«Вояджер»: самый быстрый космический аппарат во Вселенной
19 января 2006 года земляне запустили зонд «Новые горизонты» — автоматическую межпланетную станцию, которая должна будет изучить Плутон, Харон и объект в поясе Койпера. Полная миссия аппарата рассчитана на 15—17 лет. Окрестности Земли «Новые горизонты» покинул с самой большой скоростью среди известных космических аппаратов — 16,26 км/с относительно Земли. Гелиоцентрическая скорость — 45 км/с, что позволило бы аппарату уйти из Солнечной системы без гравитационного маневра. Однако есть в этой Вселенной аппарат, созданный руками человека, который летит еще быстрее и равных ему в скорости пока нет.
Два космических зонда Voyager побили все рекорды по пройденным расстояниям. Они отправили нам фотографии Юпитера, Сатурна и Нептуна и продолжают двигаться прочь из Солнечной системы. 22 февраля 2014 года «Вояджер-1» находился на расстоянии около 19 миллиардов километров от Земли и по-прежнему отсылает нам данные — 10 часов они идут от зонда к нашей планете. Несколько лет назад мы писали, что «Вояджер-1» покинул Солнечную систему. Как зондам удается передавать данные так далеко?
Космический корабль «Вояджер» использует 23-ваттный радиопередатчик. Это больше, чем у обычного мобильного телефона, но в общем порядке вещей этот передатчик достаточно маломощный. Большие радиостанции на Земле передают десятки тысяч ватт, но все равно сигнал достаточно слабый.
Ключом к успеху, благодаря которому сигнал будет доходить вне зависимости от мощности радиопередатчика, стала комбинация трех вещей:
Антенны, которые использует «Вояджер», достаточно велики. Вы наверняка видели спутниковые тарелки у любителей телевидения. Обычно они 2—3 метра в диаметре. У антенны «Вояджера» диаметр 3,7 метра, и она передает данные, которые принимает 34-метровая антенна на Земле. Антенна «Вояджера» и антенна Земли направлены прямо друг на друга. Всенаправленная маленькая антенка вашего телефона и 34-метровый гигант — совершенно разные вещи.
Спутники «Вояджер» передают данные в 8-гигагерцевом диапазоне, на этой частоте мало помех. Антенна на Земле задействует мощный усилитель и получает сигнал. После этого отправляет сообщение обратно на зонд с помощью мощнейшего передатчика, чтобы «Вояджер» наверняка получил сообщение.
На передовой
«Вояджер-1» передает данные на Землю с 1977 года. Но члены команды, контролирующей миссию в Лаборатории реактивного движения NASA, не так давно обрадовали нас интересной новостью. 12 сентября 2013 года NASA подтвердило, что зонд вступил в область гелиопаузы, где солнечный ветер нашего Солнца уже не так силен, чтобы сталкиваться с солнечными ветрами соседних звезд. В этот момент «трехосный магнитометр» зафиксировал изменение магнитного поля, перпендикулярного направлению движения зонда. «Вояджер-1» стал первым объектом техногенного происхождения, покинувшим Солнечную систему.
Золотая Запись на борту «Вояджера»: 117 изображений Земли, приветствие на 54 языках, земные звуки
Циники — как и большинство астрономов, космологов и само NASA — говорят, что граница Солнечной системы определяется как точка, где объект перестает подвергаться воздействию солнечной гравитации. Но гравитация, как вы знаете, определяет Вселенную в огромных масштабах. И эта точка располагается на дистанции в 50 000 раз большей, чем расстояние от Солнца до Земли. «Вояджер-1» проехал 123 расстояния от Земли до Солнца (примерно 18 миллиардов километров). И ему понадобится еще 14 000 лет, чтобы при нынешней его скорости покинуть гравитационный захват Солнца.
Ничто не мешает программе «Вояджер» делать отличные наблюдения. «Вояджер-1» и его двойник, «Вояджер-2», вылетевший на 15 дней раньше, но опоздавший из-за экскурсии к Урану и Нептуну, обнаружили следы четырех газовых гигантов и множество странных астрономических явлений. И хотя «Вояджер-1» некоторое время оставался в пределах Солнечной системы, он вошел в зону, где заряженные частицы солнечного ветра сменятся пылью и другими материалами, заполняющими пространство между звездами.
За годы «Вояджеры» обнаружили ряд астрономических сюрпризов. Один из последних появился летом 2012 года, когда «Вояджер-1» обнаружил ранее неизвестное явление под названием «магнитное шоссе». В этом регионе, как показали инструменты на борту зонда, сталкиваются солнечное и межзвездное магнитные поля. Эдвард Стоун, главный по программе «Вояджера» с 1972 года, объяснил, что это происходит, когда частицы с низкой энергией внутри «гелиосферы» подменяются более высокоэнергетичными частицами из космоса.
Изображение Юпитера, сделанное «Вояджером-1» в апреле 1979 года
Создатели зондов рассчитывали, что те будут достаточно крепкими и прочными, чтобы выдержать все капризы космоса. Особенно во время близкого подлета к Юпитеру и Сатурну, а также экскурсиям к Урану и Нептуну в исполнении «Вояджера-2». Поэтому когда в 1973 году «Пионер-10» измерил радиацию вокруг Урана и Нептуна и обнаружил, что она выше, чем ожидалось, команда Стоуна потратила 9 месяцев на замену и реконструкцию каждого элемента зонда, который может пострадать. Конечно, зонды были спроектированы с избыточным запасом прочности. Например, каждый из зондов несет по две копии трех отдельных компьютерных систем. Но пока что мало какие бортовые системы нуждаются в перезагрузке. Можно с уверенностью сказать, что Стоун по-отцовски гордится своим творением и его подвигами.
Забота, с которой зонды делали здесь, на Земле, тоже сыграла свою роль в успехе миссии. Когда основной и дополнительный приемники на «Вояджере-2» отказали спустя год от начала миссии, земная команда активировала резервную систему, которая работает и по сей день. В 2010 году, получив искаженное сообщение от зонда, команда провела тщательный дамп памяти, используя один из резервных компьютеров, и выяснила, что один бит в программе изменился с 0 на 1. Перезагрузка программы все исправила.
Изображения Урана: «Вояджер-2», июнь 1986 года, и одно из последних
Команда ученых регулярно обновляет систему управления для обеспечения оптимального использования ресурсов зондов во время их активной работы. Только за юпитерианскую фазу «Вояджера-1» это сделали 18 раз. Возьмем, к примеру, передачу данных. Когда «Вояджеры» облетали Юпитер и Сатурн, зонды были достаточно близки к Земле, чтобы послать несжатое изображение и другие данные на относительно высокой скорости передачи: 115 000 и 45 000 бит в секунду соответственно. Но поскольку сила сигнала изменяется обратно пропорционально квадрату расстояния между передатчиками, во время исследования Урана «Вояджер-2» передавал данные со скоростью 9000 бит/сек. У Нептуна число упало до 3000, тем самым уменьшив количество фотографий и данных, которые можно отправить домой.
Большинство резервных компьютеров включаются в работу, когда основная терпит крушение. Однако одна из вспомогательных систем зондов была активирована и работала совместно с основной. Это позволило отправлять 640-килобайтные изображения Урана с потерей качества после сжатия всего до 256 килобайт.
Как говорится, все гениальное — просто. Команда Стоуна экипировала зонды передовым аппаратным обеспечением под названием дешифратор Рида — Соломона. Устройство значительно снижает уровень погрешности, мешающий корректному прочтению сообщений в случае потерь отдельных битов. Первоначально «Вояджер» использовал старую и хорошо проверенную систему, которая отсылала один бит, «корректирующий ошибки», на каждый бит в сообщении. Дешифратор Рида — Соломона правил одним битом пять других. Забавно то, что в 1977 году способ дешифрации скорректированных данных по методу Рида — Соломона еще не существовал. К счастью, к тому времени, когда «Вояджер-2» достиг Урана в 1986 году, все было готово.
Знаменитый снимок Земли «Pale Blue Dot» 1990 года: последняя миссия «Вояджера-1». 6 миллиардов километров
В настоящее время данные, которые приходят от «Вояджеров» на радиотелескопы по всему земному шару, идут со скоростью всего 160 бит в секунду. Это решение было принято сознательно, чтобы поддерживать постоянную скорость на протяжении всей миссии. Основные камеры были отключены после пролета последней планеты Солнечной системы, активными остались только несколько инструментов. Каждые шесть месяцев на протяжении 30 минут данные с 8-контактной цифровой ленты переносятся в сжатый архив на скорости 1400 бит в секунду.
Радиоизотопные термоэлектрические генераторы на основе плутония-238 будут поддерживать работу инструментов минимум до 2021 года. А к 2025 году после почти полувекового путешествия туда, где нет ничего человеческого, команда отключит зонды и будет сообщаться с ними в немного сентиментальной односторонней манере, чтобы «Вояджеры» верно шли своим курсом. И они будут лететь все дальше и дальше во тьму.
«Вояджер-1» несет достаточно ядерного топлива, чтобы продолжать служить во благо науки до 2025 года, а после смерти плыть по течению. По своей нынешней траектории зонд в конце концов должен оказаться в 1,5 световых годах от нас у звезды Camelopardalis в северном созвездии, которое выглядит чем-то средним между жирафом и верблюдом. Никто не знает, есть ли планеты возле этой звезды и обоснуют ли инопланетяне там резиденцию к моменту прибытия зонда.
Топ-10: Самые большие спутники нашей солнечной системы
Некоторые из этих лун до сих пор остаются загадкой для астрономов, ведь не везде еще ступала нога человека, а где-то вполне возможно существование живых организмов! Но что мы точно знаем, это хотя бы их размеры. В этом списке вы познакомитесь с 10 самыми крупными планетарными спутниками в нашей солнечной системе.
10. Оберон, спутник Урана (средний диаметр – 1523 километра)
9. Рея, спутник Сатурна (средний диаметр – 1529 километров)
Рея – второй по величине спутник Сатурна и девятый по размеру сателлит во всей Солнечной системе. В то же самое время это второе самое маленькое космическое тело в нашей солнечной системе, уступая в этом рейтинге только астероиду и карликовой планете Церера. Этот статус Рея получила за подтвержденные данные о том, что обладает гидростатическим равновесием. Открыл спутник в 1672 году Джованни Кассини.
8. Титания, спутник Урана (средний диаметр – 1578 километров)
Это крупнейшая луна Урана и восьмая по размеру в Солнечной системе. Открытая в 1787 году Вильямом Хершелем, Титания была названа в честь богини фей из комедии Шекспира «Сон в летнюю ночь». Орбита Титании не выходит за пределы магнитосферы Урана.
7. Тритон, спутник Нептуна (средний диаметр – 2707 километров)
6. Европа, спутник Юпитера (средний диаметр – 3122 километра)
Это самый маленький из галилеевых спутников, вращающихся вокруг Юпитера, и шестой по близости расположения к своей планете. Это также шестой по размеру сателлит в Солнечной системе. Галилео Галилей открыл Европу в 1610 году и назвал это небесное тело в честь легендарной матери критского Короля Миноса и любовницы Зевса.
5. Луна, спутник Земли (средний диаметр – 3475 километров)
Считается, что наша Луна сформировалась 4,5 миллиарда лет тому назад вскоре после образования самой Земли. Существует несколько гипотез о ее происхождении. Самая распространенная среди них гласит, что Луна образовалась из осколков после столкновения Земли с космическим телом Тея, по размеру сравнимым с Марсом.
4. Ио, спутник Юпитера (средний диаметр – 3643 километра)
Ио – самый геологически активный небесный объект в нашей солнечной системе, и заслужил это звание за, как минимум, 400 действующих вулканов. Причиной такой чрезвычайной активности является нагрев недр спутника вследствие приливного трения, вызываемого гравитационным воздействием Юпитера и остальных галилейских спутников (Европа, Ганимед и Каллисто).
3. Каллисто, спутник Юпитера (средний диаметр – 4821 километр)
2. Титан, спутник Сатурна (средний диаметр – 5150 километров)
Это шестой эллипсоидный сателлит Сатурна. Очень часто его называют планетоподобным спутником, ведь диаметр Титана на 50% больше, чем диаметр нашей Луны. Кроме того он на 80% тяжелее спутника нашей Земли.
1. Ганимед, спутник Юпитера (средний диаметр – 5262 километра)
Ганимед в равной степени состоит из силикатных пород и заледеневшей воды. Это в полной мере дифференцированное небесное тело, богатое на железо, с жидким ядром и внешним океаном, в котором может быть больше воды, чем по всей Земле в сумме всех ее океанов. Поверхность Ганимеда отличается двумя типами рельефа. Темные регионы сателлита насыщенны кратерами от столкновений с астероидами, произошедших предположительно 4 миллиарда лет тому назад. Эта форма рельефа покрывает примерно треть спутника.
Мир спутников: что, где и чье на околоземной орбите?
Первый искусственный спутник Земли был запущен в 1957 году в СССР. С тех пор в космос отправлено более 6000 спутников. Спутники становятся все более важными для жизни на Земле. Они используются для самых разных целей: безопасности, связи, навигации, развлечений, и – самое важное – позволяют нам увидеть нашу планету в новом свете. Здесь вы можете узнать, кто владеет спутниками, где они находятся и в чем их предназначение.
У кого больше всего спутников?
423 из общего числа 957 действующих спутников, которые находятся на орбите в настоящее время, принадлежит США. Следом по числу спутников стоит Россия. Китай также занимает значительное место на орбите. По меньшей мере 115 стран являются совладельцами спутников. На этой схеме указаны страны, где находятся владельцы или операторы спутника.
44 страны мира сотрудничают в запуске и управлении спутниками (как правило, это группа из двух-трех стран). Здесь они указаны как совместные проекты. США, Тайвань, Япония и Франция являются самыми активными участниками проектов космического сотрудничества.
Спутники, которые имеют более трех международных владельцев, указаны как принадлежащие нескольким странам.
Тесный космос: история запусков
В 1957 году СССР первым отправил в космос искусственный спутник Земли. С тех пор на орбиту было запущено более 6000 спутников. На этой схеме видна динамика запусков спутников, начиная с 1957 года, СССР (и затем Россией), КНР, и другими странами. В год, когда запуски достигли пика для страны, поставлен символ спутника.
Для СССР это были 1970-1980 годы, что отражает период расцвета советской военно-космической программы, когда запускалось много спутников разведки, навигации и связи.
Пик для США пришелся на 1998 год: именно в этот год началась реализация создания трех коммерческих сетей спутниковой связи: Globalstar, Iridium и ORBCOM. Многие из этих спутников были запущены при помощи американских ракет-носителей, порой по несколько спутников в одной ракете.
В целом, пик запусков спутников можно объяснить изменениями в их предназначении. В 1970-е годы возникла большая потребность в спутниках связи. В 1990-е – в навигационных спутниках, а в последнее десятилетие – в гражданских и научно-исследовательских спутниках.
Если эта тенденция продолжится, то космические державы, возможно, продолжат строительство более крупных, долговечных спутников, а международные гражданские институты, такие как университеты, могут взяться за производство малых, более дешевых спутников.
Космические аппараты как мусор
Верхняя часть графика показывает общее количество спутников, запущенных между 1957 и 2000 годами. Серая зона – это спутники, которые со времени запуска перестали действовать, оранжевая – это спутники, которые все еще находятся в эксплуатации.
Национальные приоритеты
На этой схеме спутники выделены в четыре группы по главным владельцам-операторам – это США, Россия, КНР и другие страны (спутники совместного владения и сотрудничества не включены). По ней видно, что на предназначение спутников влияет экономический и политический климат в различных частях мира.
Предназначение (коммерческое, правительственное, военное или гражданское) отражает главного пользователя спутника, однако важно заметить, что многие спутники – аппараты многоцелевого использования. Например, спутник может иметь коммерческое и военное предназначение одновременно.
Коммерческими спутниками владеют отдельные компании и синдикаты, финансируемые инвесторами, а также частными группами. Спутники используются для средств связи и вещания. Военные спутники часто используются для разведки и навигации, а также радиосвязи. Правительственные спутники предназначены для метеорологических и научных наблюдений. Гражданские пользователи обычно включают академические институты и группы научных энтузиастов.
Около двух третей всех действующих спутников используется для коммуникаций. Спутники навигационные, разведывательные, для наблюдения за процессами на Земле, а также астрофизические и геоисследовательские составляют от 5 до 7% от общего числа.
Вокруг Земли за 80 минут
Спутники НОО составляют почти половину от общего числа действующих спутников. Они обычно используются для разведки, научных наблюдений и фотосъемки поверхности Земли.
Высота геосинхронной орбиты почти всегда постоянна – около 35700 км, спутники на этой орбите движутся синхронно с Землей, совершая полный оборот приблизительно за 24 часа. Так что с поверхности планеты кажется, что эти спутники практически не двигаются, поэтому их орбиту называют еще геостационарной. На геостационарной орбите обычно находятся метеорологические спутники, а также спутники связи и ретрансляции вещания.
Источники
В этих схемах использованы данные Союза озабоченных ученых (Union of Concerned Scientists – UCS). Союз является ведущей неправительственной научной организацией. Он был создан на базе студентов и преподавателей Массачусетского технологического института в 1969 году.
База данных UCS по спутникам обновляется каждый квартал:
В проекте также использованы данные из следующих организаций.
Нажать НАСА Национальное управление США по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA)
Исследователи-консультанты проекта:
Нажать Лора Грего (Laura Grego, UCS)
Нажать Джефф Фауст (Jeff Faust, The Space Review)
Нажать Джонатан Макдауэлл (Jonathan McDowell, Harvard–Smithsonian Center for Astrophysics)
Нажать Спирос Пагкратис (Spyros Pagkratis, European Space Policy Institute)
Первые в космосе: хронология освоения, 1957 — 2021
Первые в космосе. Это звание закреплялось за людьми и событиями начиная с 1957 года, хронология этих великих свершений навсегда вписана в книгу истории космоса.
1957, СССР: первый в мире искусственный спутник земли выводится на орбиту в космос
СССР провозглашает новую космическую эру для всего человечества. Ракета-носитель с аббревиатурой «Спутник» (Р-7) стартовала с космодрома Байконур и успешно вывела спутник земли на заданную орбиту.
1957, СССР: собака Лайка становится первым животным в космосе
Собака — космонавт Лайка получает звание первого животного, запущенного на орбиту земли. К сожалению, Лайка не выжила в этой миссии, однако некоторые полагают, что ее спасли добрые инопланетяне.
1961, США: шимпанзе Хэм — первое в мире животное, которое взаимодействовало с модулем, находясь в космосе
31 января 1961 года шимпанзе Хэма поместили в капсулу корабля «Меркурий-Редстоун-2» и отправили с мыса Канаверал в космос. Космический корабль достиг 253 км и оставался в космосе 16 минут 39 секунд. Шимпанзе справился с задачей по вытягиванию рычага после мигающего света. Хэм успешно приземлился и прожил 17 счастливых лет в зоопарке.
1961, СССР: советский летчик-космонавт Юрий Гагарин становится первым человеком покорившим космос
12 апреля 1961, с космодрома Байконур была запущена ракета-носитель под названием «Восток» с кораблём «Восток-1». На ее борту находился Юрий Гагарин. Полёт длился 108 минут, после чего он успешно приземлился в Саратовской области (Энгельса).
1961, США: Алан Шепард — первый американец в космосе
Американский астронавт Алан Шепард, 5 мая 1961 года совершил 15-минутный суборбитальный полет на высоту 115 миль в капсуле Freedom 7.
1962, США: Джон Гленн становится первым астронавтом, который совершил орбитальный полет
20 февраля 1962 года, Джон Гленн на «Меркурии-Атлас-6» три раза произвёл облёт земного шара. Полёт продолжался 4 часа 55 минут. Гленн был лётчиком Корпуса морской пехоты во Второй мировой и Корейской войнах.
1963, СССР: Валентина Терешкова стала первой женщиной в космосе
16 июня 1963 года, Валентина Терешкова совершила полёт в космос на космическом корабле Восток-6, который продолжался трое суток.
1965, СССР: космонавт Алексей Леонов стал самым первым человеком, который побывал в открытом космосе
С 18 по 19 марта 1965 года, Алексей Леонов (с Павлом Беляевым) совершил полёт в космос на корабле «Восход-2». В ходе этого полёта Леонов осуществил первый в мировой истории выход в открытый космос.
1968, США: «Аполлон-8» становится первым пилотируемым космическим кораблем, выведенным на орбиту Луны
21 декабря 1968 года, в ходе этого полёта, люди впервые достигли окрестностей Луны. Астронавты вышли на окололунную орбиту, тем самым ознаменовав новую эпоху покорения космоса.
1969, США: астронавт Нил Армстронг стал первым человеком в мире, ступившим на Луну
20 июля 1969 года, Нил Армстронг американский астронавт НАСА
ступил на луну в ходе экспедиции «Аполлон-11». Армстронг был лётчиком — испытателем и профессором университета.
1971, СССР: Салют 1 — первая космическая станция на орбите
19 апреля 1971 года, первая в мире космическая станция была выведена на орбиту ракетой-носителем «Протон-К». После 175 суток, станция была сведена с орбиты. Она вошла в плотные слои атмосферы, а обломки упали в Тихий океан.
1975, СССР — США: проект «Союз — Аполлон» стал первым советско-американским сотрудничеством в космосе
15 июля 1975 года, было осуществлено «рукопожатие в космосе». Эта программа включала совместное пилотирование советского космического корабля «Союз-19» и американского «Аполлон».
1977, США: первые спутники программы «Вояджер» достигли межзвездного пространства
25 августа 2012 года (спустя 35 лет) зонд «Вояджер-1» сигнализировал о пересечении им гелиосферы, что сделало его первым искусственным объектом, запущенным в межзвездное пространство.
1981, США: запущен первый космический корабль многоразового использования
12 апреля 1981 года, космический шаттл «Колумбия» стартовал с космодрома Кеннеди. «Колумбия» стал первым многоразовым кораблём в космосе.
1983, США: Салли Райд становится первой женщиной — американской в космосе
18 июня 1983 года, Райд стала первой американкой в космосе. Она была в составе экипажа «Челленджер» STS-7, в задачи которого входил вывод двух спутников и фармацевтические эксперименты.
1984, США: Брюс МакКэндлес совершает первую космическую «прогулку» в реактивном кресле
7 февраля 1984 года, МакКэндлесс стал первым астронавтом испытавшим свободный полет без страховки в космосе. Испытания нового реактивного кресла прошли успешно.
1997, США: Mars Pathfinder стал первым космическим кораблем приземлившимся на красную планету
1998, США: Джон Гленн становится самым старым человеком в космосе
7 ноября 1998 года, 77 летний космонавт Джон Гленн совершил полёт в космос в качестве специалиста по полезной нагрузке. Миссия длилась 213 часов 44 минуты. На данный момент он является самым пожилым человеком в космосе.
2001, США: NEAR Shoemaker стал первым космическим кораблем, приземлившимся на астероид
12 февраля 2001 года, NEAR Shoemaker коснулся поверхности астероида Эрос. В общей сложности было сделано 69 изображений поверхности в высоком разрешении.
2005, США: НАСА стреляет в комету зондом для исследования грунта
3 июля 2005 года, примерно в 150 млн. километров от Земли, аппарат Deep Impact выстрелил в комету Tempel 1 370-килограммовым медным зондом. Сила удара была эквивалентна 5 тоннам тротила. На поверхности появился кратер диаметром порядка 200 метров и глубиной 50 метров.
2013, США: Крис Хэдфилд снимает первый музыкальный клип в космосе
12 мая 2013 года, Крис Хэдфилд выложил видео с клипом из космоса на YouTube. Клип «освещает» «космическую странность» Дэвида Боуи.
2016, Россия и США: астронавты Скотт Келли и Михаил Корниенко совершили исторический 340-дневный полет
2 марта 2016 года, астронавт НАСА Скотт Келли и россиянин Михаил Корниенко вернулись на Землю. Всего пара провела на борту Международной космической станции 340 дней. Эксперимент помогает понять, что происходит с человеческим телом в условиях микрогравитации и в течение экстремального периода времени.
2020, США: туристический космолёт Crew Dragon, впервые в истории отправился в космос
30 мая 2020 года, частный космический корабль Crew Dragon успешно выведен на орбиту с двумя астронавтами на борту. Корабль предназначен для коммерческой доставки туристов группой до 7 человек на МКС и последующего возврата их на Землю.
