 2011 году Вояджер-1 достиг зоны, где солнечный ветер начал поворачиваться под давлением межзвездной среды, и обнаружил ультрафиолетовое излучение Млечного Пути.

Впервые о выходе за пределы гелиосферы, области пространства, где поток частиц от других звёзд превышает поток от Солнца, заговорили в 2012 году. Однако тогда никто не знал точно, где проходит граница гелиосферы и как должно вести себя магнитное поле за её пределами. Учёные окончательно подтвердили, что Вояджер-1 вышел из гелиосферы в межзвездное пространство только в 2018 году.

В 2018 году Вояджер-1 окончательно покинул гелиосферу . Фото: wallscloud.net

Важно отметить, что выход за пределы гелиосферы часто воспринимается как выход за границы Солнечной системы, однако это не так. Солнечная система включает в себя все объекты, травящие вокруг Солнца: астероиды, карликовые планеты, кометы и другие. Точное местоположение границы Солнечной системы не установлено. Учёные предполагают, что её граница ограничена облаком Оорта — скоплением объектов на удалённых орбитах. Но до этого облака Вояджерам придётся преодолеть ещё около 30 тысяч лет. Это наглядно демонстрирует, насколько велики масштабы космоса. Пока человечество не создаст космические судна, способные к гиперпространственным перелётам, как в фантастических фильмах, говорить о покорении галактики ещё рано.

Питание космических аппаратов Вояджер

На борту Вояджер-1 и Вояджер-2 установлены множество научных инструментов. Все они получают энергию от радиоизотопных термоэлектрических генераторов (РТГ), которые вырабатывают электричество за счёт распада плутония. Этот процесс продолжается постоянно, уже на протяжении 45 лет. В результате аппараты истощают доступную им энергию, и, чтобы её сохранить, учёные отключили обогреватели и многие другие системы, которые не являются критически важными для их дальнейшей работы.

Научное оборудование зонда Вояджер. Источник: obrazovanie-gid.ru

Можно было бы предположить, что специалисты NASA уже отключили все возможные системы для экономии энергии. Однако существует ещё одна система — система стабилизации питания, защищающая электронные компоненты от возможных скачков напряжения. Она была активирована на протяжении всех сорока с лишним лет работы, так как любой сбой мог привести к повреждению научного оборудования. Однако таких скачков не произошло, и поэтому NASA собирается отключить эту защиту.

В 2022 году был зафиксирован сбой в работе зонда Вояджер-1. Насколько этот сбой был серьёзным?

Сколько продлится космическая миссия Вояджер

Новый запас энергии будет использован для питания пяти оставшихся приборов Вояджера-2, которые нужны для передачи данных о свойствах плазмы, заряженных частицах и магнитных полях межзвездной среды на Землю. Ожидается, что имеющуюся энергию хватит для работы Вояджера-2 до 2026 года. Если это действительно так, значит, миссия Вояджер продлится 49 лет. Возможно, специалисты NASA смогут найти дополнительный источник энергии, что сделает эту миссию первой в истории, длившейся полвека.

Космический зонд находится в межзвездном пространстве и Зонд собирает научные данные, которые помогают ученым лучше понять Вселенную и ее происхождение.

Вклад космических аппаратов Вояджер в науку невероятно значителен. Благодаря этим двум зондами человечество смогло впервые увидеть, как выглядят планеты Сатурн, Юпитер, Нептун и Уран. Кроме того, Вояджер-2 сделал фотографии Энцелада — спутника Сатурна, имеющего диаметр 513 километров. Если вам интересны эти снимки, рекомендуем ознакомиться с нашей статьёй, посвящённой тому, как аппараты «Вояджер» повлияли на науку.

Благодаря миссии Вояджер, человечество узнало, как выглядит Энцелад.

Чтобы оставаться в курсе всего интересного в области науки и технологий, подписывайтесь на наш канал в Дзен и следите за последними обновлениями!

Наконец, не следует забывать, что у Вояджеров был предшественник — космический зонд Пионер-10, который был запущен в 1972 году для изучения Юпитера и гелиосферы. Он предоставил учёным важные данные о составе атмосферы Юпитера, определил его массу, измерил магнитное поле и оценил плотность четырёх крупнейших спутников планеты. Последний сигнал от Пионера-10 был получен в 2003 году, и на данный момент его местоположение неизвестно, однако, вероятно, он по-прежнему активен и движется в сторону звезды Альдебаран.

Что будет дальше

Следующий важный этап взаимодействия Земли и Вояджера-1 — это потенциальная потеря связи. Сайт voyagersfinalmessage.com, основываясь на данных от бортовых источников питания зонда, сообщает, что до последнего контакта с Вояджером-1 осталось около 700 дней.

Учёные сообщают о том, что Вояджер-1 в настоящий момент быстро теряет топливо. К середине XXI века существует вероятность того, что он полностью его исчерпает. Тем не менее, астрофизик из университета Айовы Билл Курт подчеркивает, что NASA в настоящее время сосредоточено на увеличении рабочего времени Вояджера-1 минимум до 2027 года. В настоящее время на Вояджере-1 активны только 4 из 10 ключевых приборов.

Со временем, это всё-таки произойдёт — Земля утратит связь с зондом. После этого у Вояджера-1 будет дипломатическая миссия. Аппарат несёт закодированную информацию, которая включает: а) приветствия на 55 языках мира; б) фотографии с поверхности Земли. Также работа зонда позволяет отслеживать его местоположение относительно Земли.

Проблемы в работе аппарата

Сбои в работе оборудования зондов происходили неоднократно, но каждый раз инженерам и учёным удавалось их устранить. Однако в 2022 году возникли серьёзные проблемы с передачей телеметрических данных от Вояджера-1. Тогда аппарат начал отправлять странные сигналы о своём положении — последовательность нулей или число 377.

Инженеры NASA объяснили, что это связано с AACS — подсистемой, отвечающей за пространственную ориентацию и маневрирование. Несмотря на то, что зондом по-прежнему можно было управлять вручную, он потерял способность фиксировать своё текущее местоположение. Вероятнее всего, причина кроется в воздействии космического излучения на навигационную систему устройства.

Некоторые даже выдвигали предположение о влиянии тёмной материи или веществ с отрицательной массой на устройство. Хотя это сложно доказать или опровергнуть, факт остаётся фактом — навигационная система начала давать сбои. Инженерам проекта удалось временно решить проблему, отправив телеметрию через другой компьютер аппарата.

Однако в декабре 2023 года ситуация повторилась. Блок телеметрической модуляции снова начал передавать странные двоичные коды в Центр управления полётами (ЦУП). NASA заподозрили, что проблема связана с FDS — одним из трёх компьютеров зонда, который работает в связке с центральным блоком управления и контроля, а также устройством для ориентации и наведения. Этот блок также осуществляет сбор данных от множества датчиков аппарата и конвертирует их в двоичный код. А телекоммуникационный модуль отправляет эти данные на Землю. Возможная причина сбоя — повреждение памяти в FDS.

Учёные попытались перезагрузить систему, но это не дало результата — зонд продолжал передавать на Землю непонятные данные.

Если мы вернём аппарат к жизни, это будет величайшим чудом. Мы определённо не собираемся складывать руки. Есть и другие методы, которые мы можем попробовать. Но случившееся, безусловно, самая серьёзная поломка с тех пор, как я стала менеджером проекта, — прокомментировала ситуацию руководитель миссии Сюзанна Додд.

На данный момент аппарат продолжает получать данные с Земли и может интерпретировать их, однако это не способствует восстановлению обмена информацией. В настоящее время специалисты проекта продолжают отправлять команды Вояджеру-1, надеясь выявить проблему с помощью коррекции памяти компьютера. Если в следующие несколько недель ничего не будет сделано, зонд можно будет считать потерянным. Конечно, Земля будет продолжать получать тот самый поток непонятных данных, что позволит понять, функционирует ли аппарат, однако научная ценность этих данных уже не будет иметь значения.

На текущий момент Вояджер-1 находится на расстоянии 24 365 306 285 километров от Земли и продолжает своё движение со скоростью 61 тысяча километров в час. Из-за огромного расстояния на ответ от аппарата приходится ожидать около 45 часов.

Не всё потеряно

Его «собрат» Вояджер-2 продолжает свою работу. В 2023 году его срок службы продлён на несколько лет благодаря решению учёных, которые устранили проблему снижения мощности топливного элемента, отключив обогрев систем, которые больше не нужны для поддержания полёта.

Чем дальше аппараты от Земли, тем более ценную информацию они способны передавать; соответственно, в NASA очень заинтересованы в продолжении работы устройств. На данный момент известно, что системы Вояджер-2 функционируют стабильно, и критических сбоев не зафиксировано. В начале 2023 года учёные проанализировали данные от зонда и подтвердили, что всё продолжает идти по запланированному сценарию.

Надеемся, что Вояджер-2 будет функционировать ещё несколько лет, вплоть до окончательного исчерпания заряда топливного элемента, и мы сможем получить ещё много интересной информации. И, конечно, будем желать удачи NASA в восстановлении работоспособности Вояджера-1.