Космические зонды: к планетам и дальше

«Вояджер-1», запущенный в 1977 году, в ноябре 2026 года окажется в одних световых сутках от Земли, примерно в 26 миллиардах км.

Роботы, которые летят десятилетиями

Люди побывали на Луне, но все остальные миры, которые мы видели вблизи, посещали роботы. Космический зонд несёт камеры и приборы, радиосистему для связи с Землёй и источник энергии, способный работать годами, а иногда десятилетиями. Солнечный свет ослабевает с расстоянием, поэтому многие зонды к внешним планетам используют радиоизотопные генераторы, превращающие тепло распада плутония в электричество. Некоторые, например «Юнона» у Юпитера, вместо них используют большие солнечные батареи. «Вояджер-1» отправился в полёт с тремя радиоизотопными генераторами, каждый из которых при запуске давал около 158 ватт.

Гравитационные манёвры

Одними ракетными двигателями зонд не разогнать до скорости, достаточной для полёта к внешним планетам, поэтому проектировщики миссий заимствуют её у планет. Когда зонд пролетает близко позади движущейся планеты, её притяжение увлекает его за собой и выбрасывает дальше с большей скоростью. Планета отдаёт крошечную, незаметную часть своей орбитальной энергии. Благодаря такому гравитационному манёвру «Вояджеры» достигли внешних планет за годы, а не десятилетия. «Данури» из предыдущего урока использовал более мягкий вариант того же приёма, чтобы сэкономить топливо по пути к Луне.

«Вояджер-1» и «Вояджер-2»

Оба «Вояджера» стартовали в 1977 году: первым «Вояджер-2» 20 августа, затем «Вояджер-1» 5 сентября. Но «Вояджер-1» летел по более быстрой траектории и обогнал собрата в декабре. NASA указывает, что «Вояджер-1» прошёл ближе всего к Юпитеру 5 марта 1979 года, а к Сатурну 12 ноября 1980 года. «Вояджер-2» продолжил путь к Урану и Нептуну; до Нептуна он добирался 12 лет. Он до сих пор остаётся единственным аппаратом, пролетевшим мимо обеих этих планет. В августе 2012 года «Вояджер-1» пересёк гелиопаузу, границу пузыря частиц и магнитного поля, создаваемого Солнцем, и стал первым рукотворным объектом в межзвёздном пространстве.

«Вояджер-1» всё ещё поддерживает связь с Землёй. NASA ожидает, что в ноябре 2026 года он удалится от Земли на одни световые сутки: расстояние, которое свет проходит за 24 часа, около 26 миллиардов км. Тогда радиокоманда с Земли будет идти к нему целые сутки, а ответ ещё сутки обратно. Мощность его источников энергии уменьшается, поэтому инженеры по очереди отключают приборы, чтобы остальные продолжали работать.

На больших расстояниях любой обмен сообщениями идёт медленно. Во время пролёта New Horizons Плутон был примерно в 32 раза дальше от Земли, чем Солнце. Поэтому радиосигналам, движущимся со скоростью света, требовалось около четырёх с половиной часов: 32 × 149.6 миллиона км ÷ 299 792 км/с ≈ 16 000 с. Никто на Земле не мог управлять пролётом в реальном времени. Зонд провёл всю встречу по заранее загруженным командам, а затем медленно передавал снимки в течение следующих месяцев.

Плутон и Солнце

Зонд NASA New Horizons первым посетил Плутон. После почти десяти лет полёта он максимально сблизился с ним 14 июля 2015 года, пройдя примерно в 7750 милях (12 500 км) над поверхностью. Это примерно расстояние от Нью-Йорка до Мумбаи. Затем он продолжил путь в пояс Койпера. А зонд NASA Parker Solar Probe отправился в противоположную сторону: его создали, чтобы прикоснуться к Солнцу. 24 декабря 2024 года он пролетел примерно в 3.8 миллиона миль (6.1 миллиона км) от поверхности Солнца, ближе любого другого аппарата. Его скорость составляла около 430 000 миль в час, примерно 192 км в секунду: быстрее не двигался ни один рукотворный объект.