Program Voyager - od 1977 do nieskończoności

NASA jest pewna, że sonda Voyager 1 już rok temu opuściła Układ Słoneczny. Dokąd zmierza teraz i jak to możliwe, że konstrukcja sprzed 36 lat wciąż działa i przesyła na Ziemię mnóstwo informacji?


Reklama

Pierwotnym celem bezzałogowego programu Voyager było zbadanie dwóch największych planet Układu Słonecznego - Jowisza i Saturna. W tym celu wysłano w przestrzeń kosmiczną sondy Voyager 1 oraz Voyager 2. Nie dość, że obiekty wypełniły swoje zadanie, to jeden z nich dokonał przełomowego i historycznego dla ludzkości osiągnięcia - dotarł do przestrzeni międzygwiezdnej, czyli - innymi słowy - opuścił Układ Słoneczny.

19 miliardów kilometrów kosmicznej żeglugi

Sonda Voyager 1 została wyniesiona w przestrzeń kosmiczną 5 września 1977 roku na pokładzie rakiety nośnej Titan IIIE-Centaur. Voyager II opuścił Ziemię nieco wcześniej, bo 20 sierpnia tego samego roku. Pierwsza misja obu statków polegała na zbadaniu dwóch gazowych olbrzymów - Jowisza oraz Saturna - i obejmowała m.in. analizę ich atmosfery, określenie masy, kształtu czy rozmiaru.

Statki zgromadziły wiele cennych informacji także na temat księżyców obu planet. Badania Jowisza zakończyły się w 1979, a Saturna w 1981 roku. Voyager 2 udał się następnie w kierunku Urana (1986) i Neptuna (1989). Przelot obok drugiej z wymienionych planet zakończył eksplorację ciał niebieskich. Głównym celem przedłużonego programu Voyager - przemianowanego w 1990 roku na Voyager Interstellar Mission - stało się badanie krańcowych obszarów heliosfery i dotarcie do przestrzeni międzygwiezdnej.

Sonda Voyager 1 pozostawała na "zbadanym" obszarze do 17 lutego 1998 roku. Tego dnia oddaliła się od Słońca na rekordową odległość 69,4 j.a., gdzie skrót "j.a." to jednostka astronomiczna - używana w astronomii jednostka odległości wynosząca dokładnie 149 597 870 700 m, co odpowiada dystansowi, jaki dzieli Ziemię od Słońca.

Kolejny ważny przełom w misji nastąpił 16 grudnia 2004 roku, kiedy Voyager 1 przekroczył granicę szoku końcowego heliosfery - rejonu otaczającego Układ Słoneczny, w którym wiatr słoneczny zwalnia do prędkości mniejszej od prędkości dźwięku. Osiągnięciu tej przestrzeni towarzyszy powstanie fali uderzeniowej. Z tym samym zjawiskiem sonda Voyager 2 zetknęła się 3 lata później, a więc w 2007 roku.

Stamtąd statki kosmiczne NASA przeszły w obszar dzielący szok końcowy i heliopauzę, tzw. płaszcz Układu Słonecznego, którego odległość od Słońca wynosi 80-100 j.a. Naukowcy nie wiedzieli, jaka jest jego grubość, ale słusznie podejrzewali, że pokonanie go może trwać latami, a w tym czasie statek oddali się od Słońca o kolejne kilkadziesiąt j.a.

Kolejne lata upłynęły pod znakiem wyczekiwania i sporów, czy Voyager 1 osiągnął już przestrzeń międzygwiezdną. Jednak pierwsze poważne przesłanki pozwalające sądzić, że tak się stało, pojawiły się w 2012 roku - 28 lipca i 15 sierpnia. Były to chwilowe zmiany liczby rejestrowanych cząstek. Wartości spadły wówczas z 25 do zaledwie 8-10 cząstek niskoenergetycznych na sekundę.

Najbardziej istotna okazała się obserwacja z 26 sierpnia 2012 roku, kiedy wspomniane wartości spadły do 2 cząstek na sekundę i pozostały na takim poziomie.

NASA zinterpretowała to zjawisko jako wejście statku na tzw. magnetyczną autostradę. Tam aparatura zaczęła wychwytywać coraz więcej promieniowania, które nie pochodziło od Słońca. Ostatecznie nowe badania z wykorzystaniem superkomputerów udowodniły, że Voyager znajduje się w przestrzeni międzygwiezdnej od ponad roku. Badacze podejrzewają, że pozostanie tam przynajmniej 10 lat.

W ten sposób misja, która rozpoczęła się w 1977 roku, trwa. Skonstruowany wówczas Voyager 1 pokonał monstrualną odległość wynoszącą ponad 19 mld km. Obie sondy przesłały w tym czasie prawie 600 GB danych i 100 tys. zdjęć. W czym tkwi sekret tych niezwykłych maszyn?

6 komputerów i złote dyski

Oba statki są mają identyczną budowę i ważą dokładnie 722 kg. Centralnie umieszczony zbiornik z hydrazyną - paliwem - otacza kadłub w kształcie dziesięciobocznego pierścienia o średnicy 1,78 m. Do jego górnej powierzchni przymocowane są trzy wysięgniki z aparaturą oraz antena. Wyposażenie każdego ze statków obejmuje 10 instrumentów naukowych, w tym spektrometry, fotopolarymetr, detektory plazmy i cząstek naładowanych oraz magnetometry.

Za produkcję energii odpowiadają trzy radioizotopowe generatory - każdy zawiera 4,5 kg plutonu. Jednostki nie będą jednak działały wiecznie, z biegiem lat ilość dostarczanej im energii maleje. To zmusza naukowców do wyłączania kolejnych systemów i instrumentów pokładowych.

Na pokładach obu sond kosmicznych znalazło się miejsce również dla elementu, który nie ma związku z ich funkcjonowaniem czy prowadzonymi badaniami. Chodzi o tzw. Voyager Golden Record, czyli pozłacane dyski zawierające dźwięki i obrazy. Dzięki nim obce cywilizacje będą mogły dowiedzieć się, jak wygląda życie na Ziemi.

Na ich odwrotnej stronie NASA umieściła instrukcję odtworzenia zapisanych materiałów. Dla przykładu: symbol promieniującego atomu wodoru obrazuje jednostkę czasu - przejście wodoru z jednego stanu w drugi trwa 0,7 nanosekundy. Inny rysunek przedstawia położenie Układu Słonecznego względem 14 pulsarów.

Sondy Voyager zostały skonstruowane w taki sposób, aby uzyskać maksymalną autonomiczność sterowania. Udało się to osiągnąć dzięki trzem połączonym ze sobą systemom. Na każdy z nich składają się dwa komputery - główny i zapasowy.

Główne komputery sterujące noszą nazwę Computer Command Subsystem (CCS) i są odpowiedzialne m.in. za pracę instrumentów pokładowych i utrzymywanie łączności z Ziemią. Za kontrolę położenia i manewry odpowiada Attitude and Articulation Control Subsystem (AACS), natomiast Flight Data Subsystem (FDS) nadzoruje instrumenty naukowe, koduje i kompresuje dane.

Czy komputery z pokładów sond można w ogóle porównać do wykorzystywanych przez nas np. smartfonów? "Podzespoły w tych statkach mają 270 tys. razy mniej pamięci i nie ma w nich jednostki, którą obecnie określamy mianem procesora" - wyjaśniają przedstawiciele NASA.

Trudno sobie wyobrazić, że skonstruowane w latach 70. XX wieku komputery wciąż działają. Dodatkowym destrukcyjnym czynnikiem jest środowisko, w jakim poruszają się sondy. Wiadomo bowiem, że aparatura pozostająca w przestrzeni kosmicznej jest bardzo narażona na uszkodzenia i usterki. Z biegiem lat elektronika spisuje się coraz gorzej, a przetwarzane przez nią informacje obarczone są coraz większymi błędami.  

Od 1977 do 40 272 roku

Voyager Interstellar Mission trwa. Inżynierowie NASA chcą, aby wszystkie działające obecnie systemy spełniały swoją rolę do 2020 roku. Przez 5 kolejnych lat będą one stopniowo wyłączane. Z punktu widzenia technologicznego śledzenie misji będzie możliwe do 2036 roku. Później sondy przestaną wysyłać w kierunku Ziemi sygnały, a tym samym staną się dla nas  niewidoczne.

Nie zmieni się jednak ich obecna prędkość, która wynosi 61 tys. km/h. Innymi słowy, sondy Voyager 1 i Voyager 2 wciąż będą zmierzać w ustalonym przez NASA kierunku.

"Voyager 1 zmierza w kierunku gwiazdozbioru Wężownika. W roku 40 272 zbliży się do gwiazdy AC+79 3888 z gwiazdozbioru Małej Niedźwiedzicy na odległość 1,7 roku świetlnego" - oświadczyli przedstawiciele NASA.

Dowiedz się więcej na temat: Voyager 1 | Voyager 2 | Sonda | Układ Słoneczny | badania kosmosu | NASA | neptun | Saturn
Najlepsze tematy