Как появилась программа «Voyager»
Программу «Voyager» разработали NASA с целью подробного изучения известных планет-гигантов. Один из аспирантов рассчитал, что в 1977 году Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун соберутся в достаточно узком секторе, и запущенные к ним аппараты смогут осуществить «гравитационный маневр» или «пертурбационный маневр» (англ. gravitational slingshot).
В основе этого метода лежит использование гравитационного поля планеты как естественной катапульты для изменения траектории и увеличения скорости космического аппарата. Это позволяет сэкономить топливо и временные ресурсы. Ранее NASA также прибегали к гравитационным маневрам в миссии космического зонда «Mariner-10». В 1974 году он приблизился к Венере на расстояние около 4000 километров и использовал гравитацию этой планеты для изменения своей траектории и дальнейшей отправки к Меркурию. Затем, вновь используя гравитационные маневры, зонд смог сблизиться с Меркурием и провести его детальное исследование.
Рабочая группа NASA предлагала создать программу «Grand Tour», в рамках которой планировали отправить четыре автоматических зонда к внешним планетам Солнечной системы. Но стоимость реализации такого проекта составляла $1 млрд, поэтому идею решили упростить. Тогда разработали программу «Mariner Jupiter-Saturn», включающую в себя запуск двух аппаратов к Юпитеру, Сатурну и спутнику Сатурна Титану. Впоследствии программу переименовали в «Voyager», что в переводе на русский — Путник, а зонды получили названия «Voyager-1» и «Voyager-2».
Руководителем проекта «Voyager» назначили Эдварда Кэрролла Стоуна, профессора физики Калифорнийского технологического университета. Во времена его аспирантуры, в 1957 году, СССР запустил на орбиту первый искусственный спутник Земли. Это вдохновило Стоуна посвятить жизнь исследованиям в области освоения космоса. После успешной работы по созданию детекторов космических лучей Эдвардом Стоуном заинтересовались инженеры Лаборатории реактивного движения (англ. Jet Propulsion Laboratory — JPL) NASA. Именно в этой лаборатории позднее и создали аппараты «Voyager-1» и «Voyager-2».
Начало миссии «Voyager»
Первым осуществили запуск зонда «Voyager-2», 20 августа 1977 года. «Voyager-1» же стартовал 5 сентября.
В 1979 году аппараты «Voyager» один за другим достигли Юпитера, приблизившись к нему на расстояние 71,4 тыс. км. Они исследовали атмосферу, магнитосферу, радиационные пояса и передали на землю снимки газового гиганта и его спутников. Изучив полученные изображения и другие данные, ученые сделали ряд выводов о галилеевых спутниках Юпитера. Убедились в наличии гигантских вулканов на Ио, выдвинули гипотезу о существовании жидкого океана под поверхностью Европы, а еще открыли много новых лун. Затем, в 1981 году, зонды достигли максимального сближения с Сатурном на расстоянии 101 тыс. км и подробно запечатлели поверхности его спутников Тефии и Энцелада.
Миссия продолжается
Создатели проектировали «Voyager» с расчетом на 5 лет работы, но когда аппараты достигли поставленных целей, многие их функции перепрограммировали, увеличив тем самым срок службы и продлив миссию. Траектория полета зонда «Voyager-2» проходила вблизи еще двух планет-гигантов — Урана и Нептуна. В 1986 году он передал на Землю снимки Урана, его колец и спутников, пройдя на расстоянии 81,2 тыс. км от облачного слоя газового гиганта. Благодаря этим фотографиям, ученые обнаружили два новых кольца и исследовали девять уже известных.
А в 1989 году, оказавшись на расстоянии 4950 км от северного полюса Нептуна, «Voyager-2» сделал уникальные фотографии планеты и его спутника Тритона, на котором нашли действующие газовые гейзеры. Но по-настоящему удивили ученых данные о магнитном поле Нептуна. Оно сильно наклонено по отношению к его оси вращения. Этот угол наклона составляет около 47°, что делает его самым наклоненным магнитным полем среди всех планет Солнечной системы. Также выявилось, что у Нептуна есть длинный магнитный хвост, аналогичный хвостам комет, что несвойственно для других газовых гигантов.
Также у обеих планет-гигантов выявили по несколько новых спутников. «Voyager-2» — первый и единственный космический аппарат, исследовавший Уран и Нептун.
Тем временем «Voyager-1» держал путь к окраинам гелиосферы — своего рода барьера, созданного Солнцем, пузыря звездного ветра, защищающего Солнечную систему от излучения других звезд. Оказавшись там, он преодолел гелиопаузу — последний слой между гелиосферой и межзвездной средой. Ученые поняли это по исчезновению солнечного ветра: приборы фиксировали только высокоэнергетические космические частицы. Так 25 августа 2012 года «Voyager-1» стал первым космическим аппаратом, вошедшим в межзвездное пространство.
Позже и «Voyager-2» подобрался к границам гелиосферы. Аппарат подтвердил, что ее форма — не идеальный шар, она сплющена: южная граница находится ближе к Солнцу, чем северная. Затем, 5 ноября 2018 года, «Voyager-2» пересек гелиопаузу.
Что происходит с «Voyager» в настоящее время
Сейчас «Voyager-1» находится на расстоянии 24 млрд км от Земли. Сигнал от аппарата до наземной антенны идет 22 часа и 34 минуты. Но с середины декабря 2023 года он перестал отправлять научные данные, при этом связь с зондом сохраняется и инженеры NASA работают над устранением неполадок.
В это же время «Voyager-2» удалился от нашей планеты на 20 млрд км. Летом 2023 года, из-за ошибки инженеров NASA, он испытывал проблемы со связью, но ее удалось полностью восстановить.
Ничто не вечно, и, несмотря на все усилия NASA, оба «Voyager» скоро замолчат навсегда. Энергии в радиоизотопных термоэлектрических батареях хватит примерно до 2025 года. Также солнечные датчики зондов могут потерять из вида Солнце, так как с большого расстояния оно становится всё более тусклым. Тогда направленный радиолуч отклонится от Земли, и приём сигналов аппарата станет невозможным.
И все же, при отсутствии связи миссия «Voyager» не закончится. У них останется последняя дипломатическая задача. Каждый зонд несет с собой позолоченную пластинку со 115 слайдами и пояснениями к ним в двоичном коде. На них собрана информация о местоположении Солнечной системы, Земле, человеке и животных, их анатомическое строение и биохимическая структура, включая молекулу ДНК.
Кроме изображений, на пластинке записаны разнообразные звуки природы, музыкальные произведения и человеческая речь с приветствиями на 55 языках. По-русски сказано: «Здравствуйте, приветствую вас!». В 2015 году NASA опубликовали все звуки с золотой пластинки для зондов «Voyager». Прослушать их можно на сайте NASA.
Ученые надеются, что однажды аппараты «Voyager» повстречают на своем пути жителей иных планет. Тогда информация на золотых пластинках поможет в установлении контакта.