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

Изобретательные инженеры Центра Эймса применили фотополяриметр в качестве импровизированного звездного датчика! Ему поручили снимать время от времени звездное небо и по этим изображениям на Земле рассчитывали скорость вращения КА и конический угол.

Кстати сказать, аппарат вел себя довольно странно. Вращение равномерно замедлялось от 4,75 до 4,47 об/мин с 1975 по 1990 г., затем всего за пару лет скорость упала до 4,27 об/мин, после чего темп замедления вернулся к прежнему уровню.

К лету 1984 г. с «Пионера-10» было принято 126 Гбит информации. В период солнечного минимума 1985–1988 гг. аппарат регистрировал значительные потоки космических лучей невысоких энергий. У некоторых исследователей, включая Джеймса Ван Аллена и Даррелла Джаджа, это породило надежды на скорый, через один – три года, выход «Пионера-10» из пределов гелиосферы в межзвездную среду, но они оказались напрасными.

22 сентября 1990 г. «Пионер-10» прошел в рабочем состоянии «золотую» отметку – 50 а.е. от Солнца. Его скорость снизилась до 12,9 км/с. На обмен сигналами с Землей уходило 13 ч 47 мин, мощность принимаемого сигнала составляла всего 5 × 10–21 Вт.

30 сентября 1991 г. на рубеже 53 а.е. аппарат догнала ударная волна от особо мощного выброса солнечного вещества[98]. Сам выброс произошел 13 июня, точнее, под этой датой записали сопутствующее ему событие Форбуша – провал на 18 % в интенсивности галактических космических лучей, регистрируемый наземными обсерваториями.

По этой причине или по какой-то другой в октябре 1991 г. фотополяриметр зонда стал беспричинно переключаться между тремя режимами съемки и с тех пор лишь изредка использовался для определения скорости вращения. Его выключили в октябре 1993 г. ради экономии электроэнергии, но еще два года удавалось «вытаскивать» данные о скорости вращения при автономной ориентации КА на Землю.

На борту продолжали работать пять научных инструментов – анализатор плазмы, три детектора частиц (CPI, CRT и GTT) и ультрафиолетовый фотометр. Правда, в октябре 1990 г. отметили деградацию последнего, и работа фотометра была ограничена двумя днями в неделю. К июню 1993 г. с борта было получено уже 170 Гбит данных.

Комментируя десятилетие ухода КА за орбиту Нептуна, постановщик эксперимента CRT Фрэнк МакДональд из Мэрилендского университета писал, что проводимые «Пионером-10» исследования внешней гелиосферы и ее интерфейса с межзвездным газом имеют фундаментальную научную значимость. Оставаясь в строю так долго, «Пионер-10», в сущности, породил новую научную миссию, и он представляет собой триумф американской техники и промышленности. В свою очередь, Ричард Фиммел добавлял, что мы все еще ежедневно получаем с него научные данные и, вероятно, сможем делать это по крайней мере до 1998 года.

«Пионер-10» сумел прожить намного дольше любых прогнозов благодаря двум обстоятельствам. С одной стороны, его радиоизотопные генераторы и преобразователи оказались более стойкими, чем у «Пионера-11», а операторы всемерно экономили энергию, снимая питание потребителей по мере снижения выработки. С другой стороны, удавалось долго держаться в борьбе за последний децибел – сначала благодаря вводу в строй в интересах «Вояджеров» 70-метровых антенн сети DSN, а затем оснащению ее станций цифровыми усилителями типа Block V с уровнем шума 12,9 К и подстроечным фильтром шириной всего 0,1 Гц. В итоге оказалось возможно принимать сигнал 30-летнего аппарата с расстояния 83 а.е. с уровнем ошибок 1 %. Разве кто-нибудь поверил бы в это в 1972 г.?

Но с каждым годом из-за нехватки энергии сокращалось число работающих приборов «Пионера-10». 1 декабря 1993 г. были приняты последние данные с детектора частиц TRD, и он был отключен. Анализатор плазмы благополучно работал до февраля 1990 г., когда стал выдавать некорректные данные. Разработчики все же нашли способ извлекать из них информацию о скорости солнечного ветра, но в сентябре 1995 г. и этот инструмент пришлось обесточить. 16 мая 1996 г. отключили навсегда прибор CRT, а 30 декабря 1996 г. – инструмент CPI. В работе остались гейгеровский телескоп Ван Аллена, потреблявший какие-то 0,7 Вт, и ультрафиолетовый фотометр.

26 января 1997 г. на расстоянии 67 а.е. от Солнца наведение антенны «Пионера» на Землю методом конического сканирования впервые провели вслепую, без контакта с Землей. Эта операция занимала до полутора часов и была довольно энергоемкой, на время ее исполнения потребовалось выключить бортовой передатчик. Некоторые специалисты утверждали, что он может и не включиться снова. К счастью, аппаратура сохранила достаточную стойкость, хотя, судя по телеметрии, за время полета выходная мощность лампы бегущей волны TWT-A снизилась с 9 до 5 Вт.

Для сканирования по команде с Земли сдвигался вбок облучатель антенны, и тем самым на 1° смещалась ее диаграмма направленности. Сигнал с Земли теперь модулировался вращением аппарата со скоростью 4,28 об/мин. Специальный процессор модуля CONSCAN за два оборота вокруг оси определял оптимальное положение антенны и начиная с третьего командовал парой двигателей VPT. Выдавая импульсы продолжительностью 0,0312 секунды, они сдвигали ось антенны в сторону этого оптимального положения. Чтобы навестись с ошибкой не более 0,3°, обычно нужно было от 20 до 28 импульсов. По окончании процедуры облучатель возвращался на место.

Продуктивная работа «Пионера-10» завершилась спустя 25 лет после запуска, 31 марта 1997 г. В этот день в 19:35 UTC научная программа миссии была официально прекращена. Менеджер проекта Фред Вирт с сожалением сообщил, что объем и научная ценность данных, как оказалось, не оправдывают расходы в размере 500 000 долларов в год на персонал центра управления и на работу с КА.

Однако сотрудникам Исследовательского центра имени Эймса, занимающимся управлением новой АМС «Лунар Проспектор» (Lunar Prospector), было разрешено продолжать работу с «Пионером» в порядке тренировки персонала до тех пор, пока имеются ресурсы сети DSN и это не мешает осуществлению других межпланетных проектов. Была одна загадка в его поведении, которая не давала покоя навигатору Джону Андерсону, и для поиска ответа нужен был только двусторонний Доплер. Ну или трехсторонний, если передачу ведет одна наземная станция, а прием – другая.

Аппарат все еще удавалось раз в полгода наводить на Землю. Из научной аппаратуры работал гейгеровский телескоп GTT, и раз в неделю на четыре часа включали более «жадный» на электричество детектор заряженных частиц CPI. РИТЭГи вырабатывали 67,2 Вт, бортовые системы потребляли 65,8 Вт. Земля фиксировала разряд аккумуляторной батареи, падение напряжения за сеанс достигало 0,94 В.

17 февраля 1998 г. «Пионер-10» перестал быть самым далеким из земных зондов – на отметке 69,42 а.е. в лидеры вышел «Вояджер-1». Сказать «обогнал» в данном случае было никак нельзя, так как аппараты уходили от Солнца в почти противоположных направлениях.

2 мая 1998 г. нейтронные детекторы на Земле зафиксировали быстрое и резкое падение интенсивности космических лучей на 4 %. В списки событий Форбуша его не внесли, но природа явления была той же. Встал вопрос: почувствует ли его «Пионер-10» через девять месяцев – время, которое нужно солнечному ветру, чтобы пройти 71 а.е.? Ответ оказался положительным: в феврале 1999 г. прибор Ван Аллена также отметил снижение космических лучей на 5 %, а это означало, что аппарат все еще находится в пределах гелиосферы.