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

Структура магнитного поля Солнца также влияет на солнечный ветер. В норме оно образует два сектора – положительный и отрицательный, примерно соответствующих полушариям; в первом магнитные линии выходят из Солнца, а во втором – входят. Поверхность раздела двух секторов, нестабильная и неровная, опирается на магнитный «экватор» и уходит в пространство. Она называется токовым слоем, так как вдоль нее положительные заряды уходят от Солнца, а отрицательные – приходят.

В 1985 г., в конце 21-го солнечного цикла, северный сектор был отрицательным, а южный – положительным. «Пионер-11», находящийся в 15° севернее солнечного экватора, пребывал в отрицательном секторе большую часть времени, а с середины 1985 г. – постоянно. Как и в течение 1976 г., когда он шел к Сатурну высоко над эклиптикой, токовый слой ниже аппарата оказался сглажен и «прижат» к экватору. Наверху поэтому господствовал быстрый солнечный ветер. А область токового слоя – это по определению область медленного солнечного ветра. Именно в таких условиях продолжали лететь два остальных аппарата. Так удалось установить, что магнитное поле Солнца контролирует состояние среды вплоть до дистанции в 36 а.е.

В июне 1989 г. на 139-м симпозиуме Международного астрономического союза были представлены результаты Гэри Толлера из Центра космических полетов имени Годдарда. Проанализировав фотометрические данные обоих «Пионеров» после ухода из зоны околосолнечной пыли, он заключил, что 82 % фонового свечения неба приходится на очень слабые звезды, 17 % – на диффузный свет Млечного Пути, рассеянный на межзвездной пыли, и примерно 0,6 % приходит из-за пределов нашей Галактики.

Интересным побочным результатом стала оценка положения Солнца относительно плоскости Галактики исходя из свечения пыли с разных направлений. Оказалось, что мы «проживаем» примерно на 12 парсек выше этой плоскости. В целом же результаты Толлера подтвердили, что порядка 90 % материи во Вселенной не фиксируется по ее излучению.

Задержавшись на визит к Сатурну, «Пионер-11» вышел за орбиту Нептуна 23 февраля 1990 г. – на семь лет позже своего напарника и позже, чем оба «Вояджера».

В октябре 1990 г. на нем вышел из строя микроволновой переключатель в системе радиосвязи, и ее стало невозможно использовать в когерентном режиме.

В январе 1995 г. не был выполнен очередной маневр прецессии оси вращения с целью наведения ее на Землю, так как солнечный датчик не смог увидеть Солнце. Связь с Землей прервалась в декабре и отсутствовала несколько месяцев – лишь в середине мая планета вновь должна была появиться в пределах диаграммы направленности антенны.

Тем временем выход РИТЭГов снижался медленно, но неотвратимо. Сами по себе источники на 238Pu снизили свое энерговыделение за 23 года не так сильно, но падала выходная электрическая мощность из-за деградации термопар в преобразователе. К августу или в лучшем случае к декабрю прогнозировалось ее снижение до уровня, недостаточного для питания каких-либо приборов. А это означало, что работа «Пионера-11» прекратится. «Какой толк от космического аппарата, если он не передает научной информации? – говорил Фред Вирт. – Вы просто не сможете оправдать трату денег при отсутствии данных». На работу двух «Пионеров» в это время выделялось из бюджета NASA по 2,5 млн долларов в год.

В период с июня по август 1995 г. операторы намеревались попробовать эксплуатировать аппарат с пониженным напряжением бортовой сети – по сравнению со штатными 28 В. Это легко могло привести к полной потере связи с «Пионером-11», но терять было уже нечего, а положительный результат позволил бы продлить работу «Пионера-10» на год или два.

Джеймс Ван Аллен надеялся, что прибор GTT, который прекрасно работал на «Пионере-11» вплоть до потери связи, сможет передавать данные еще пару лет при пониженном питании. У него все еще оставалось сильное ощущение, что похороны несколько преждевременны.

В мае 1995 г. при угле между осью вращения и направлением на Землю 1,6° сигнал КА удалось услышать, но телеметрия не проходила. Устойчивого приема не было ни в июне, ни в июле. К концу августа стало ясно, что «Пионер-11» работать уже не сможет.

30 сентября 1995 г. на расстоянии от Солнца в 44 а.е. – или, если угодно, шесть световых часов – повседневные операции по управлению КА были прекращены. Частота сеансов сократилась до одного раза в две – четыре недели. Руководители проекта полагали, что смогут поддерживать связь и проверять состояние борта до конца 1996 г., но в реальности уже 24 ноября был принят последний сигнал.

Тысячи и тысячи лет «Пионер-11» будет лететь с остаточной гелиоцентрической скоростью 10,450 км/с и приблизительно через 4 млн лет пройдет на сравнительно небольшом расстоянии от λ Орла.

В конце 1980 г. специалисты DSN заключили, что даже с имеющимися 64-метровыми антеннами с малошумящими усилителями смогут поддерживать связь с «Пионером-10» до 1989 г., до расстояния 48 а.е. Мощность, снимаемая с РИТЭГов, должна была снизиться до 76 Вт – минимума, обеспечивающего работу КА, – только в 1990 г. До этого же срока хватало и топлива для ориентации антенной на Землю.

26 июля 1981 г. «Пионер-10» прошел «серебряную» отметку 25 а.е. от Солнца, а 2 марта 1982 г. отметил десятилетие полета. Солнечный ветер, вопреки ожиданиям многих ученых, не замедлялся, не происходило потерь энергии на столкновения и нагрев. Вся турбулентность в гелиосфере по-прежнему определялась солнечными бурями, ударные волны которых могли «бежать» по году и дольше.

Джон Симпсон, руководитель эксперимента CPI из Чикагского университета, отметил, что в годы солнечного максимума магнитосфера становится немного более плоской, прижимаясь к солнечному экватору, а поток галактических космических лучей, в том числе и очень высоких энергий, уменьшается вдвое, а иногда и вовсе затихает.

13 июня 1983 г. зонд пересек орбиту Нептуна в 30,28 а.е. от Солнца, все еще обладая скоростью 13,66 км/с. Плутон в это время находился ближе к светилу, чем Нептун, так что последняя известная планета осталась позади.

Мощность принимаемого с «Пионера» радиосигнала упала к этому времени до 7 × 10–20 Вт. Вместо того чтобы пытаться объяснить эту величину через децибелы, Ричард Фиммел привел замечательный пример: если собирать такую мощность 67 млн лет, то восьмиваттную лампочку ночника, равную по потреблению передатчику на борту, не удастся питать и тысячную долю секунды! Вот только он явно придумал такой пример очень давно, потому что с уровнем сигнала июня 1983 г. лампочка горела бы раз в 50 меньше.

К этому времени инженеры опять пересчитали перспективы КА и заключили, что смогут держать с ним связь вплоть до исчерпания ресурса РИТЭГов в 1994 г. Вырабатываемая электрическая мощность составляла 107,1 Вт на расстоянии 25 а.е. и снизилась до 94,0 Вт к отметке 40 а.е. в 1987 г.

Звездный датчик «Пионера-10» давно списали по негодности. Угол между направлениями на Землю и Солнце в 1983 г. уже не превышал 2,2°. Антенна все сильнее загораживала собою светило, солнечный датчик переставал его видеть. В ноябре 1983 г. он был отключен как бесполезный, в июле 1985 г. включен вновь и в мае 1986 г. обесточен окончательно. Между тем очень хотелось знать и направление оси вращения, и его скорость – без этого не считалась текущая ориентация, а текущие данные приборов не привязывались к направлениям в пространстве.