Voyager 1.html



Voyager 1
Inne nazwy	Mariner Jupiter/Saturn A
Zaangażowani	NASA Jet Propulsion Laboratory
Indeks COSPAR	1977-084A
Rakieta nośna	Titan IIIE-Centaur z dodatkowym stopniem TE-364/4
Miejsce startu	Stacja Sił Powietrznych Cape Canaveral, USA
Cel misji	Jowisz
Cel misji	Saturn
Orbita (docelowa, początkowa)
Czas trwania
Początek misji	5 września 1977 (12:56:01 GMT)
Wymiary
Masa całkowita	825,5 kg
Masa aparatury naukowej	104,8 kg

Voyager 1 (pl. Podróżnik 1) - bezzałogowa sonda kosmiczna NASA, wystrzelona z Przylądka Canaveral na Florydzie 5 września 1977 roku. Obecnie jest najdalszym i ciągle działającym obiektem wysłanym w przestrzeń kosmiczną przez człowieka. Od Ziemi dzieli ją odległość już ponad 100 j.a. Sygnał wysłany przez sondę w kierunku anten Deep Space Network potrzebuje około 14 godzin na przebycie tej drogi. Pierwotnym celem misji Voyagera 1 było zbadanie Jowisza i Saturna oraz ich księżyców. Obecnie główny cel stanowi badanie heliopauzy oraz pomiar właściwości fizycznych przestrzeni międzygwiezdnej. Dalsze badanie wiatru słonecznego jest utrudnione po awarii instrumentu umożliwiającego wykonywanie pomiarów.

Sondę początkowo planowano nazwać Marinerem 11 i włączyć ją do programu Mariner. Jej misja od samego początku miała wykorzystać technikę przyspieszania w polu grawitacyjnym planet, co pozwala na osiągnięcie dużych prędkości bez konieczności używania paliwa. Szczęśliwym trafem rozpoczęcie lotu zbiegło się w czasie z bardzo korzystnym położeniem planet, które umożliwiło odwiedzenie wszystkich gazowych olbrzymów: Jowisza, Saturna, Urana i Neptuna przez jeden próbnik. Przy okazji cała seria asyst grawitacyjnych uczyniła z Voyagera 1 najszybszy obiekt wysłany przez człowieka w kosmos (sonda New Horizons została wystrzelona w kosmos ze znacznie większą prędkością niż Voyager 1, jednak korzystając tylko z jednej asysty grawitacyjnej opuszczając Układ Słoneczny nigdy Voyagera nie wyprzedzi)^[1]. Voyager 1 wystrzelony później niż Voyager 2 wyprzedził swoją siostrzaną jednostkę i pierwszy dotarł do dalszych planet Układu Słonecznego.

edytuj Konstrukcja sond Voyager

Schemat konstrukcji sondy Voyager

Obydwie sondy Voyager mają jednakową konstrukcję. Kadłub sondy ma kształt dziesięciobocznego pierścienia, o wysokości 47 cm i średnicy 1,78 m, otaczającego centralny zbiornik z hydrazyną. We wnętrzu kadłuba znajduje się wyposażenie elektroniczne, w tym komputery, rejestrator danych i nadajniki radiowe. Wszystkie podstawowe urządzenia sondy zostały zdublowane. Do górnej powierzchni kadłuba zamontowana jest paraboliczna antena główna o wysokim zysku (HGA), mająca średnicę 3,66 m. Do kadłuba przymocowane są też trzy wysięgniki z dodatkowym wyposażeniem. Większość instrumentów naukowych umieszczono na wysięgniku naukowym o długości 2,5 m. Na jego końcu znajduje się ruchoma platforma skanująca, na której zamontowano kamery, fotopolarymetr i spektrometry. Instrumenty te mogły być dzięki temu precyzyjnie ustawiane w kierunku obserwowanych obiektów. Na wysięgniku naukowym umieszczono też detektory plazmy i cząstek naładowanych. Na oddzielnym wysięgniku o długości 13 m zostały zamontowane magnetometry. Na trzecim wysięgniku, umieszczonym po przeciwnej stronie kadłuba od wysięgnika naukowego, znajdują się radioizotopowe generatory termoelektryczne (RTG). Dwie, wzajemnie prostopadłe, anteny o długości 10 m służą do odbioru fal plazmowych i badań radioastronomicznych. Sonda jest stabilizowana trójosiowo, a antena wysokiego zysku jest zawsze skierowana w kierunku Ziemi.

edytuj Zasilanie w energię

Dwa radioizotopowe generatory termoelektryczne (MHW-RTG ang. Multi Hundred Watt (MHW) Radioisotope Thermoelectric Generators (RTG)

Energia elektryczna dostarczana jest przez trzy radioizotopowe generatory termoelektryczne (MHW-RTG). Każdy generator ma 50,8 cm długości, 40,6 cm średnicy, masę 39 kg i zawiera około 4,5 kg plutonu 238 w postaci ditlenku. Ogniwa termoelektryczne generatorów wykonane są z krzemu i germanu, a osłona zbudowana jest z berylu. Na początku misji generatory wytwarzały prąd stały o napięciu 30 V i łącznej mocy około 475 W i . Dostarczana energia stopniowo zmniejsza się z czasem, z powodu rozpadu radioaktywnego plutonu i degradacji elementów ogniw termoelektrycznych. Minimalna moc konieczna do funkcjonowania podstawowych systemów sondy szacowana jest na około 245 W. W końcu maja 2008 r. generatory sondy Voyager 1 wytwarzały energię o mocy 282,0 W, a generatory Voyagera 2 energię o mocy 283,4 W.

edytuj Łączność

Łączność z sondami utrzymywana jest głównie za pośrednictwem anteny o wysokim zysku (HGA). Na strukturze nośnej HGA zamontowana jest także antena o niskim zysku (LGA), która używana była sporadycznie podczas niektórych manewrów i w razie problemów z utrzymaniem łączności. Każda sonda posiada dwa transpondery (główny i zapasowy). Każdy z transponderów zawiera nadajniki pracujące w paśmie S (na częstotliwości 2295 MHz) i w paśmie X (na częstotliwości 8418 MHz) oraz odbiornik w paśmie S (na częstotliwości 2115 MHz). Voyagery były pierwszymi sondami, które używały pasma X jako głównej częstotliwości nadawczej. Nadajniki w tym paśmie mają moc 23 W. Dane naukowe mogły być transmitowane w paśmie X z maksymalną prędkością 115,2 kilobitów na sekundę. Możliwa do uzyskania prędkość przekazu maleje wraz ze wzrostem odległości sond od Ziemi - w 2003 roku używano prędkości 160 bitów oraz 1,4 kilobitów na sekundę. Pasmo S służyło do przesyłania danych inżynieryjnych o stanie sondy z prędkością 40 bitów na sekundę. Instrukcje ze stacji naziemnych są przesyłane na sondy z prędkością 16 bitów na sekundę.

Dane mogą być magazynowane na pokładzie sond, do późniejszej transmisji na Ziemię, przy użyciu cyfrowego magnetofonu (Digital Tape Recorder) zapisującego na ośmiu ścieżkach z maksymalną prędkością 115,2 kilobitów na sekundę. Pojemność taśmy wynosi 536 megabitów, co jest równoważne zapisowi 96 zdjęć z kamer sondy.

edytuj Systemy sterowania

Konstrukcja sond umożliwia ich funkcjonowanie w stopniu wysoce autonomicznym. Na pokładzie znajdują się trzy połączone ze sobą systemy komputerowe, każdy złożony z dwóch komputerów - głównego i zapasowego:

• Computer Command Subsystem (CCS) - główne komputery sterujące sondy. CCS jest odpowiedzialny za utrzymywanie łączności z Ziemią, przetwarza i wykonuje instrukcje sterujące pracą instrumentów naukowych i innych systemów sondy. Zawiera algorytmy rozpoznające nieprawidłowości w funkcjonowaniu sondy i zapewniające ochronę przed ich skutkami.
• Attitude and Articulation Control Subsystem (AACS) - odpowiedzialny za kontrolę położenia sondy. AACS utrzymuje antenę wysokiego zysku w pozycji skierowanej w kierunku Ziemi, steruje manewrami korekcyjnymi oraz ruchami platformy skanującej.

Do kontroli położenia wykorzystywane są żyroskopy (używane jedynie przez krótki czas, do kilku godzin, podczas niektórych manewrów) oraz czujniki Słońca (Sun Sensor) i gwiazd (Canopus Star Tracker). Sterowany przez AACS system napędowy składa się z 16 silników o ciągu 0,89 N. Materiał pędny stanowi hydrazyna, której początkowy zapas wynosił 90 kg. W końcu maja 2008 r. na pokładzie Voyagera 1 pozostało 27,18 kg, a Voyager 2 posiadał zapas 28,88 kg hydrazyny.

• Flight Data Subsystem (FDS) - kontroluje pracę instrumentów naukowych, zbiera i formatuje dane naukowe i inżynieryjne przeznaczone do transmisji na Ziemię oraz koduje i wykonuje kompresję tych danych.

edytuj Instrumenty naukowe

Na pokładzie każdej z sond Voyager zostało zainstalowanych 10 instrumentów naukowych. Instrumenty te, oraz system telekomunikacyjny sond, posłużyły do przeprowadzenia 11 eksperymentów:

Fotopolarymetr na pokładzie sondy Voyager 1 uległ awarii przed przelotem obok Jowisza i zebrane przez niego dane nie były analizowane.

Detektor plazmy PLS, w listopadzie 1980 r., wkrótce po minięciu przez sondę Saturna, uległ poważnej awarii, która znacznie ograniczyła jego zdolności obserwacyjne^[2].

Z powodu stopniowego zmniejszania się ilości wytwarzanej energii elektrycznej, po zakończeniu fazy badania planet, kolejno wyłączane są niektóre instrumenty naukowe sondy. Do 2020 roku planowane jest utrzymanie na pokładzie Voyagera 1 pracy następujących instrumentów: Low-Energy Charged Particle Subsystem, Cosmic Ray Subsystem, Magnetometer i Plasma Wave Subsystem^[3].

edytuj Przebieg misji

Start sondy Voyager 1

Start sondy Voyager 1 nastąpił 5 września 1977 roku. Najpotężniejsza ówczesna amerykańska rakieta nośna Titan IIIE-Centaur z dodatkowym stopniem na stały materiał pędny wyniosła sondę na prowadzącą ku Jowiszowi orbitę o peryhelium wynoszącym 1,0 j.a. i aphelium 8,9 j.a. Początek misji został opóźniony o 5 dni, w celu dokonania kontroli i wprowadzenia modyfikacji niektórych elementów sondy i jej oprogramowania, dla uniknięcia problemów, które napotkano podczas aktywacji wystrzelonej wcześniej sondy Voyager 2.

18 września, znajdując się w odległości 11,66 mln km, sonda skierowała platformę skanującą w kierunku Ziemi i wykonała pierwszą w historii fotografię, na której widoczne były razem pełne dyski Ziemi i Księżyca. 15 grudnia 1977 r. znajdując się w odległości 124 mln km od Ziemi, Voyager 1 prześcignął poruszającą się wolniej sondę Voyager 2. W tym momencie wzajemna odległość między sondami wynosiła 17 mln km. 23 lutego 1978 r. doszło do zacięcia platformy skanującej, jednak awaria ta ustąpiła po przeprowadzeniu testów jej ruchomości.

edytuj Jowisz

W kwietniu 1978 r., znajdując się w odległości 265 mln km od Jowisza, sonda zaczęła wykonywać pierwsze fotografie tej planety. Faza obserwacji Jowisza oficjalnie rozpoczęła się 4 stycznia 1979 r. 10 lutego Voyager 1 przekroczył orbitę Sinope, najbardziej odległego, spośród ówcześnie znanych, księżyca planety. 28 lutego sonda osiągnęła granice jowiszowej magnetosfery. W tym czasie rozmiar magnetosfery planety podlegał gwałtownym fluktuacjom, co spowodowało, że dopiero 3 marca sonda po raz ostatni przekroczyła magnetopauzę.

5 marca 1979 r. o 12:05 UTC Voyager 1 zbliżył się do Jowisza na najmniejszą odległość, wynoszącą 348 890 km od centrum planety, około 280 000 km od szczytów chmur. 5 marca sonda przeleciała także kolejno obok Amaltei (minimalna odległość 420 200 km), Io (20 570 km) i Europy (733 760 km). 6 marca Voyager 1 zbliżył się do Ganimedesa na odległość 114 710 km i do księżyca Kallisto na odległość 126 400 km^[4].

Oddalając się od Jowisza, 20 marca sonda opuściła obszar jego magnetosfery, a 13 kwietnia 1979 r. zakończona została faza obserwacji planety. Dokonany podczas przelotu obok Jowisza manewr asysty grawitacyjnej zmienił orbitę Voyagera 1 na prowadzącą do Saturna orbitę hiperboliczną.

Sonda odkryła czynne wulkany na Io (było to pierwsze odkrycie aktywnego wulkanizmu poza Ziemią), obecność pierścienia wokół Jowisza, zorze polarne i potężne wyładowania atmosferyczne na planecie. Zbadano strukturę i dynamikę atmosfery Jowisza, zawartość w niej helu i wielu związków chemicznych. Poznano wiele szczegółów struktury magnetosfery. Sonda po raz pierwszy ukazała szczegóły morfologii powierzchni i budowy geologicznej największych księżyców planety. Na przekazanych zdjęciach odkryto także dwa niewielkie księżyce - Tebe i Metis^[5]. Łącznie sonda wykonała około 18 tysięcy fotografii Jowisza, jego księżyców i pierścienia.

Ziemia i Księżyc widziane przez Voyagera 1	Film wykonany podczas zbliżania się sondy do Jowisza	Jowisz z Io i Europą na tle swej tarczy	Io na tle jowiszowych chmur
Zdjęcie, na którym odkryto pierścień Jowisza	Powierzchnia Io z widocznym kraterem wulkanicznym	Basen wielopierścieniowy Valhalla na Kallisto	Odkrycie erupcji wulkanicznych na Io

edytuj Saturn

Po minięciu Jowisza, sonda 9 kwietnia 1979 r. wykonała pierwszy manewr korekcji trajektorii, by umożliwić bliski przelot obok Tytana. Następny manewr 10 października 1979 r. zapewnił, żeby sonda nie uderzyła w powierzchnię tego księżyca. Na początku stycznia 1980 r. instrument radioastronomiczny (PRA) zaczął odbierać impulsy radiowe pochodzące z Saturna. 23 sierpnia Voyager 1 zaczął wykonywać pierwsze fotografie planety. 12 listopada sonda osiągnęła granice magnetosfery.

12 listopada 1980 r. o 05:41 UTC Voyager 1 zbliżył się do Tytana na najmniejszą odległość, wynoszącą 6490 km od centrum księżyca, przelatując około 4000 km od szczytów skrywających go mgieł. Następnie sonda zbliżyła się do księżyca Tethys na odległość 415 670 km. Największe zbliżenie do Saturna miało miejsce 12 listopada o 23:46 UTC w odległości 184 300 km od centrum planety, około 124 000 km nad szczytami chmur. 13 listopada sonda przeleciała kolejno obok Mimasa (minimalna odległość 88 440 km), Enceladusa (202 040 km), Dione (161 520 km), Rei (73 980 km) i Hyperiona (880 440 km)^[4]. Oddalając się od Saturna, 16 listopada sonda opuściła obszar jego magnetosfery.

Sonda odkryła, że głównym składnikiem atmosfery Tytana jest azot, a warstwy chmur i mgieł całkowicie zakrywają jego powierzchnię. Ustalono wartości ciśnienia atmosferycznego i temperatury panującej na Tytanie. W przypadku innych księżyców uzyskano po raz pierwszy obrazy ich powierzchni. Fotografie systemu pierścieni planety ukazały ich niezwykle skomplikowaną, złożoną z tysięcy elementów strukturę. Nad powierzchnią pierścienia B zauważono ciemne radialne struktury, nazywane szprychami. Zbadano strukturę i dynamikę atmosfery planety, zawartość w niej helu i wielu związków chemicznych, odkryto obecność zórz polarnych. Poznano wiele szczegółów struktury magnetosfery. Na przekazanych zdjęciach odkryto także trzy niewielkie księżyce - Atlas, Prometeusz i Pandora^[5]. Łącznie sonda wykonała około 16 tysięcy fotografii Saturna, jego księżyców i pierścieni.

Warstwy mgieł nad Tytanem

System pierścieni Saturna

Mimas. Widoczny krater Herschel

Zdjęcie Saturna i jego pierścieni wykonane po minięciu przez sondę orbity planety

edytuj Voyager Interstellar Mission

Mozaika zdjęć Układu Słonecznego wykonana przez Voyagera 1 z odległości 40 j.a. od Słońca

Schemat heliosfery z zaznaczonymi pozycjami sond Voyager

Przelot obok Saturna zmienił tor lotu Voyagera 1 na, prowadzącą poza Układ Słoneczny, orbitę o nachyleniu 35° na północ od płaszczyzny ekliptyki. Od tego czasu sonda wykonuje pomiary wiatru słonecznego, pól magnetycznych i promieni kosmicznych. Spektrometr UVS wykorzystywany był do obserwacji astronomicznych w ultrafiolecie. Po minięciu przez sondę Voyager 2 Neptuna, NASA oficjalnie przemianowała 1 stycznia 1990 r. misje obydwu sond Voyager na Voyager Interstellar Mission (Misja Międzygwiezdna Voyagera). Jej głównym zadaniem jest zbadanie krańcowych obszarów heliosfery, w tym dotarcie do heliopauzy.

14 lutego 1990 r. Voyager 1 po raz ostatni uruchomił swoje kamery i wykonał serię zdjęć ukazujących Słońce i planety, w tym Ziemię. 17 lutego 1998 r. sonda znalazła się w większej odległości od Słońca (69,4 j.a.), niż wystrzelony w 1972 r. Pioneer 10. Tym samym Voyager 1 stał się najodleglejszym skonstruowanym przez człowieka obiektem w kosmosie.

16 grudnia 2004 r., w odległości 94,01 j.a. od Słońca, Voyager 1 przekroczył granicę szoku końcowego heliosfery i znalazł się w obszarze płaszcza Układu Słonecznego^[6].

15 sierpnia 2006 r. sonda dotarła na odległość 100 j.a. od Słońca. Przewiduje się, że wytwarzana przez generatory MHW-RTG energia wystarczy do utrzymania pracy ostatnich instrumentów naukowych na pokładzie sondy do około 2025 r.^[3]

Na dzień 30 czerwca 2008 roku Voyager 1 znajdował się w odległości 106,765 j.a. (czyli ponad 14 godzin świetlnych) od Słońca. Sonda oddala się od niego z prędkością 17,103 km/s, czyli 61 571 km/h (3,608 j.a. rocznie)^[7] w kierunku punktu na niebie o rektascensji 262°, deklinacji +12° (35,55° szerokości ekliptycznej, 260,78° długości ekliptycznej)^[8]. W roku 40272 Voyager 1 minie gwiazdę AC+793888 w gwiazdozbiorze Żyrafy w najmniejszej odległości wynoszącej 1,64 roku świetlnego.

edytuj Przypisy

edytuj Zobacz też:

• Voyager 2
• Voyager Golden Record
• Pale Blue Dot

edytuj Linki zewnętrzne i źródła

• Strona programu Voyager (NASA) (en)

• Voyager Mission Operations Status Report
• Voyager 1 w National Space Science Data Center
• Planetary Rings Node: Voyager Home Page
• CICLOPS: Voyager Imaging Diary
• David Morrison: Voyages to Saturn. NASA SP-451, 1982. 

• The Voyager Uranus Travel Guide. NASA, JPL, 1985-08-15. 

• The Voyager Neptune travel guide. NASA, JPL, 1989-06-01. 

• Asif A. Siddiqi: Deep Space Chronicle: A Chronology of Deep Space and Planetary Probes 1958–2000. NASA SP-2002-4524, 2002.