«Вояджер» (Voyager) — американська наукова програма, у рамках якої було розроблено, а в 1977 році ракетами-носіями типу «Титан-3E» запущено два міжзоряні зонди, «Вояджер-1» і «Вояджер-2». Вдале взаємне розташування планет-гігантів дало змогу відправити дослідні зонди до двох газових гігантів, Юпітера й Сатурна, з можливістю відвідати також крижані гіганти, Уран й Нептун. Після того як «Вояджер-1» успішно пролетів повз Сатурн і його супутник Титан, було вирішено відправити «Вояджер-2» до Урана й Нептуна.
Після завершення прольоту повз планети було вирішено подовжити програму роботу зондів і досліджувати за їх допомогою зовнішні регіони Сонячної системи та міжзоряного середовища. 25 серпня 2012 року дані з «Вояджера-1» показали, що він увійшов у міжзоряне середовище; 5 листопада 2019 року його також досяг «Вояджер-2». 4 листопада 2019 року вчені повідомили, що 5 листопада 2018 року «Вояджер-2» офіційно досяг області космічного простору, де вплив сонячного вітру припинився. У серпні 2018 року НАСА на основі даних, отриманих космічним апаратом New Horizons, підтвердило існування «водневої стіни» на зовнішніх краях Сонячної системи, яка була вперше виявлена ще в 1992 році двома космічними апаратами «Вояджер».
Станом на 2024 рік «Вояджери» продовжували працювати поза межами геліосфери у міжзоряному просторі. «Вояджер-1» рухається зі швидкістю 61 198 км/год, або 17 км/с відносно Сонця. Станом на 25 травня 2024 року, він перебуває на відстані 24 475 900 000 км від Сонця, віддалившись на відстань 162 а. о. (24,2 млрд км). Станом на 25 травня 2024 року, «Вояджер-2» рухається зі швидкістю 55 347 км/год, або 15 км/с відносно Сонця і перебуває на відстані 20 439 100 000 км від Сонця, віддалившись на відстань 136,627 а. о. (20,4 млрд км).
Обидва «Вояджери» — єдині на сьогодні об'єкти, створені людиною, які вийшли в міжзоряний простір, і цей рекорд вони утримуватимуть щонайменше до 2040-х років. «Вояджер-1» є найвіддаленішим від Землі об'єктом, створеним людиною.
Історія
Програма Mariner Jupiter-Saturn «Вояджер» здійснив те, чого ніхто не передбачав, побачив те, чого ніхто не очікував, і обіцяє пережити своїх винахідників. Він, як велика картина або незмінна установа, набув власного існування, долі, непідвладної розумінню його творців ().Космічні зонди «Вояджер» спершу задумувалися як частина великої космічної подорожі, яка передбачала відвідування зовнішніх планет Сонячної системи. Ця подорож планувалася на кінець 1960-х — початок 1970-х років; її метою було дослідження Юпітера, Сатурна, його супутника Титана, Урана, Нептуна та Плутона.
Ідея місії спиралася на програму «Гранд-тур», розроблену в 1964 році аерокосмічним інженером Лабораторії реактивного руху НАСА . Своєю чергою, ця програма використовувала рідкісне взаємне розташування планет, яке трапляється лише раз на 175 роківhttp://www.gravityassist.com/IAF3-2/Ref.%203-143.pdf. Це розташування дало апарату змогу досягти всіх зовнішніх планет Сонячної системи за рахунок гравітаційних маневрів.
Місія передбачала запуск кількох пар зондів. У 1966 році її схвалила Лабораторія реактивного руху НАСА, і почалася робота над нею. Однак у грудні 1971 року місія «Гранд Тур» була скасована, оскільки призначене для неї фінансування було перенаправлено на програму «Спейс Шаттл».
У 1972 році було запропоновано програму меншого масштабу: відвідування чотирьох планет двома однаковими космічними апаратами. Планувалося використовувати космічні апарати, які належали до програми «Марінер» і спочатку мали називатися «Марінер-11» і «Марінер-12». Щоб мінімізувати тривалість польоту до Сатурна, планувалося застосувати техніку гравітаційного прискорення, ефективність якої успішно продемонстрував зонд «Марінер-10»: апарати мали суттєво пришвидшитися за рахунок маневрування в гравітаційному полі проміжної планетиhttps://commons.erau.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=2830&context=space-congress-proceedings.
Згодом ці два космічні апарати виділили в окрему програму під назвою Mariner Jupiter-Saturn (MJS) також Mariner Jupiter-Saturn-Uranus (MJSU) — частину програми «Марінер». Але пізніше її перейменували, оскільки було вирішено, що конструкція двох космічних зондів настільки просунулася порівняно з апаратами сімейства «Марінер», що програма заслуговує на окрему назву.
Зонди програми «Вояджер»
4 березня 1977 року НАСА оголосило конкурс на перейменування місії, вважаючи, що її наявна назва втратила актуальність, адже вона суттєво відрізнялася від попередніх місій «Марінер». Було обрано нову назву — «Вояджер», яка містила алюзію на пропозицію Вільяма Пікерінга, що запропонував назву «Навігатор». Оскільки назва змінилася незадовго до запуску, зонди часто продовжували називати «Марінер-11» і «Марінер-12», а іноді навіть «Вояджер-11» і «Вояджер-12».
Було визначено дві траєкторії польоту:
JST — до Юпітера й Сатурна із прольотом повз Титан; JSX — план на випадок непередбачених обставин.
Основною ціллю варіанту JST був проліт повз Титан, а JSX давав змогу адаптувати план місії до можливих змін: якщо JST виявиться успішним, політ за варіантом JSX можна було б продовжити як Гранд-тур, тобто направити його до крижаних гігантів, а в разі невдачі зберігалася можливість перенаправити другий зонд на повторну спробу прольоту повз Титан за рахунок відмови від Гранд-туру. Другий зонд, який після перейменування місії дістав назву «Вояджер-2», слідував за траєкторією JSX і мав можливість продовжити політ до Урана й Нептуна. Після того як «Вояджер-1» завершив виконання своїх основних задач на Сатурні, місію «Вояджер-2» було подовжено, що дало йому змогу відхилитися від початково запланованої траєкторії JST і пролетіти повз Уран і Нептун.
Зонди планувалося запустити в серпні або вересні 1977 року. Їхньою головною задачею було порівняння фізичних характеристик Юпітера й Сатурна, як-от атмосфери, магнітні поля, наявність частинок у навколишньому середовищі, системи кілець і супутники. Після прольоту зонди мали передати на Землю життєво важливі дані, отримані за допомогою магнітометрів, спектрометрів та інших інструментів для виявлення міжзоряного, сонячного та космічного випромінювання. Розрахована тривалість роботи їхніх радіоізотопних термоелектричних генераторів (рітегів), упродовж якої буде можливий зв'язок із ними, — приблизно десять років. Після виконання своїх основних задач зонди мали продовжувати дрейф у міжзоряному просторі.
Першим був запущений «Вояджер-2». Його траєкторія була прокладена так, щоб уможливити проліт повз Юпітер, Сатурн, Уран і Нептун. «Вояджер-1» злетів другим, але летів коротшою траєкторією, прокладеною для забезпечення оптимального прольоту повз супутник Сатурна Титан: у той час було відомо, що він досить великий і має щільну атмосферу. Унаслідок цього прольоту «Вояджер-1» вийшов із площини екліптики, через що завершив свою планетарну наукову місію. Якби «Вояджеру-1» не вдалося пролетіти повз Титан, траєкторію «Вояджера-2» можна було б змінити так, щоб дослідити Титан — але за рахунок відмови від прольоту повз Уран і Нептун. Траєкторія «Вояджера-1» не дозволяла йому відвідати Уран і Нептун, але від Сатурна він міг би продовжити шлях до Плутона, не досліджуючи Титан.
У 1990-х роках «Вояджер-1» обігнав повільніші міжзоряні зонди «Піонер-10» і «Піонер-11» і став найвіддаленішим від Землі об'єктом, створеним людиною; в осяжному майбутньому він утримуватиме цей рекорд. Зонд New Horizons мав вищу швидкість під час запуску, ніж «Вояджер-1», але він рухається повільніше, оскільки «Вояджер-1» додатково розігнався за рахунок гравітаційних маневрів під час прольоту повз Юпітер і Сатурн. Цікаво, що «Вояджер-1» і «Піонер-10» є найвіддаленішими один від одного об'єктами, створеними людиною, адже вони рухаються в майже протилежних напрямках від Сонячної системи.
У грудні 2004 року «Вояджер-1» перетнув межу ударної хвилі, де сонячний вітер сповільнюється до дозвукової швидкості, і увійшов у геліосферу, де сонячний вітер унаслідок взаємодії з міжзоряним середовищем стискається і стає турбулентним. 10 грудня 2007 року межі ударної хвилі досяг і «Вояджер-2» — приблизно на 1,6 млрд км ближче до Сонця, ніж «Вояджер-1»; це вказує на те, що Сонячна система є асиметричною.
У 2010 році «Вояджер-1» повідомив, що швидкість сонячного вітру назовні від Сонця впала до нуля, і вчені передбачили, що він наближається до міжзоряного простору. У 2011 році дані з «Вояджерів» визначили, що геліосфера не є однорідною: вона заповнена гігантськими магнітними бульбашками, які, за теорією, утворюються, коли магнітне поле Сонця викривляється на краю Сонячної системи.
У червні 2012 року вчені НАСА повідомили, що «Вояджер-1» був дуже близький до виходу в міжзоряний простір: на це вказувало різке збільшення кількості високоенергетичних частинок з-поза меж Сонячної системи. У вересні 2013 року НАСА оголосило, що 25 серпня 2012 року «Вояджер-1» вийшов із геліосфери, ставши першим космічним апаратом, який вийшов у міжзоряний простір.
Станом на 2017 рік обидва «Вояджери» продовжують моніторинг умов у зовнішніх областях Сонячної системи. Очікується, що вони зможуть працювати з науковими приладами до 2020 року, але зменшення потужності вимагатиме поступової деактивації їхніх приладів. Приблизно у 2025 році енергії вже не буде достатньо для роботи жодних наукових інструментів.
У липні 2019 року було впроваджено переглянутий план покращення керування живленням обох зондів.
Конструкція космічних апаратів
У момент пуску космічні апарати «Вояджер» важили по 815 кг, але після використання палива їхня вага становила близько 733 кг. 105 кг із цієї ваги припадало на наукові прилади. Обидва «Вояджери» були обладнані тривісними стабілізованими системами орієнтації, за допомогою яких вони спрямовували свої антени з високим коефіцієнтом підсилення на Землю, а наукові прилади — на цілі, використовуючи гіроскопічні й акселерометричні входи до своїх комп'ютерів управління положенням, іноді за допомогою рухомої платформи для менших приладів та електронної системи фотографування.
На схемі показана (HGA) з тарілкою діаметром 3,7 м, прикріплена до порожнистого десятикутного контейнера для електронних приладів, а також сферичний бак, який містить гідразин.
До одного з бортів корпуса прикріплено золотий диск «Вояджера». Кутова квадратна панель праворуч є мішенню для оптичного калібрування і радіатором надлишкового тепла. Впритул на нижній стрілі встановлені три радіоізотопні термоелектричні генератори (рітеги) .
Сканувальна платформа містила такі прилади:
(IRIS)https://nssdc.gsfc.nasa.gov/nmc/experiment/display.action?id=1977-076A-03 — найбільша камера вгорі справа; ультрафіолетовий спектрометр (UVS)https://nssdc.gsfc.nasa.gov/nmc/experiment/display.action?id=1977-084A-04 — розташований трохи вище IRIS; дві відеокамери на передавальній трубці наукової підсистеми візуалізації (ISS) — розташовані ліворуч від UVS; фотополяриметр (PPS)https://nssdc.gsfc.nasa.gov/nmc/experiment/display.action?id=1977-076A-11 — розташований під ISS.
Наразі підтримуються лише п'ять дослідницьких груп, хоча дані збираються ще двома приладами. Обробку даних виконують Підсистема польотних даних (FDS) і один восьмидоріжковий цифровий магнітофон (DTR).
Підсистема польотних даних налаштовує всі інструменти та контролює їх роботу. Крім того, вона збирає інженерні й наукові дані і форматує їх для передавання. Підсистема польотних даних використовується для запису даних високошвидкісної Підсистеми плазмових хвиль (PWS), які відтворюються кожні шість місяців.