Конспект
Два одинаковых космических аппарата, запущенных в 1977 году, до сих пор передают данные на Землю. Они давно вышли за пределы гелиосферы, набрали третью космическую скорость и стали первыми рукотворными объектами в межзвездном пространстве. Их создатели, которые почти полвека назад писали бортовой код, недавно вернулись из пенсии, чтобы починить программный сбой на расстоянии в десятки миллиардов километров. Это история «Вояджеров» — возможно, самого успешного проекта исследования космоса за всю историю человечества.
Уникальное окно в 176 лет и аспирант, который его заметил
Если бы инженеры пришли в NASA в семидесятые годы и попросили денег на аппараты, которые будут работать пятьдесят лет, им бы отказали. В космическом агентстве существует негласный принцип: ты должен дожить до завершения своего проекта. Но молодой аспирант Гэри Фландро обнаружил нечто, что изменило всю аргументацию. Именно в конце семидесятых четыре планеты-гиганта — Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун — выстраивались так, что один аппарат мог посетить их все, используя гравитационные маневры. Такое расположение повторяется раз в 176 лет. Это назвали Grand Tour — Великое путешествие, и именно эта уникальность помогла пролоббировать финансирование.
Гравитационный маневр часто сравнивают с бильярдным ударом, но более точная аналогия — роллер, который хватается за проезжающий автомобиль, набирает скорость и отцепляется. Аппарат «ворует» энергию у планеты, чуть-чуть её притормаживая. Но планеты-гиганты настолько массивны, что никакого заметного влияния это не оказывает. Зато «Вояджеры» набрали свыше пятнадцати километров в секунду — скорость, для достижения которой на топливе понадобились бы тонны горючего. А сами аппараты выглядят как лёгкие ферменные конструкции, на которых двигатели даже не разглядишь.
Антенной — строго на Землю
В некоторых фильмах «Вояджеры» показывают летящими антенной вперёд. Это погубило бы миссию. Четырёхметровая параболическая антенна должна быть постоянно нацелена на Землю — она передаёт данные очень узким лучом, и малейшее отклонение означает потерю связи. Все научные приборы — камеры, инфракрасные и ультрафиолетовые детекторы — размещены на отдельной подвижной платформе, вынесенной на специальную руку. Платформа вращалась, позволяя снимать объекты в разных направлениях, пока сам аппарат сохранял ориентацию на Землю.
Электричество вдали от Солнца дают радиоизотопные термоэлектрические генераторы. Внутри — плутоний-238, нагревающийся при распаде до четырёхсот градусов. На разнице температур между горячим источником и холодным радиатором, отдающим тепло в космос, элементы Пельтье вырабатывают ток. Но со временем изотоп остывает, элементы деградируют, и энергии становится всё меньше. Камеры давно отключены, подвижная платформа не работает. Сейчас функционируют только магнитометр и несколько детекторов заряженных частиц. Через пять-десять лет энергии может не хватить даже на бортовой компьютер.
От вулканов Ио до метановых озёр Титана
Юпитер стал первым крупным открытием. Анимация приближения к планете — движение облаков, Большое красное пятно — и сейчас впечатляет, а в конце семидесятых это была чистая фантастика. Но главные сюрпризы преподнесли спутники. На Ио обнаружили постоянную вулканическую активность: плюмы выбросов поднимались на десятки километров, подсвеченные солнечным светом. Европа показала ледяную поверхность, изрезанную трещинами, — для людей, знавших этот спутник только по книгам Артура Кларка и «Космической одиссее», это было воплощение фантастики в реальность.
Сатурн порадовал не только кольцами, которые оказались куда сложнее, чем думали — с малыми спутниками в щелях, вносящими возмущения, — но и Титаном. Исследование этого спутника считалось настолько важным, что если бы «Вояджер-1» не справился с пролётом мимо Титана, «Вояджер-2» отправили бы туда же, пожертвовав визитами к Урану и Нептуну. Атмосфера Титана оказалась настолько плотной, что поверхность в видимом диапазоне разглядеть не удалось. Но данные привели к выводу: там есть озёра и реки, заполненные жидким метаном. Во всей Солнечной системе лишь два тела имеют жидкость на поверхности и круговорот этой жидкости — Земля и Титан. Разница в температуре: плюс пятнадцать градусов у нас и минус сто семьдесят там. Как шутят специалисты, Яндекс написал бы «ощущается как минус двести пятьдесят».
Франкенштейн среди лун и единственный пролёт мимо Нептуна
Уран разочаровал внешним видом — верхняя атмосфера закрыта туманной дымкой, — но его спутник Миранда стал настоящей сенсацией. Это «Франкенштейн» среди лун: его поверхность породила гипотезу, что когда-то спутник разрушился, а потом заново собрался из обломков под действием гравитации. Ничего подобного не наблюдалось ни у одного другого шарообразного спутника в Солнечной системе. Кольца Урана тоже стали открытием «Вояджера» — тонкие, пылевые, совершенно непохожие на роскошные ледяные кольца Сатурна.
Нептун оказался динамичнее. На нём обнаружили тёмное пятно — мощный тайфун, сродни Большому красному пятну Юпитера, но куда более скоротечный: его уже нет, хотя появляются другие. Спутник Нептуна Тритон, скорее всего, — бывшая карликовая планета, перехваченная из пояса Койпера. Своего рода дауншифтер, понизившийся из самостоятельного тела до луны. Вероятно, на глубине сотен километров в его недрах до сих пор есть жидкая вода. Но «Вояджер-2» не мог остановиться — он просто пролетел мимо, успев снять Тритон лишь с одной стороны. Полной карты этого спутника у нас нет до сих пор, и новый аппарат к Нептуну не планируется в ближайшие десятилетия.
Бледная голубая точка и пузырь в форме круассана
После завершения основной программы, по предложению Карла Сагана, «Вояджер» обернулся и сфотографировал Землю с расстояния пять миллиардов километров. Малюсенькая бледная звёздочка, тонущая в лучах Солнца, — самое далёкое и самое впечатляющее селфи в истории человечества. Вся наша жизнь, вся наша история — вот на этой точке.
Примерно через двадцать лет после этого снимка «Вояджеры» пересекли границу гелиосферы — пузыря плазмы, который Солнце надувает вокруг себя солнечным ветром. Графики данных наглядно показывают переход: колебания уровня жёсткой радиации, следовавшие за циклами солнечной активности, внезапно сменяются стабильными показателями. Это граница между межпланетным и межзвездным пространством. Но это не граница Солнечной системы — пояс Койпера, рассеянный диск, облако Оорта простираются гораздо дальше. «Вояджеры» находятся в межзвёздной среде, но всё ещё внутри Солнечной системы. По современным моделям, форма гелиосферы напоминает не сферу, а круассан — из-за взаимодействия солнечного ветра с межзвёздным и собственного движения Солнца вокруг центра Галактики.
Пенсионеры, которые чинят код на расстоянии световых суток
Полвека работы не обошлись без драм. «Вояджер-1» в какой-то момент начал присылать вместо данных бессмысленный набор цифр. Выяснилось, что вышел из строя один из твердотельных носителей памяти. Код, записанный на нём, нужно было перенести, но он не помещался на соседний чип — пришлось разбивать на части и распределять по разным носителям. Проблема в том, что этот код был написан на языке программирования, который давно не используется. Единственным решением стало вызвать из пенсии людей, которые создавали аппарат в семидесятые. Они несколько лет переписывали код, справились — и их радость от того, что детище продолжает работу на расстоянии световых суток от Земли, запечатлена на фотографиях.
С «Вояджером-2» случилась другая история: из-за программной ошибки антенна отклонилась всего на два градуса. На таком расстоянии это могло означать полную потерю аппарата. Инженеры дождались момента, когда Земля в своём движении по орбите окажется ближе к диаграмме направленности антенны «Вояджера», передали усиленный сигнал — и он скорректировал положение. Связь восстановилась. А чтобы вообще поддерживать эту связь, на Земле пришлось нарастить приёмные антенны с шестидесяти четырёх до семидесяти метров в диаметре, а потом перейти на целые сети станций, работающих как один гигантский радиоинтерферометр.
Когда-то связь всё-таки прервётся — через пять, может быть, десять лет. Элементы Пельтье продолжают деградировать, расстояние растёт. Но «Вояджеры» не остановятся. Они будут лететь дальше — мимо объектов облака Оорта, через межзвёздную среду, навстречу другим звёздам. Правда, ближайшая встреча со звездой ожидается через десятки тысяч лет. На борту каждого — золотая пластинка с музыкой, приветствиями на пятидесяти пяти языках и инструкцией по воспроизведению. «Вояджер» — это не только звездолёт, но ещё и граммофон. До кого дойдёт это послание — вопрос пока открытый. Но сам факт, что два маленьких аппарата, собранных из ферменных конструкций в семидесятые годы, превратились в первые настоящие звездолёты человечества, — это, пожалуй, лучшее доказательство того, что фантастика умеет становиться реальностью.
