Разведчики внешних планет. Путешествие «Пионеров» и «Вояджеров» от Земли до Нептуна и далее - Игорь Лисов

К середине мая, когда аппарат все еще использовал антенну среднего усиления MGA, операторы заметили медленное и нерегулярное снижение мощности бортового передатчика. Они заподозрили отказ работающего усилителя TWT-A в радиокомплексе КА и переключили передатчик на запасной TWT-B. Последующий анализ показал, что причина проблемы в чем-то другом, но запасной усилитель так и остался в работе.

18 мая станцию повернули на 4°, нацелили антенной HGA точно на Землю и переключили радиообмен на нее, увеличив его скорость вчетверо – до 2048 бит/с. К 5 июня опробовали все 12 инструментов, хотя ИК-радиометр и второй магнитометр HFM пока не были нужны.

На отлете от Земли детектор метеороидных частиц MD фиксировал вдвое меньше попаданий, чем на «Пионере-10». В первые недели было отмечено 12 событий, а затем, с отметки 1,2 а.е. от Солнца и до 2,3 а.е., – всего лишь одно. Это не означало, конечно, что пыли в Солнечной системе стало меньше, чем год назад. Так как регистрирующие ячейки прибора MD были защищены более толстой металлической фольгой, ее могли пробить частицы массой от 6 × 10–9 г и размером от 0,021 мм. На «Пионере-10» предельные параметры составляли 8,3 × 10–10 г и 0,010 мм. Пока можно было лишь заключить, что более крупных частиц примерно столько же, сколько и более мелких.

С 18 августа 1973 г. по 20 марта 1974 г. «Пионер-11» шел через пояс астероидов и получил в нем семь пробоев – вшестеро меньше, чем первопроходец этой трассы. Теперь получилось, что более мелкая пыль, к которой новый прибор нечувствителен, все-таки сохраняется в поясе, в то время как более крупной становится меньше. Впрочем, это был уже чисто научный вопрос: с точки зрения практики стало очевидно, что пояс астероидов не представляет угрозы для полетов.

Успешный пролет «Пионера-10» у Юпитера в декабре 1973 г. доказал, что второй аппарат действительно можно провести значительно ближе к поверхности и за счет этого перенаправить к Сатурну. Особенно настаивал на близком пролете Джеймс Ван Аллен, патриарх американской космической физики и постановщик эксперимента с гейгеровским телескопом GTT.

19 марта 1974 г. NASA объявило, что план Ван Аллена принят. Правда, первоначально выбранную новую траекторию с точкой прицеливания слева от Юпитера сочли слишком опасной. Было решено идти в облет значительно южнее. «Местная» гиперболическая орбита осталась обратной по отношению к вращению планеты, но ее наклонение составляло 51,8° к эклиптике и 55° к экватору Юпитера. Минимальную высоту утвердили на уровне 42 000 км – втрое ниже, чем у предшественника.

Большое наклонение позволяло, во-первых, быстро пересечь неширокую экваториальную зону интенсивной радиации (несмотря на низкий перицентр, суммарная доза ожидалась даже немного меньше, чем у «Пионера-10»), а во-вторых – впервые взглянуть на полярные области Юпитера. Среди прочего успех пролета должен был подтвердить реализуемость проекта изучения планеты орбитальным аппаратом, который тогда планировалось запустить в 1981 г.[34]

15 марта и 16 апреля 1974 г. провели два небольших маневра с целью калибровки двигателей, а 19 апреля состоялась двухимпульсная коррекция для изменения точки прицеливания и времени прибытия «Пионера-11». Операция началась в 19:00 UTC, основные импульсы были выданы около 21:35 и 06:45 UTC. За 42 мин 36 с работы двигатели сожгли 7,7 кг гидразина (28 % первоначальной заправки) и увеличили скорость КА на 63,7 м/с. Время прибытия приблизилось примерно на 29 часов – на 3 декабря в 05:21 UTC. Сближение с Сатурном при полете по новой схеме получалось 5 сентября 1979 г.

Уже за шесть месяцев до встречи бортовые приборы почувствовали «дыхание» Юпитера – счетчики протонов и электронов стали выдавать пик раз в десять часов в ритме вращения планеты.

23 августа по просьбе Джеймса Ван Аллена операторы увеличили скорость вращения «Пионера» с 4,87 до 5,05 об/мин, впервые включив двигатель SCT 2 – он выдал восемь импульсов по полсекунды и еще несколько по 1/8 секунды. Более высокая скорость позволяла получить более качественные данные о радиационных поясах. Заодно немного улучшилось пространственное разрешение снимков.

Сближение с планетой продолжалось с 3 ноября 1974 г. по 3 января 1975 г. За это время на борт было передано 12 358 команд – на 28 % меньше, чем при пролете «Пионера-10». Сбои были отмечены лишь по восьми командам.

Съемка Юпитера началась 18 ноября с дистанции 14,8 млн км и продолжалась до 9 декабря. Всего за это время «Пионер-11» сделал 460 снимков планеты и ее спутников.

Ближняя фаза встречи, когда расстояние до планеты не превышало 95 RJ, а станции сети DSN работали с «Пионером» круглосуточно, была с 26 ноября по 9 декабря. Как раз 26 ноября около 06:00 UTC земной зонд стал проникать в магнитосферу Юпитера. На этот раз она оказалась очень «трепетной». «Пионер» погружался в ударную волну, она отступала, аппарат вновь оказывался в невозмущенном солнечном ветре, и так трижды. Похожая история вышла и с магнитопаузой: «Пионер-11» пересек эту границу 27 ноября в 05:00 в 7 млн км от планеты, в тот же день в 18:20 оказался снаружи и лишь через 5,5 часов вновь попал внутрь магнитосферы.

Менее чем за 12 часов до пролета мощный поток электронов довел электрический заряд КА до 4000 В. Возникла электрическая дуга, от которой включились нагреватели, забирая мощность радиоизотопного источника и ослабляя радиосигнал. В течение трех часов операторы разобрались в ситуации и выдали команды на выключение нагревателей. Аппарат вернулся к норме.

Удивительно, но проблемы подстерегали «Пионер-11» не только в космосе, но и на Земле. В Австралии профсоюз дизельных операторов объявил забастовку, что угрожало сорвать важнейший сеанс связи с потерей шести – восьми часов данных сразу после пролета. В итоге специалистов все-таки пропустили на рабочие места, но команда в Голдстоуне успела перепрограммировать работу своей антенны DSS-14 вплоть до захода КА за горизонт, чтобы взять с него максимум возможного.

3 декабря 1974 г. в 05:21:38,9 UTC по бортовому времени «Пионер-11» выполнил второй в истории пролет Юпитера, пройдя на расстоянии 113 850 км от его центра и на высоте 42 450 км над поверхностью облаков на фантастической, еще никем не достигнутой скорости – 48,06 км/с.