Programul Voyager

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Impresia artistului despre Voyager 2

Programul Voyager este un program științific din SUA care a dus la lansarea în 1977 a două sonde spațiale , numite Voyager 1 și Voyager 2 , pentru a explora sistemul solar exterior .

În faza inițială a programului, ambele sonde au observat planetele Jupiter și Saturn . Sonda spațială Voyager 2 a putut, de asemenea, să observe planetele Uranus și Neptun folosind o aliniere planetară avantajoasă care a avut loc la sfârșitul anilor 1970 . Până în prezent ( 2018 ) Voyager 2 este singura sondă care a făcut un pasaj strâns al lui Uranus și Neptun.

Ambele sonde au produs cantități mari de informații despre giganții gazoși ai sistemului solar . În special, datele obținute de Voyager 2 asupra masei lui Neptun au făcut posibilă limitarea existenței ipotetice a unor noi planete masive situate dincolo de orbita lui Pluto (o planetă de acest tip se numește în mod obișnuit planeta X ). În prezent, cele două sonde oferă date utile pentru caracterizarea heliopauzei , regiunea în care presiunea exercitată de particulele vântului solar scade până când devine egală cu cea a particulelor provenite din afara sistemului solar.

Spre deosebire de sondele Pioneer Program , care nu mai sunt funcționale, ambele sonde Voyager continuă să transmită date către stațiile terestre în timp ce călătoresc în afara sistemului solar. Bateriile termoelectrice cu izotopi radioactivi cu care sunt echipate permit încă câțiva ani de viață operațională (estimată până în 2025 ), chiar dacă mai multe instrumente au fost dezactivate treptat pentru a reduce absorbția de energie. Începând cu sfârșitul anului 2003, sonda Voyager 1 a început să traverseze heliopauza. Începând cu 7 iulie 2013 , sonda se crede că se află într-o regiune a sistemului solar numită helioguaină . Voyager 1 a ajuns la o distanță de 100 de unități astronomice (AU) de Soare pe 15 august 2006 . În 2013, a ajuns la o distanță de aproximativ 125 UA de Soare. Voyager 2 a ajuns la o distanță de 100 UA de Soare pe 7 noiembrie 2012 .

Cele două sonde au fost construite la Jet Propulsion Laboratory , o instalație finanțată de NASA . La bordul fiecăruia dintre ele se află o copie a Discului de Aur Voyager , un disc înregistrat care conține imagini și sunete ale Pământului împreună cu o selecție de muzică. Instrucțiunile pentru accesarea înregistrărilor în caz de descoperire sunt gravate pe carcasa înregistrării, tot din metal.

Dezvoltare

Concepția „Marelui Tur” și primele propuneri de implementare a acestuia

Traiectoria urmată de sondele Voyager.

Geneza programului Voyager poate fi urmărită în vara anului 1965, când Consiliul de Științe Spațiale al Academiei Naționale de Științe a indicat NASA două strategii posibile pentru explorarea planetelor sistemului solar exterior : misiuni de recunoaștere pe fiecare planetă sau un studiu aprofundat al lui Jupiter , cu orbite și sonde atmosferice. [1] În octombrie același an, Gary Flandro, inginer aerospațial la Jet Propulsion Laboratory (JPL), a publicat descoperirea că o aliniere între planetele sistemului solar exterior (care are loc o dată la 175 de ani), ar fi permis o navă spațială lansată de pe Pământ între 1976 și 1980 pentru a efectua ceea ce a fost denumit „Marele Tur”: zboruri strânse ale celor patru giganți gazoși , exploatând în mod adecvat efectul gravitational slingshot al fiecăruia dintre ei pentru a ajunge la următorul și a finaliza misiunea în 12 ani comparativ cu cei 30 necesari pentru un zbor direct de pe Pământ către Neptun . [2] [3] În 1966, JPL a început apoi să dezvolte o propunere de misiune în acest sens, sponsorizată de Homer Joe Stewart, șeful planificării misiunii pentru institut. [4]

În 1969, NASA a înființat Grupul de lucru pentru planete exterioare , care a recomandat agenției să dezvolte două misiuni interplanetare care implică survolarea a trei planete fiecare (fiecare misiune va fi plătită pentru utilizarea a două sonde, pentru redundanță [5] ): una îndreptată către Jupiter, Saturn și Pluto , lansate în 1977; cealaltă îndreptată spre Jupiter, Uranus și Neptun, cu lansarea în 1979. Această setare ar corespunde unei durate mai scurte pentru fiecare misiune decât finalizarea Marelui Tur cu un singur avion, atenuând dificultățile în proiectarea sondelor. [6] Andrew J. Butrica, totuși, atribuie această recomandare și modurilor în care au fost selectați membrii grupului de lucru: fiecare centru de cercetare NASA a trimis doi reprezentanți care, în evaluarea propunerilor, au luat în considerare interesele centrele de cercetare în sine, care în cele din urmă ar fi însărcinate cu construirea navei spațiale. Potrivit acestuia, prin urmare, acesta a fost cel care i-a ghidat în susținerea unei soluții care să implice un număr mai mare de sonde decât posibilitatea oferită de Grand Tour de a utiliza un singur vehicul. [7] Având în vedere succesul programului Mariner în explorarea sistemului solar interior , Grupul de lucru pentru planete externe a cerut de asemenea NASA să activeze un program similar pentru sistemul solar exterior. [7]

În același an, JPL a propus construcția sondelor, în urma fazei de proiectare începută în 1966. Fiecare vehicul, indicat cu vehiculul spațial termoelectric Outer Planet (TOPS), va fi echipat cu patru generatoare de radioizotopi termoelectric , un câștig mare de 4,3 m în cu un computer capabil să efectueze proceduri de autodiagnosticare și reparații ale oricăror defecte (denumite autotestare și reparații, STAR), al căror prototip avea o dimensiune enormă. [8] Numai pentru faza de dezvoltare, în principal datorită computerului STAR, [9] un cost estimat de 17,5 milioane USD; [8] costul final al misiunii ar fi putut depăși un miliard de dolari. [9] [10]

În cele din urmă, de la reuniunea de vară a Space Science Board din 1969, sprijinul care a convins NASA să facă o cerere de finanțare, pentru anul fiscal 1971, pentru patru sonde TOPS, care ar fi condus cele două misiuni propuse de Outer Planets Working Grup. Cu toate acestea, Președinția Nixon a introdus o reducere de 75 de milioane de dolari a bugetului agenției spațiale pentru același an, dintre care multe au căzut în misiune. [11] NASA a căutat apoi sprijinul comunității științifice și s-a adresat din nou către Space Science Board în 1970, care, totuși, a produs documente contradictorii: în timp ce un comitet executiv condus de Herbert Friedman a sfătuit să se concentreze asupra Jupiter, grupul de lucru pentru explorare (Planetar Exploration Working Group) a recomandat să nu ratați ocazia reprezentată de Marele Tur. [12]

În confruntarea care a urmat în comunitatea științifică și în Congres , misiunea a concurat pentru finanțare cu depășiri bugetare ale Programului Viking și cu proiecte de construire a unui telescop spațial și a Navetei Spațiale . Percepția a rezultat că sondele TOPS erau prea scumpe și NASA a fost rugată să vină cu o propunere mai puțin ambițioasă. [9] Cu sprijinul Space Science Board, care s-a întrunit în vara anului 1971, în decembrie a aceluiași an, administratorul NASA James C. Fletcher a depus o cerere de finanțare pentru anul fiscal 1973 al mai puțin costisitorului Mariner Jupiter-Saturn, pe care Congresul i-a acordat 360 de milioane de dolari. [13] [10]

Mariner Jupiter-Saturn

Programul a prevăzut lansarea a două sonde identice în 1977, care ar zbura peste Jupiter și ar folosi forța gravitațională a planetei pentru a ajunge la Saturn. Dezvoltarea și construcția sondelor au fost atribuite Laboratorului de propulsie cu jet (JPL), Harris M. Schurmeier fiind manager de proiect . [14]

Sondele ar fi lansate folosind ferestrele de lansare ale Grand Tour; prin urmare, Grand Tour a rămas în continuare în sfera misiunii, dacă condițiile s-au schimbat ulterior și sondele au reușit să funcționeze pentru anii necesari pentru a-l finaliza. Prin urmare, proiectanților JPL li s-a cerut neoficial să adopte soluții care ar fi permis ca sondele să fie folosite pentru a explora și Uranus și Neptun. [14]

În 1973, existau încă multe incertitudini cu privire la obstacolele pe care cele două sonde le-ar putea întâlni în traversarea unei regiuni a sistemului solar care nu fusese încă explorată. [15] Unii cercetători, de exemplu, credeau că asteroizii centurii principale erau atât de numeroși încât nu puteau fi trecuți neatinși de o navă spațială. Astfel, sondele Pioneer 10 și 11 , lansate respectiv la 2 martie 1972 și 5 aprilie 1973 ca parte a programului Pioneer pe care Centrul de cercetare Ames l-a condus pentru NASA, [16] a acționat ca adevărați precursori pentru Voyager și, în unele ocazii , s-a preferat sacrificarea întoarcerii științifice care ar fi putut fi obținută din cele două misiuni pentru a testa traiectoriile pe care sonde Voyager le-ar fi parcurs ulterior în sistemele lui Jupiter și Saturn. [17] Pe de altă parte, descoperirile pe care le-au făcut pionierii în explorarea celor doi uriași gazoși au ghidat selecția instrumentelor cu care cei doi Voyager ar fi echipați. [15]

Alte 7 milioane de dolari de la Congres au permis, printre altele, dezvoltarea unui computer reprogramabil, care a fost esențial pentru succesul misiunii. [14] Au fost selectate unsprezece instrumente și pentru fiecare dintre ele responsabilitatea de proiectare și construcție a fost atribuită unui investigator principal , majoritatea provenind de la Goddard Space Flight Center . [18]

În cele din urmă, NASA a ales să redenumească cele două misiuni care depășiseră cu mult designul simplu al misiunilor anterioare Mariner. A fost lansată astfel o competiție din care provine numele Voyager. Cu toate acestea, decizia a fost comunicată abia în martie 1977, acum aproape de lansare și a generat confuzie în denumirea celor două sonde, care vor apărea ca Voyager 1 și 2, Mariner 11 și 12 și, de asemenea, Voyager 11 și 12. [ 19]

Sondele spațiale Voyager

Sondele Voyager au o masă de 773 kg, din care 105 kg sunt instrumente științifice. Cele două sonde Voyager identice sunt sisteme stabilizate pe trei axe.

Planetele și sateliții vizitați de Voyager

Calculator

Voyagerii au trei microprocesoare. Datele sunt tratate de subsistemul de date de zbor (FDS) și de un singur magnetofon cu opt piste (DTR). FDS coordonează operațiunile diferitelor instrumente, colectează date tehnice și științifice și le pregătește pentru transmiterea pe Pământ. DTR este utilizat pentru a înregistra date de mare viteză de la subsistemul de undă plasmatică (PWS). Datele de pe bandă sunt trimise pe Pământ la fiecare șase luni. Subsistemul de comandă computer (CCS) oferă funcții de control și coordonare. CCS conține rutine fixe, cum ar fi comenzile de decodare și ce trebuie făcut în caz de erori. Subsistemul de control al atitudinii și articulației (AACS) controlează orientarea sondei, menține orientarea precisă a antenei cu câștig ridicat către Pământ, controlează manevrele de orientare și poziționează platformele cu scule.

Comunicații

Comunicarea către sondă se efectuează în banda S la 16 biți pe secundă, în timp ce un transmițător din banda X trimite datele detectate înapoi pe Pământ la 160 biți / s, cu vârfuri de 1,4 kBiți / s pentru datele de mare viteză al PWS. Toate datele sunt transmise și primite prin intermediul antenei cu câștig ridicat de 3,7 metri diametru.

Camere

Subsistemul științei imagistice (ISS), format din camere cu unghi larg și teleobiectiv, este o versiune modificată a camerelor de scanare lentă Vidicon care a fost utilizată în zborurile Mariner. Prin urmare, ISS constă din două camere, fiecare cu opt filtre, fiecare montată pe un cadru interblocat și controlabil, în fața Vidicon. Unghiul larg are o distanță focală de 200 mm, cu o deschidere de f / 3, în timp ce cealaltă are o distanță focală de 1500 mm cu o deschidere de f / 8,5.

Structura navei spațiale Voyager.jpg

Instrumente științifice

  • Imaging Science System (ISS) - Utilizat un sistem cu 2 camere (câmp îngust și câmp larg) pentru a captura imagini ale lui Jupiter , Saturn și alte obiecte din traiectorie.
  • Radio Science System (RSS) - a folosit sistemul de telecomunicații al navei spațiale pentru a determina proprietățile fizice ale planetelor și sateliților (ionosfere, atmosfere, mase, câmpuri gravitaționale, densități), cantitatea și magnitudinea distribuției materialelor în inelele lui Saturn și dimensiunile acestora
  • Spectrometru cu interferometru cu infraroșu (IRIS) - A investigat compoziția atmosferică a planetelor și a sateliților.
  • Spectrometru cu ultraviolete (UVS) - Proprietăți atmosferice și radiații măsurate
  • Magnetometru Fluxgate Triaxial (MAG) - Investigat câmpurile magnetice ale lui Saturn și Jupiter și interacțiunea vântului solar și a câmpului magnetic interplanetar cu vântul solar și câmpul magnetic interstelar
  • Spectrometru cu plasmă (PLS) - S-au investigat proprietățile macroscopice ale ionilor de plasmă și electronilor din câmpul electric de la 5 eV la 1 keV
  • Instrument cu particule încărcate cu energie redusă (LECP) - Măsurarea diferențelor în fluxurile de energie și distribuția unghiulară a ionilor și electronilor și diferențele în compoziția ionilor încărcați
  • Sistemul de raze cosmice (CRS) - Determină originea și procesele de accelerație, istoria vieții și contribuția dinamică a razelor cosmice interstelare, sinteza nucleului elementelor din sursele razelor cosmice, comportamentul acestora în spațiul interstelar mediu și mediul de particule de energie planetară prinse
  • Investigația Planetară a Radioastronomiei (PRA) - Folosit un receptor radio cu frecvență măturată pentru a studia semnalele radio și emisiile lui Jupiter și Saturn .
  • Sistem fotopolarimetru (PPS) - Folosit un telescop Cassegrain de tip Dahl-Kirkham de 6 inch și f / 1.4 cu o roată care conține 5 analizoare de 0,60, 120, 45 și 135 de grade și altul cu 8 benzi spectrale cu o acoperire de la 2350 la 7500A pentru a colecta informații despre compoziția giganților gazoși, despre proprietățile dispersiei atmosferice și despre densitatea acestor planete
  • Sistem de unde cu plasmă (PWS) - Oferă măsurători independente continue ale profilelor de densitate a electronilor din Jupiter și Saturn și informații de bază despre interacțiunea locală a undelor particulelor, utile în studiul magnetosferelor

Dietă

Curentul electric necesar pentru funcționarea sondei și a instrumentelor este furnizat de trei generatoare termoelectrice de radioizotopi (RTG). În prezent, furnizează aproximativ 285 wați fiecărei sonde. Generatoarele termoelectrice radioizotopice sunt alimentate cu plutoniu și în momentul lansării furnizau aproximativ 470 wați de putere la 30 volți DC . Plutoniul-238 este radioactiv și se degradează cu un timp de înjumătățire de aproximativ 85 de ani, astfel încât RTG-urile care îl utilizează pierd un factor , aproximativ 0,81%, din putere în fiecare an. După 23 de ani de lansare, aceste RTG-uri ar putea livra aproximativ 390 de wați, aproximativ 83% din puterea inițială. Deoarece termocuplurile utilizate pentru a converti energia termică în energie electrică se degradează și ele, la începutul anului 2001 puterea electrică disponibilă pentru Voyager 1 era de 315 wați și 319 pentru Voyager 2. Puterea disponibilă este, în orice caz, mai mare decât se aștepta teoretic înainte de lansare.

Misiunea interstelară Voyager (VIM)

Reelaborarea imaginilor lui Jupiter și a lunilor sale luate de Voyager 1 . Sus stânga Io , Europa centrală, dedesubtul lui Ganimedes și dreapta Callisto .

Misiunea primară a lui Voyager a fost finalizată în 1989, Neptunul lui Voyager 2 trecând în apropiere. Misiunea interstelară Voyager (VIM) este o extensie a misiunii, care a început atunci când cele două nave spațiale fuseseră deja în zbor de peste 12 ani. Divizia de Heliofizică a Direcției Misiunii Științifice a NASA a efectuat o revizuire a seniorilor de Heliofizică în 2008. Analiza a constatat că VIM „este o misiune care trebuie continuată” și că finanțarea VIM „este aproape de optimă și garantată. Din finanțarea și îmbunătățirea DSN ( Deep Space Network ) ".

Începând de astăzi, platformele de scanare Voyager, împreună cu toate instrumentele platformei, nu mai sunt alimentate. Spectrometrul ultraviolet (UVS) al Voyager 1 a fost activ până în 2003, când a fost dezactivat. Operațiuni giroscopice încheiate în 2015 pentru Voyager 2 și în 2016 pentru Voyager 1 . Giroscopurile sunt utilizate pentru a roti sonda de 360 ​​de grade de șase ori pe an pentru a măsura câmpul magnetic al sondei, care este apoi scăzut din datele științifice ale magnetometrului .

Cele două sonde sunt încă capabile să funcționeze și să trimită date științifice pe Pământ . Ambele au suficientă energie electrică și combustibil pentru a funcționa până în jurul anului 2020 , deși epuizarea totală a energiei electrice disponibile va avea loc nu mai devreme de 2025 , când nu va mai fi suficientă pentru a alimenta niciun instrument științific.

În cultura de masă

  • Numele Voyager apare în science fiction , într-un episod din serialul de televiziune Spazio 1999 (1974). Lansată în ficțiune în 1985, la opt ani după cea reală, este o sondă futuristă potrivită pentru călătoriile interstelare, substanțial diferită de cea omonimă.
  • Încă în science fiction, misiunea imaginară Voyager 6 , parte a filmului Star Trek (1979).

Notă

  1. ^ Andrew J. Butrica , p. 253 , 1998.
  2. ^ (EN) Gary A. Flandro, Utilizarea energiei derivate din câmpul gravitațional al lui Jupiter pentru reducerea timpului de zbor către sistemul solar exterior, în JPL, Space Programs Summery, IV, n. 37-35, 1965, pp. 12-23. Citat de Andrew J. Butrica , p. 254 , 1998.
  3. ^ Mark Littmann , pp. 95-98 , 1988. Articolul, semnat de Gary A. Flandro, este accesibilaici . Adus pe 27 septembrie 2013.
  4. ^ Andrew J. Butrica , pp. 254-255 , 1998.
  5. ^ Andrew J. Butrica , p. 259 , 1998.
  6. ^ Începând din 1969, NASA nu lansase încă misiuni cu o durată mai mare de aproximativ 3 ani de la Mariner 4 , care efectuase un zbor spre Marte în iulie 1965 și nu părea a fi o mică lucru pentru a dezvolta o tehnologie suficient de fiabilă pentru a de peste un deceniu în modul semiautomat. Vezi Mark Littmann , p. 94 , 1988.
  7. ^ a b Andrew J. Butrica , pp. 255-256 , 1998.
  8. ^ a b Ben Evans, David M. Harland , pp. 46-48 , 2004.
  9. ^ a b c Andrew J. Butrica , pp. 260-261 , 1998.
  10. ^ a b Mark Littmann , p. 94 , 1988.
  11. ^ Andrew J. Butrica , pp. 256-257 , 1998.
  12. ^ Andrew J. Butrica , p. 258 , 1998.
  13. ^ Andrew J. Butrica , pp. 261-262 , 1998.
  14. ^ a b c Andrew J. Butrica , pp. 262-264 , 1998.
  15. ^ a b Andrew J. Butrica , p. 266 , 1998.
  16. ^ (EN) The Pioneer Missions , pe nasa.gov, NASA, 26 martie 2007. Adus pe 3 iulie 2014.
  17. ^ (EN) James Schalkwyk, NASA sărbătorește patru decenii ale lui Plucky Pioneer 11 , pe nasa.gov, NASA, 5 aprilie 2013. Adus pe 3 iulie 2014.
  18. ^ Andrew J. Butrica , pp. 265-267 , 1998.
  19. ^ Andrew J. Butrica , pp. 267-268 , 1998.

Bibliografie

Elemente conexe

Alte proiecte

linkuri externe

Controlul autorității LCCN ( EN ) n90692226
Astronautică Portalul astronauticii : accesați intrările Wikipedia care se ocupă de astronautică