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

С начала этапа VIM проект лишился комплексного тренажера бортовых программ – он и до того давал частые сбои и требовал сложного ремонта, а переезда в новое помещение не пережил. С тех пор разработчики располагали лишь программным имитатором для процессора CCS, а для AACS и FDS его не было вообще. Поэтому после 1990 г. практически все изменения, за исключением самых простых, делались только в программах CCS. Они были написаны на ассемблере и могли модифицироваться с использованием уникального для проекта «Вояджер» псевдокода.

Стандартная схема работы «Вояджера» с августа-сентября 1990 г. выглядела так. Аппарат вел непрерывные низкоскоростные измерения магнитного поля, частиц и плазменных волн вместе с ультрафиолетовыми измерениями и передавал их на Землю в реальном масштабе времени на скорости 600 или 160 бит/с. Эта информация, а в случае сбоя – аварийный формат служебной телеметрии со скоростью 40 бит/с – принималась на 34-метровых антеннах типа HEF Сети дальней связи DSN.

Круглосуточного приема информации с «Вояджеров» не требовалось, да и ресурсов для этого не было. Как правило, одна 34-метровая антенна работала с каждым аппаратом девять – десять часов в сутки. С учетом направления движения по небесной сфере «Вояджер-1» обычно пользовался услугами антенн комплекса DSN в Голдстоуне в Калифорнии, а «Вояджер-2» – австралийских антенн в Тидбинбилле вблизи Канберры.

Кстати, из этих же соображений выбирались опорные навигационные звезды для ориентации КА – они должны были находиться вблизи перпендикуляра к направлению на Землю. 21 октября 1992 г. в рамках программы B015 «Вояджеру-2» задали в качестве новой навигационной звезды Вегу, и он произвел разворот по крену, чтобы сориентировать на нее датчик Канопуса. Для «Вояджера-1» опорной звездой с 28 февраля 1990 г. и по сей день является α Центавра.

Операция MAGROL представляла собой программный разворот КА, состоящий, как правило, из десяти полных оборотов по крену. Там, где летели «Вояджеры», межпланетное магнитное поле было уже слабее, чем магнитный фон самого аппарата. Регистрация показаний магнитометра во время разворота как раз и позволяла различить две составляющие: собственную и внешнюю. Маневры MAGROL могли совмещаться с измерениями спектрометром UVS и поддерживались приемом на 70-метровой антенне, так как во время вращения ось антенны HGA немного «ходила» и уровень сигнала колебался.

Большие антенны задействовались и в некоторых других случаях. Ежеквартально они отслеживали семичасовой маневр ASCAL (качание КА на ±3° сначала по рысканью, а затем по тангажу с целью калибровки бортовой антенны HGA и солнечных датчиков), а раз в полгода – получасовые сеансы для проверки состояния записывающих устройств DTR.

Раз в полгода сбрасывались на Землю очередные 26 кадров типа GS-4B с высокоскоростной информацией прибора PWS – в апреле и октябре с «Вояджера-1», в марте и сентябре с «Вояджера-2». В первые годы «межзвездного» этапа их принимали со скоростью 7200 бит/с на 70-метровые антенны – как правило, использовались DSS-14 в Голдстоуне и DSS-43 в Канберре. Но по мере удаления от Земли мощности сигнала и собирающей площади стало не хватать, и поддерживать такую скорость удавалось лишь в режиме спаривания приемных антенн – 70-метровой и 34-метровой. «Вояджер-1» был дальше и уходил быстрее, поэтому через два года он первым «уперся» в предел пропускной способности. Уже в 1994 г. скорость передачи пришлось снизить до 1400 бит/с, что позволяло вести прием на одиночную 70-метровую антенну при соотношении сигнал/шум более 3 дБ.

Вскоре после этого в составе DSN был применен программируемый приемник Block V Receiver, позволяющий работать в режиме подавления несущей частоты. Когда индекс модуляции фазы бортового генератора устанавливали в 90°, несущая сигнала подавлялась и вся мощность шла в модулированную телеметрией поднесущую. Этот «фокус» позволил воспроизводить данные с «Вояджера-2» на скорости 7200 бит/с еще два года, а в режиме спаривания антенн DSS-43 и DSS-45 – вплоть до весны 1999 г. После этого также пришлось снизить скорость передачи до 1400 бит/с.

70-метровые антенны считались базовыми для управления КА. С них, в частности, посылалась на борт еженедельная «пустая» команда для взведения таймера BML-7. «Вояджеру-2» с его дефектным командным приемником адресовалась серия из нескольких таких команд – как правило, из семи. Раз в три месяца на борт закладывалась очередная рабочая программа.

Временами с наземными средствами происходили чрезвычайные происшествия вроде калифорнийского землетрясения 28 июня 1992 г., которое повредило 70-метровую антенну DSS-14 и заставило потратить месяц на ремонт ее субрефлектора. В целом, однако, DSN блестяще справилась с обеспечением работы земных аппаратов, ушедших на 20–23 млрд км от родной планеты.

В период с 1990 по 1993 г. проект VIM имел две основные цели:

● исследовать межпланетную и межзвездную среду и охарактеризовать взаимодействие между ними;

● продолжить успешную программу «Вояджеров» в области ультрафиолетовой астрономии.

В этот период «Вояджеры» довольно много занимались ультрафиолетовыми измерениями различных небесных источников и диффузного фона. Ради них и были оставлены в работе УФ-спектрометры UVS на сканирующей платформе КА.

Эти приборы были чувствительны к излучению в диапазоне длин волн от 50 до 170 нм, то есть в дальнем (far) и крайнем (extreme)[104] ультрафиолете. Естественной границей двух поддиапазонов являлся лаймановский предел (91,2 нм), соответствующий минимальной энергии ионизации водорода из основного состояния – 13,6 эВ.

Межзвездный водород ионизируется фотонами и с любой энергией выше этой, а потому надежно экранирует излучение от далеких объектов с длиной волны менее 91,2 нм. Так считалось до 1975 г., когда в ходе совместного полета «Союз – Аполлон» в американском эксперименте по регистрации излучения крайнего УФ-диапазона (от 5 до 100 нм) были обнаружены первые два внесолнечных источника – ими оказались горячие белые карлики HZ43 и Feige 24.

И тут оказалось, что изучать эти и подобные объекты нечем: орбитальные УФ-обсерватории описываемой эпохи – такие как легендарный IUE, ровесник «Вояджеров» (запущен в 1978 г., эксплуатировался до 1996 г.) – не могли вести прием на таких длинах волн. Правда, приборы крайнего УФ-диапазона имелись в составе комплекта ASTRO, созданного для работы на борту шаттла, но их использование упиралось в кратковременность полетов. Специализированный спутник EUVE еще только готовился к старту. А поскольку два UVS уже находились в полете, работали и могли позволить себе длительные экспозиции, астрономы ухватились за эту возможность, и даже невысокое спектральное разрешение (около 9 нм) их не останавливало. Объем заявок на наблюдения превышал доступное время!

Первоначальный перечень задач включал наблюдение активных галактик, квазаров, молодых голубых звезд и белых карликов. Измерение энергии, излучаемой ими в УФ-диапазоне, позволяло лучше понять рождение и смерть звезд. Многочасовые и даже многосуточные наблюдения одного и того же объекта давали надежду застать его в момент вспышки. Параллельно организовывались наблюдения на земных телескопах в видимом и ближнем ИК-диапазоне.