Veliko putovanje Voyager-a

Svakako jedan od najvećih pregnuća koje su čovekov mozak i tehnologija ostvarili u svojoj dugoj istoriji pokušaja razumevanja prirode i sveta oko sebe, jeste i jedna, u to vreme ne tako pretenciozna, kosmička avantura, poznata kao Grand Tour – Veliko putovanje Voyagera.

Dve svemirske letilice–blizanci, Voyager 1 i Voyager 2, lansirala je NASA u razmaku od nekoliko meseci tokom leta 1977. god. sa Cape Canaverala, sa Floride. Kako je na početku bilo predviđeno, zadatak im je bio da iz blizine prouče Jupiter i Saturn, Saturnov prsten i veće satelite ove dve planete.

Da bi ispunili svoje misije, letilice su građene čitavih 5 godina. Ali kada su letilice uspešno izvele sve svoje zadatke i pored toga proletele kraj dve spoljne divovske planete, Urana i Neptuna, napori inženjera i naučnika koji su to izveli, iz Jet Propulsion Laboratory (JPL) u Pasadeni, u Californiji, su se isplatili.

Kako su svemirske letilice napredovale kroz Sunčev sistem, tako je daljinskim komandama reprogramirana njihova misija, omogućivši mnogo veće zahteve nego što su ih imale kada su poletele sa Zemlje. Umesto misije dve planete, sada je to bila misija četiri planete i umesto planiranih 5 godina, životni vek im je produžen na 12 i više godina.

Voyageri su uspeli da istraže sve četiri divovske planete našeg sistema, 48 njihovih satelita kao i neobične sisteme prstenova i magnetskih polja koje te planete imaju.

Istorija Voyager misije

Sama misija je bila osmišljena tako da se iskoristi retka prilika geometrijskog rasporeda spoljnih planeta u kasnim sedamdesetim i početkom osamdesetih godina, koji omogućava put ka njima sa najmanjim utroškom goriva i vremena putovanja. Položaj Jupitera, Saturna, Urana i Neptuna, koji se ponavlja svakih 175 godina, omogućavao je jednoj letilici da lako odleti od jedne do druge planete bez potrebe za velikim propulzivnim motorima. Let pod odgovarajućim uglom pored jedne planete tako ubrzava letilicu, da je ona u stanju da doleti do sledeće planete. Koristeći tu "gravitacionu" tehniku, koja je prvi put isprobana sa Marinerom 10, misijom koju je NASA preduzela 1973–74. prilikom ispitivanja Merkura i Venere, vreme od 30 godina, koliko je bilo potrebno za let do Neptuna, skraćeno je na svega 12.

Smatralo se da je misija u kojoj će biti posećene sve 4 planete i u kojoj će svemirska sonda poneti sve potrebne instrumente i trajati dovoljno dugo da zaokruži ceo plan, previše skupa. Zbog toga su novčana sredstva nabavljena za Voyagere planirana tako da oni samo prolete pored Jupitera i Saturna. Prostudirano je preko 10.000 trajektorija pre nego je izbor pao na dve koje će omogućiti prelet pored Jupitera i njegovog velikog meseca Ia, kao i Saturna i njegovog velikog meseca Titana; izabrana putanja Voyagera 2 je imala kao opciju mogućnost da produži ka Uranu i Neptunu.

Iz Kennedy Space Center na Cape Canaveralu, na Floridi, NASA je Voyager 2 lansirala prvog, 20. avgusta 1977. godine, dok je Voyager 1 lansiran 5. septembra kraćom i bržom putanjom. Oba broda su izvedena u svemir raketom–nosačem tipa Titan III E–Centaur, visine 50 m i težine skoro 635 tona.

Voyager 1 je stigao do Jupitera 5. marta 1979., a do Saturna 12. novembra 1980. godine, dok je Voyager 2 stigao do Jupitera 9. jula 1979., a do Saturna 25. avgusta '81. godine.

Putanja Voyagera 1, projektovana da provede letilicu pored Saturnovog satelita Titana i iza prstena, potom je savijala van ravni ekliptike – ravni u kojoj se praktično sve planete okreću oko Sunca. Voyager 2 je trabalo tako da proleti kraj Saturna, da bude automatski usmeren u pravcu svoje sledeće destinacije – Uranu.

Uspešno se srevši sa Saturnom, naučnicima je bilo jasno da je Voyager 2 sposoban da krene ka Uranu, sa svim instrumentima u funkciji. NASA je obezbedila nova sredstva za dalje misije dve letilice, a JPL ovlastila da vodi misiju ka Uranu. NASA je takođe odobrila produžetak misije ka Neptunu, nazvavši je Voyager Neptune Interstellar Mission.

Voyager 2 se sreo sa Uranom 24. januara 1986. godine, poslavši detaljne fotografije i druge podatke o planeti, njenim mesecima, magnetnom polju i tamnim prstenovima. Za to vreme, Voyager 1 je nastavio svoj let, šaljući podatke o međuplanetarnom prostoru. Instrumenti ove letilice su prvi u istoriji koji su registrovali heliopauzu – granicu Sunčevog magnetnog uticaja i početak međuzvezdanog prostora.

Prišavši Neptunu najbliže 25. avgusta 1989. godine, sonda je izletela van ravni ekliptike, u međuzvezdani prostor. Od tog momenta, čitav projekat je preimenovan u Voyager Interstellar mission.

Trenutno Voyager 1 napušta Sunčev sistem i nalazi se pod uglom od oko 35º u odnosu na ravan ekliptike, udaljujući se oko 520 miliona kilometara godišnje. Takođe je i Voyager 2 na izlazu iz Solarnog sistema, samo što je on ispod ravni ekliptike pod uglom od oko 48º, a udaljava se brzinom od oko 470 miliona kilometara godišnje.

Obe letilice nastavljaju sa studiranjem ultraljubičastih stelarnih izvora, dok detektori polja i čestica nastavljaju da beleže granicu uticaja Sunca i početka međuzvezdanog prostora. Očekuje se da će slati korisne podatke na Zemlju još 2 ili 3 decenije. Komunikacija će se obavljati sve dok Voyagerove atomske baterije budu mogle da obezbeđuju dovoljno struje za kritične podsisteme.

Troškovi misija Voyager 1 i 2 – uključujući i lansiranje, poslovanje od lansiranja pa do susreta sa Neptunom i atomske baterije (koje je obezbedilo Ministarstvo za energetiku) – iznosi $865 miliona. NASA je obezbedila dodatnih $30 miliona za finansiranje Voyager Interstellar Mission za sledeće dve godine od napuštanja Neptuna.

Rad Voyagera

Voyager 1 i 2 su dve identične svemirske letilice. Svaka od njih je opremljena sa instrumentima koji su u stanju da obavljaju 10 različitih eksperimenata. Poseduju TV kamere, ultraljubičaste i infracrvene senzore, magnetometre, detektore plazme i kosmičkih zraka i senzore naelektrisanih čestica. Eksperimenti kao i same letilice su upravljani putem radio–signala sa Zemlje.

Pošto su planirane za daleke letove, nisu mogle da koriste solarne baterije, već su bile opremljene tzv. radioizotopskim termoelektričnim generatorima (RTG) od 420 W. Ti uređaji su predviđeni da pretvaraju toplotnu energiju proizvedenu prirodnim radioaktivnim raspadom plutonijuma u električnu i tako snabdevaju energijom instrumente, kompjutere, radio i druge sisteme na letilicama.

Sa oba broda je komunicirano pomoću Deep Space Network (DSN)[1], operativnog sistema za praćenje kosmičkih letilica razvijenog u NASA–i za JPL. Mreže antena DSN su raspoređene u Mojava Desert, u Californiji, kraj Madrida, u Španiji i u Tidbinbilli, kraj Kanbere, u Australiji.

Menadžer projekta Voyager za Interstellar Mission je George P. Textor iz JPL. Projektant naučnog programa Voyagera je dr Edward C. Stone sa kalifornijskog Instituta za tehnologiju. U preletu kraj Jupitera asistirao mu je dr Arthur L. Lane, a za Saturn, Uran i Neptun dr Ellis D. Miner, oboje iz JPL.

JUPITER

Voyager 1 je prišao najbliže Jupiteru 5. marta 1979. a Voyager 2 9. jula '79. Prva letilica je prošla na 207.700 km od opvršine oblaka, dok je drugi prošao na 570.000 km.

Jupiter je najveća planeta našeg sistema i sastavljena je uglavnom od vodonika i helijuma, sa malim dodacima metana, amonijaka, vodene pare i dr. sa jezgrom od rastopljenih stena i leda. Raznobojne horizontalne trake i atmosferske oluje i oblaci govore o snažnoj klimatskoj dinamici. Jupiter za sada ima 40 satelita. Planeta napravi jedan krug oko Sunca za 11,8 godina, a dan joj traje 9 sati i 55 minuta.

Mada su astronomi posmatrali Jupiter vekovima kroz teleskope, bili su zaprepašćeni mnogim Voyagerovim otkrićima.

Otkriveno je da je Velika crvena mrlja zapravo velika oluja koja se kreće u pravcu suprotnom od kazaljki na satu. Čitav niz drugih manjih oluja i kovitlaca otkriveno je u trakama oblaka.

Najveće neočekivano otkriće je bilo registrovanje vuklanske aktivnosti na satelitu Io. To je bio prvi pt da je uočen neki vulkan na nekom telu u Sunčevom sistemu. osmatrano je 9 erupcija na vulkanima Ia, a ima dokaza o novim erupcijama između poseta dve sonde.

"Pečurke" iznad vulkana dizale su se i do 300 km iznad površine. Materijal koji je osmatran sa Voyagera izbacivan je brzinom od 1 km u sekundi.

Vulkani na Iu su jednim delom posledica zagrevanja satelita usled snažnih plima. Orbitu oko Jupitera remete druga dva velika satelita u blizini, Europa i Ganymede, što dovodi do plimskih talasa i do 100 m visine na površini Ia (na Zemlji su najveći oko 1 m).

Pojava vulkana na Iu ima uticaj na čitav Jupiterov sistem jer predstavlja glavni izvor materije koji ispunjava Jupiterovu magnetosferu – deo kosmosa oko planete u kme se oseća uticaj magnetnog polja. Sumpor, kiseonik i natrijum, izbačeni u mnogim Iovim vulkanskim erupcijama i raznešeni sudarom sa visokoenergetskim česticama, otkriveni su na samim krajevima mognetosfere, milionima kilometara od planete.

Europa se na fotosima male rezolucije Voyagera 1 ukazala ispresecana mnogim linijama. U početku, naučnici su verovali da su to duboke pukotine nastale pucanjem kore ili tektonskim procesima. Slike veće rezolucije snimljene sa Voyagera 2 nisu rešile ovu naučnu zagonetku. Nije moguće zapaziti ništa u topografiji i kako kaže jedan od naučnika, "kao da je neko nacrtao linije flomasterom". Moguće je da je Europa putem plimskog zagrevanja aktivna u unutrašnjosti reda veličine, recimo, deseti deo ili manje aktivnosti Ia. Smatra se da Europa ima ledenu koru debljine manje od 30 km, koji možda pliva na 50 km dubokom okeanu.

Ispostavilo se da je Ganymede najveći mesec Sunčevog sistema, sa prečnikom od 5.276 km. Poseduje dva različita tipa tla – sa kraterima i udubljen – što naučnicima govori da je čitava Ganymedova zaleđena površina bila napregnuta usled tektonsih procesa.

Callisto ima vrlo staru i kraterima razorenu površinu, sa vidljivim prstenovima oko ogromnih kratera nastalih usled sudara.

Tanki prsten od fine prašine otkriven je oko Jupitera. Spoljna ivica je na oko 129.000 km od centra planete i prostire se u širini od 30.000 km.

Dva nova, mala satelita, Adrastea i Metis, otkrivena su odmah na ivici prstena. Treći novi sdatelit, Thebe, otkriven je između orbita Amalthee i Ia.

Jupiterovi prstenovi i sateliti se nalaze u snažnom pojasu radijacije elektrona i jona zarobljenih magnetnim poljem planete. Te čestice i polja čine Jupiterovu magnetosferu ili magnetno okruženje, koje se pruža 3–7 miliona kilometara u pravcu Sunca, a u obliku kapi tečnosti proteže se u dužini skoro jednakoj Saturnovoj orbiti – na udaljenosti od 750.000.000 km.

Kako magnetosfera rotira sa planetom, prosto šiba Io, odnoseći oko tonu materijala sa njega u sekundi. Taj materijal formira jedan torus, oblak jona u obliku automobilske gume, koji svetli ultraljubičastom svetlošću. Teški joni tog torusa pomeraju se ka spolja, a njihov pritisak tera jone sumpora i kiseonika koji imaju veću energiju da padaju u magnetno polje planete, stvarajući u atmosferi moćne aurore.

Rad Voyagera

SATURN

Voyager 1 i 2 su preleteli Saturn sa 9 meseci razlike, najbliže prišavši 12. novembra odn. 25. avgusta 1981. godine. Voyager 1 je prošao na 64.200 km od površine oblaka, a Voyager 2 na samo 41.000 km.

Saturn je druga najveća planeta našeg sistema. Treba joj 29,5 Zemljinih godina da napravi jedan krug oko Sunca, dok jedan dan traje 10 sati i 39 minuta. Saturn ima oko 30 satelita i složeni sistem prstenova. Planeta se satoji uglavnom od vodonika i helijuma. U atmosferi Saturna su uočljive mnoge pruge žutih nijansi, slične samo tamnije od onih na Jupiteru. Pomnije studiranje fotografija poslatih sa Voyagera pokazali su da postoje dugotrajni ovali i slične atmosferske pojave kao i na Jupiteru, samo u principu mnogo manjih dimenzija.

Verovatno najveća iznenađenja i najviše zagonetki krilo se u Saturnovim prstenovima. Do tada se verovalo da je prsten nastao lomljenjem velikih satelita usled sudara sa kometama i meteoritima, stvarajući prašinu i komade stena veličine kuće, koji se sakupljaju u jednu ravan različite gustine oko planete.

Nepravilan oblik 8 najmanjih Saturnovih satelita indiciraju da su oni deo nekog većeg tela. Neočekivane strukture, kao što su "pletenice", petlje ili "žbice" uočene na prstenu, nisu bili uočeni prilikom posmatranja sa Zemlje. Mnogo od toga jeste posledica gravitacionih efekata obližnjih satelita. Taj fenomen je najočigledniji u odnosu F–prstena i 2 mala satelita, koje kao pastire prati materijal prstena. Taj fenomen "pastira" Voyager 2 je uočio i kod Urana.

Radijalne linije, "žbice", prvi su uočili Voyageri na B–prstenu. Veruje se da ih čine fine čestice veličine prašine. Te strukture su nastajale i nestajale na očigled instrumenata Voyagera. Iako se veruje da to ima veza sa elektrostatičkim nabojem nekih čestica, pravi uzrok nastanka takvih struktura koji liče na "paoke", nisu do kraja objašnjeni.

Vetrovi na Saturnu duvaju ekstremnim brzinama – i do 1.800 km/h. Njihov karakterističan pravac ka istoku (u pravcu okretanja planete) govori da ne duvaju samo u površinskim slojevima oblaka, već da se prostiru na dubine i do 2.000 km u unutrašnjost sloja oblaka. Temperatura atmosfere je oko 95 Kelvina (oko –178º C).

Saturn sadrži veliki asortiman satelita u orbitama oko sebe, počev od najdalje Phoebe, malog meseca čija je orbita retrogradna i verovatno predstavlja zarobljeni asteroid, do Titana, meseca veličine planete, sa tankom azot–metanskom atmosferom. Površinska temperatura na Titanu je 94 K a pritisak oko 1,5 atm. Fotohemijski procesi pretvaraju atmosferski metan u druge organske molekule, kao što je etan, koji se možda sakuplja na površini u vidu jezera ili okeana. Još komplikovaniji organski molekuli stvaraju maglu koja pada na površinu Titana pokrivajući ga tankim slojem organske materije. Hemija u Titanovoj atmosferi mogla bi da ponovi isto ono što se desilo nekada davno na Zemlji.

Najaktivniju površinu od svih meseci u Jupiterovom sistemu ima Enceladus. Blistava površina tog meseca, sa upadljivim dolinama i naborima, pokazuje dokaze o snažnim tektonskim uzrocima. Voyager 1 je otkrio na Mimasu takav udarni krater, koji je mogao da uništi ovaj satelit.

Saturnovo magnetno polje je manje od Jupiterovog i prostire se na samo milion ili dva kilometara. Osa polja se skoro savršeno poklapa sa osom rotacije planete.

Rad Voyagera

URAN

Na svojoj prvoj solo vožnji, Voyager 2 je proleteo najbliže planeti 24. januara 1986. godine, na 81.500 km od površine oblaka. To je oko 2.500 puta bliže nego što mu Zemlja ikada priđe. Posle 19 sati slikanja i ispitivanja planete i njenih satelita, Voyager 2 je odleteo dalje.

Ovo je treća najveća planeta našeg planetnog sistema. Okreće sa na orbiti koja je oko 2,8 milijardi kilometara udaljena od Sunca i napravi jedan krug svakih 84 naše godine. Voyager 2 je izmerio da dužina dana na Uranu traje 17 sati i 14 minuta.

Urana karakteriše činjenica da je nekada davno, u ranoj istoriji Sunčevog sistema, doživeo jak sudar sa nebeskim telom veličine planete. Zbog neobične orijentacije, koja polarnim zonama pruža svetlo Sunca ili duboku tamu u dugom periodu, mnogi naučnici nisu sigurni šta mogu da očekuju od Urana.

Voyager 2 je otkrio da je jedna od najneobičnijih pojava takvog bočnog položaja magnetnog polja, koje je nagnuto pod uglom od 60 stepeni u odnosu na osu rotacije planete. Magnetni rep se široko kreće sa planetnim obrtanjem, stvarajući jedan dugačak oblik vadičepa iza planete.

Magnetno polje Urana je bilo nepoznato pre posete Voyagera 2. Intenzitet se ugrubo može meriti sa onim na Zemlji, sa većim odstupanjima. Neobična orijentacija magnetnog polja sugeriše da se stvara na srednjim dubinama u unutrašnjosti, gde je pritisak dovoljan da vodu učini električki provodljivom.

Pojas zračenja Urana je po jačini veoma sličan Saturnu. U atmosferi je otkrivena visoka magla na polu koji je okredut ka Suncu, koji zrači veliku količinu ultravioletne svetlosti, fenomen nazvan "dnevni bljesak". Prosečna temperatura je oko 60 Kelvina (–213º C). Začudo, površina oblaka i na osvetljenoj i na tamnoj strani planete imaju skoro istu temperaturu.

Voyager je otkrio 10 novih meseci oko planete. Većina je novih satelita mala – najveći ima oko 150 km u prečniku.

Mesec Miranda, najbliži od 5 velikih meseci, predstavlja jedno od najčudnijih tela viđenih u Sunčevom sistemu. Detaljne slike pristigle prilikom Voyagerovog preleta pokazuju ogromne kanjone duboke po 20 km, terasaste slojeve i izmešane nove i stare delove tla. Jedna od teorija govori da je Miranda ponovo nastala od materijala koji je predhodno bio rasturen u jednom džinovskom sudaru.

Svih 5 velikih satelita se, kao i sateliti Saturna, sastoje od mešavine stena i leda. Na Titaniji se vide ogromni sistemi nabora i kanjona, što predstavlja dokaz o izvesnoj tektonskoj geološkoj aktivnosti u ranijoj istoriji. Ariel je najsvetliji i verovatno najmlađi od svih Uranovih satelita, kod koga su isto vidljivi znaci bivše geološke aktivnosti, sa velikim dolinama nastalim snažnim bujicama zaleđenog materijala. Sudeći po tamnoj i staroj površini Umbriela ili Oberona, na njima je bilo vrlo malo geoloških aktivnosti.

Svih 9 poznatih prstenova oko planete proučeno je tokom boravka letilice u blizini i otkriveno je da su značajno različiti od onih kod Jupitera i Saturna. Prstenovi su relativno mladi i nisu nastali kada i planeta Uran. Moguće je da su čestice od kojih je sastavljen zapravo ostaci nekog snažnog sudara ili jednostavno mrvljenja nekog satelita usled gravitacionih efekata.

Rad Voyagera

NEPTUN

Kada je 25. avgusta 1989. godine Voyager 2 proleteo na samo 4.950 km od Neptunovog severnog pola, on je bio najdalja planeta Sučevog sistema (Pluton je to ponovo bio tek 1999. god.). To je Voyageru 2 bio najbliži prilaz nekoj planeti od kako je pre 12 godina napustio jednu od njih – Zemlju.

Neptun se okrene jednom oko Sunca svakih 165 godina. To je najmanja od naših gasnih planeta–džinova. Za sada se zna da ima 8 satelita, od čega je Voyager otkrio 6. Neptunov dan traje 16 sati i 6,7 minuta.

Iako se veruje da Neptun prima svega 3% od onog Sunčevog svetla koje prima Jupiter, to je dinamična planeta, sa nekoliko iznenađujućih tamnih mrlja, koje jako podsećaju na Jupiterove orkanske oluje. Najveća, nazvana Velika tamna mrlja, veličine Zemlje, ista je kao Velika crvena mrlja posmatrana na Jupiteru.

Najsnažniji vetrovi od svih planeta otkriveni su baš na Nptunu. Duvaju u pravcu zapada – u suprotnom pravcu od okretanja planeta, i duvaju i do 2000 km na sat.

Magnetno polje Neptuna, kao i kod Urana, jako je nagnuto – 47º u odnosu na osu rotacije planete i izmešteno je za 0,55 poluprečnika (oko 13.500 km) od fizičkog centra planete. Upoređujući magnetna polja dve planete, naučnici misle da je ekstremna orijaentacija zapravo uzrokovana unutrašnjim strujanjima u Neptunu i Uranu, a da nije rezultat nagnutosti ose rotacije Urana ili nečeg drugog. Voyagerovo proučavanje radio talasa izazvanih magnetnim poljem odredili su tačnu dužinu Neptunovog dana. Svemirski brod je takođe otkrio postojanje aurora ali mnogo slabijih od onih viđenih na Zemlji i drugim planetama.

Pet sati kasnije po dolasku do Neptuna, Voyager 2 je preleteo na 40.000 km od Tritona, poslednjeg čvrstog nebeskog tela koje je sonda istražila. Triton, najveći Neptunov satelit, za koji se otkrilo da je ne samo najzanimljiviji satelit, već i jedan od najintrigantnijih u čitavom Solarnom sistemu. Otkrio je dokaze o snažnoj geološkoj istoriji i pružio slike jakih i aktivnih erupcija tipa gejzira azota i tamnih čestica materije izbačenih nekoliko kilometara u retku atmosferu. Tritonova relativno velika gustina i retrogradno kretanje otkrivaju da on nije originalni član porodice Neptunovih satelita, već zarobljeni objekat. Ako je to istina, moguće je da su snažne plimske sile istopile Triton na njegovoj početnoj ekscentričnoj orbiti i da je oko milijardu godina pošto je bio zarobljen, bio tečan.

Izuzetno retka atmosfera, debljine oko 800 km i, nalazi se iznad Tritonove površine. Azotni led verovatno čini retke oblake nekoliko km iznad površine. Površinski pritisak je oko 14 mikrobara, 1/70.000–ti deo Zemljinog pritiska. Površinska temperatura je samo 38 K, te je to najhladnije mesto u Sunčevom sistemu.

Međuzvezdana misija

Voyageri nastavljaju da šalju podatke o interplanetarnom prostoru i nekim od zvezdanih suseda na kraju Mlečnog puta.

Instrumenti koji mere polja, čestice i talase Solarnog vetra, nastavljaju da proučavaju prostor oko sebe. Maja 1993. godine aparati za merenje talasa plazme registrovali su krajnje granice Sunčevog sistema, početak heliopauze.

Heliopauza je krajnja granica solarnog vetra i unutar nje se nalazi heliosfera. Solarni vetar čine naelektrisane atomske čestice, koje čine uglavnom joni vodonika. Heliopauza se nalazi na nekih 90–120 A.J. od Sunca. (1 A.J. = 150.000.000 km).

Kamere su davno isključene i jedino što je trenutno u funkciji na sondi je ultraljubičasti spektrometar. Naučnici veruju da će atomske baterije biti u stanju još jedno vreme da dovoljno zagrevaju instrumenat da bi valjano funkcionisao. Jedinstveni položaj letilice pruža astronomima izuzetnu priliku da lociraju nove zvezdane objekte koji emituju ultraljubičasto zračenje.

Postoji još nekoliko instrumenata koji mogu da šalju podatke dokle god je svemirska sonda u životu. To su: podsistem za otkrivanje kosmičkih zraka, detektor čestica male energije, magnetometar, plazma podsistem i instrument za radio astronomiju. Ako se ne desi neka velika katastrofa, JPL je u stanju da prati ove instrumente još 20 ili 30 godina.

Voyager 1

Letilice su imale zadatke da: 1) ispitaju cirkulaciju, dinamiku, strukturu i sastav planetnih atmosfera, 2) opišu morfologiju, geologiju i fizičke osobine satelita planeta, 3) daju vrednosti masa, veličina, i oblika planeta, njihovih satelita i prstenova i 4) odrede strukture magnetnih polja, opisati sastav i raspored zarobljenih čestica.

Svaki od dva Voyagera je imao jedno desetougaono telo, prečnoka 178 cm i 47 cm visine. Sama letilica je bila teška 721,9 kg. Na vrhu je montirana parabolična kratkotalasna antena prečnika 3,66 m. Veliki deo naučnih instrumenata je montiran na naučnom rešetkastom nosaču od nekih 2,5 m daleko od letilice (na slici najbliži krak). Na kraju krana se nalazi pokretna platforma sa pokretnim foto i spektroskopskim instrumentima. Na različitim daljinama na nosaču nalaze se detektori plazme i naelektrisanih čestica. Magnetometri se nalaze montirani posebno na kranu dugom 13 m i na suprotnoj strani od naučnog nosača (na slici najduži krak). Treći nosač, povijen dole i u stranu od naučnih instrumenata, nosi radioizotopske termoelektrične generatore (RTG). Dve 10–metarske tanke antene (služe za talase plazme i istraživanja vezana za planetarnu radio astronomiju) takođe strče od letilice, svaka normalna na drugu. Letilice su pokretne u sve tri ravni, da bi mogle biti stabilne duže vreme i time omogućile određenim instrumentima na pokretnoj platformi rad.

Energija za rad sistema i instrumenata je obezbeđena korišćenjem 3 radioizotopska termoelektrična generatora. RTG su montirani u tandemu na rešetkastim nosačima. Svaka RTG jedinica je obložena berilijumom, dimenzija 40,6 x 50,8 cm i teška 39 kg. Baterije koriste radioaktivno punjenje (plutonijum–238 u obliku oksida – PuO₂), koje pri raspadu stvara toplotu. Bimetalni termoelektrični uređaj pretvatra toplotu u električnu energiju potrebnu letilici. Kako se radioaktivni materijal vremenom troši, ukupni kapacitet baterija opada. Zato, od ukupnih 470 W na 30 V DC (jednosmerne struje) koliko je bilo pri lansiranu, palo je na približno 335 W do početka 1997 godine (19,5 godina po lansiranju). Kako vremenom energija bude opadala, opadaće i snaga dostupna uređajima i instrumentima. Kako se danas procenjuje, struje će biti dovoljno najmanje do 2020. godine.

Komunikacija je obezbeđena preko visoko–pojačane antene i nisko–pojačane antene za rezervu. Glavna antena je obavljala telemetriju na X–opsegu i S–opsegu. Voyageri su bili prve letilice koje su koristile X–opseg kao primarnu telemetrijsku frekvenciju za vezu. Podaci su mogli biti sačuvani za kasnije emitovanje ka Zemlji korišćenjem digitalnog magnetofona.

Zbog sve veće udaljenosti od Zemlje i sve većeg vremenskog kašnjenja u komandama, Voyageri su bili napravljeni da budu što više visokoautomatizovani. Da bi izveli sve kompleksne operacije vezane za let letilica i operisanje raznih instrumenata, pobrinula su se tri međusobno spregnuta kompjutera na letilicama. Kompjuterski komandni podsistem (CCS) je odgovoran za kontrolu rada druga dva kompjutera i određivanje komandi. Drugi podsistem (AASC) je odgovoran za kontrolu ponašanja i orijentaciju letilice, kontroliše usmerenost glavne antene ka Zemlji i kretanje pokretne platforme. Podsistem podataka leta (FDS) kontroliše instrumente, uključujući promene u režimu telemetrije. Sva tri kompjutera imaju višak komponenti, što im omogućava kontinuiran rad.

Poruka u boci

Svaki Voyager ima na jednoj stranici korpusa montiran pozlaćeni bakarni disk od 30 cm. Na disku se nalaze snimljeni zvuci i slike Zemlje, tako da prikažu raznovrsnost života i kultura na planeti. Svaki disk poseduje svoje napajanje i iglu za reprodukciju. Instrukcije objašnjavaju odakle letilice potiču i kako da se puste u pogon. Pločice koje daju energiju su od urana–238 (sa poluživotom od 4,51 milijardi godina). Slike, njih 115, date su u analognom obliku. U vidu zvučnih zapisa data su 55 jezika, 35 zvukova čoveka i prirode i delovi 27 muzička dela. Voyageri nisu prve svemirske letilice sa takvim porukama za budućnost. Pioneer 10 i 11, LAGEOS i Apollo lenderi su takođe posedovali slične pločice, mada ne sa toliko ambicija.

Misija

Originalni put je bio planiran kao Grand Tour ("Veliko putovanje") dve letilice na Jupiter, Saturn i Pluton 1976–77. godine i dve letilice na Jupiter, Uran i Neptun 1979. godine ali je finansijsko kresanje budžeta NASA–e svelo program na samo dve letilice koje će zajedno otići samo do Jupitera i Saturna. Nova misija je nazvana Mariner Jupiter/Saturn ili kraće MJS: Šest meseci pred lansiranje, naziv je promenjen u Voyager ("Putnik"). Novi program je trebalo da košta svega $250.000.000, što je bila trećina planiranog troška za Grand Tour.

Predviđeno lansiranje Voyagera 1 12 dana posle Voyagera 2 bilo je dvaput odlagano zbog problema koje je Voyager 2 imao odmah po lansiranju. Konačno je Voyager 1 lansiran 5. septembra 1977. kako se kaže "besprekorno i precizno".

Mada je lansiran 16 dana kasnije, njegova putanja do Jupitera je bila brža. Decembra 15., dok su bili u asteroidnom pojasu, Voyager 1 je prestigao Voyagera 2. Preko 18.000 slika Jupitera i njegovih satelita je poslao Voyager 1, i 16.000 slika Saturna, njegovih prstenova i satelita.

Prošavši kraj Saturna, Voyager 1 je postao relativno miran ali je nastavio sa posmatranjem međuplanetarnog prostora i UV istraživanja zvezda. Posle skoro 9 godina uspavanosti, kamere na letilici su još jednom uključene i poslate su na Zemlju serije slika. Voyager 1 se 14. februara 1990. god. još jednom okrenuo i slikao prvi "porodični portret" Sunčevog sistema, jedan mozaik od 60 slika Sunca i 6 planeta (Venere, Zemlje, Jupitera, Saturna, Urana i Neptuna), onako kako se vide van našeg sistema. Posle toga, kamere su ponovo isključene.

Voyager 1 nastavlja da se udaljava od Zemlje brzinom od 17,3 km/sec, oko 3,6 A.J. godišnje. Sedamnaestog februara 1998. postao je najdalji ljudskom rukom pravljen objekat u svemiru, nadmašivši Pioneera 10.

Voyager 2

Nekoliko meseci posle lansiranja, u aprilu 1978. pokvario se glavni radio receiver (prijemnik) na Voyageru 2 i čitav posao je automatski prebačen na pomoćnu antenu. Svi pokušaji da se popravi glavni prijemnik su propali ali inženjeri su uspeli da završe misiju uspešno, komunicirajući sa sondom samo preko pomoćne antene.

Prilikom preleta Jupitera i kasnije Saturna, Voyager 2 je poslao približno isti broj fotosa planeta kao i Voyager 1 (18.000 Jupitera i 16.000 Saturna).

Jedan deo prvobitno planirane misije Grand Tour zadržan je kod Voyagera 2 – mogućnost da stigne i do Urana i Neptuna. Uprkos problemima sa kojima su se suočili, naučnici i inženjeri sa uspeli da misiju Voyagera 2 učine izuzetno uspešnom i da posle Neptuna i Urana nastave sa radom i kasnije. Zbog velike udaljenosti ovih planeta, napravljene su adaptacije na uslove smanjenog nivoa osvetlenja i umanjenih mogućnosti komunikacije. Voyager je uspešno poslao oko 8.000 slika Urana i njegovih satelita. Daljim poboljšavanjem brodskog softwarea i korišćenjem tehnike kompresije slike, uspelo se sa dobijanjem preko 10.000 slika Neptuna i njegovih satelita.

Interesantno je da je 12 novembra 1998. Voyager 2 bio čitavih 66 sati izgubljen, nem za komunikaciju. Prekid se desio u momentu kada je sa Zemlje poslat signal da se, u cilju štednje energije, isključi platforma sa svim naučnim instrumentima, uključujući i UV spektrometar. Odmah je poslato 720 komandi sa Zemlje da se ukljući prijemnik X–talasa ali odgovora nije bilo. Analize kvara su govorile da je jedan pobuđivač kratkih talasa, jedan mali oscilator koji daje frekvenciju na letilici, u kvaru. Oko 360 novih komandi je poslato nebi li se mali pobuđivač popravio. Najzad, sve je opet proradilo, a podaci su govorili da su se uređaju samo malo više ugrejali.

Voyager 2 se udaljava od Sunca brzinom od 15,9 km/sec, oko 3,3 A.J. godišnje ili jednu svetlosnu godinu na 18.600 godina.

Radio signal sa Zemlje putuje do Voyagera 29 sati 41 minut i 47 sekundi. Podaci sa sonde stižu sa 160 bita u sekundi, koristeći predajnik kratkih talasa snage od 25 W!

Trećeg januara 2003. god. Voyager 2 je bio na 6,502 milijardi km od Zemlje (ili 68,90 puta dalje nego što je Zemlja od Sunca), prilično daleko od orbite Plutona.

Trenutno (1. III 2003.) se Voyager 1 nalazi na 13.120.000.000 km, a Voyager 2 na 10.465.000.000.km od Zemlje. Voyager 1 je prešao od lansiranja ukupno 14.837.000.000 km, a Voyager 2 13.912.000.000 km. Brzina im je u odnosu na Sunce 17,216 km/sec, odnosno 15,696 km/sec., dok je u odnosu na Zemlju 30,188 km/sec za Voyager 1, odnosno 36,048 km/sec za Voyager 2.

Putanja Voyagera 1 35 stepeni van ravni ekliptike na gore, u pravcu Solarnog Apexa (pravca Sunca u odnosu na najbližu zvezdu), dok je putanja Voyagera 2 pod uglom od 48 stepeni ispod ravni ekliptike.

Voyageru 1 je preostalo još 30,39 kg potisnog goriva, dok je Voyageru 2 preostalo još 32,20 kg.

Voyager 2

DEEP SPACE NETWORK

Deep Space Network (DSN), sistem za praćenje i održavanje veze, nastavlja da obavlja svakodnevne komunikacione seanse sa danas vrlo udaljenim Voyagerima. U proseku, velika svetska mreža DSN sistema za praćenje obezbeđuje po 12 sati dnevno svaki od dva broda. Danas su letilice toliko daleko od Zemlje, da najveća, 70–metarska DSN antena, mora da koristi pomoć 20 KW snažnog transmitera (odašiljača) kratkih talasa da bi poslala komandne informacije letilicama.

Danas su letilice toliko daleko otišle od Zemlje, da manja 34–metarska antena DSN više nije u stanju da da dovoljno prenosne energije za razmenu komandi na letilicama. Komande se odnose na uobličavanje različitih operativnih stanja kao i naredbe kada treba sakupljati i slati sakupljene naučne podatke nazad na Zemlju. Iako za slanje komandi ka obema letilicama DSN koristi 20 KW snažni odašiljač, često se desi da je signal koji stiže do sondi vrlo slab. Razlog za to su milioni i milioni kilometara praznog prostora koje treba da pređe signal do malih predajnika na Voyagerima.

Signal mora da brzinom svetlosti putuje do prijemnika Voyagera 1 oko 11 sati i 38 minuta. koliko je to daleko vidimo ako uporedimo sa signalom koji putuje do svemirske letilice Mars Global Surveyor, koji se okreće po orbiti oko Marsa, svega nekih 15 minuta.

Ako je impresivan podatak da ne jedna, već dve svemirske sonde plove tako daleko od kuće, onda je još impresivnija činjenica da su posle bezmalo 25 godina provedenih u kosmosu oba broda u dobrom stanju.

Izuzetna podešenost i sposobnost ultrapreciznog lociranja antena DSN, omogućava misiji Voyagerima da nastave da šalju nove i nikada pre viđene naučne podatke iz do sada najvećih dosegnutih dubina kosmosa. Svaki put kada treba da pošalje neku komandu Voyageru 2, DSN uspešno izvršava skoro nemogući poduhvat. To bi bilo isto kao kad bi trebali da ubacimo lopticu u neki jako mali prozorčić na brodu koji se kreće hiljadama kilometara daleko na okeanu.

Kako se rekordna udaljenost sondi od Zemlje povećava, DSN planira da u budućnosti uključi nova tehnološka rešenja, koja će omogućiti bolju komunikaciju sa ovim letilicama. Verovatno će to ponovo biti kombinovanje nekoliko antena zajedno, što bi pomoglo otkrivanju i praćenju vrlo slabih signala koji stižu sa letilica.

Posle 2020. godine smatra se da će doći do suficita struje i potisnog materijala na letilicama. Voyager 1 će se nalaziti na 19,8 milijardi km od Sunca, a Voyager 2 na 16,8 milijardi km. Moguće je da će Voyager 1 stići do drugih zvezda. Za oko 40.000 godina Voyager 1 će stići na 1,6 sv. godina od zvezde AC+97 3888 u sazvežđu Camelopardalis (Žirafa). Za oko 296.000 godina Voyager 2 će proleteti kraj Sirijusa, najsjajnije zvezde na našem nebu, na udaljenosti od oko 4,3 sv. godine. Sudbina Voyagera je da, verovatno večno, lutaju Mlečnim putem.

*****

Letilice koriste orijentaciju pomoću zvezda da bi koristili usmeravanje svoju antenu ka Zemlji. Planirano je da se tokom misije koristi 10 instrumenata. Trenutno se na letilicama održava 5 naučnih programa. Ispitivanje magnetnog polja, ispitivanje naelektrisanih čestica male energije, ispitivanje ultraljubičastim spektrometrom, ispitivanje kosmičkog zračenja i otkrivanje talasa plazme.

Njih obavlja 5 instrumenata na Voyagerima. To su:

• MAG Magnetic field investigation, (visok intenzitet magnetnog polja 50.000–200.000 nT i nizak intenzitet 8–50.000 nT)
• LECP Low energy charged particle investigation, (elektrone 10–10.000 keV, joni 10–150.000 keV/n)
• PLS Plasma Science, (svojstva i veličina Solarnog vetra, joni 10 eV–6 keV, elektroni 4 eV – 6 keV)
• CRS Cosmic ray investigation, (visoko– i nosko–energetski elektroni 3–110 MeV i jezgra kosmičkih zraka 1–500 MeV/n)
• PWS Plasma wave investigation, (električno polje stvoreno talasima plazme na frekvencijama 10 Hz do 56 kHz).

Još dva instrumenta sakupljaju podatke ali bez zvanične naučne podrške. To su:

– PRA Planetary radio astronomy podsistem,

– UVS Ultraviolet spectrometer podsistem, (samo na Voyageru 1)

Sem PLS sistema na Voyageru 1, svi drugi instrumenti rade dobro i spremni su da šalju podatke i dalje. Podsistem koji kontroliše sam let (Flight Data Subsistem, FDS) i 8–kanalni digitalni magnetofon (DTR) brinu se za obavljanje naučnih funkcija. Podaci se šalju svakih 6 meseci.

Voyager 2

Misija Voyager

- Ukupna cena misije (gledano samo do susreta sa Neptunom) je $865 miliona. To zvuči kao velika cifra ali je to samo 20 centi po glavi U.S. stanovnika ili to je jedna dnevna kamata na nacionalni dug Amerike.

- Do kontakta sa Neptunom, ukupno je bilo potrebno 11.000 radnih godina. To je jednako jednoj trećini napora potrebnog da se izgradi velika piramida kralja Keopsa u Gizi.

- Do kraja misije sa Neptunom, na Zemlju je stiglo preko 5 triliona bita naučnih informacija. To je jednako količini informacija od 6000 kompleta enciklopedije Britanike ili po 1000 bita informacija po glavi stanovnika naše planete.

- Osetljivost antena za praćenje letilica u dubokom svemiru, raspoređenih širom sveta, stvarno je zapanjujuća. Antene moraju da uhvate signal sa Voyagera toliko slab, da se njegova snaga izražava kao 10–16 watti. Moderni elektronski digitalni časovnici imaju 20 milijardi više snage od tog signala.

Voyagerove letilice

- Svaki od sondi je sačinjen od oko 65.000 delova. Mnogi od tih delova imaju veliki broj manjih delova, kao što su tranzistori i dr. Jedna kompjuterska memorija sama sadrži preko milion odgovarajućih elektronskih delova, dok svaka sonda sadrži preko 5 miliona odgovarajućih delova. Ako uzmemo da jedan kolor TV sadrži oko 2500 delova, svaki Voyager ima elektronskih kola kao 2000 televizora.

- Voyageri su opremljeni takvim kompjuterskim programima koji su sposobni da sami poprave kvarove i sigurno poseduju jedan od najsofisticiranih sistema napravljenih za svemirske programe. Programi imaju 7 nivoa rutina, od kojih je svaka pokriva mnoge moguće kvarove. Sonde su sposobne da se same uključe i isključe, što ih štiti u slučaju da imaju probleme sa prijemom.

- Oba Voyagera su specijalno dizajnirana da izdrže veliko zračenje prilikom prolaza pored Jupitera. To je postignuto odabirom ojačanih materijala i pokrivanjem vrlo osetljivih instrumenata. Neki putnik na Voyageru primio bi pri preletu pored Jupitera 1000 puta veću dozu zračenja od smrtonosne.

- Voyager može da usmeri svoje instrumente pomoću pokretne platforme sa preciznošću od desetog dela stepena. Da bi se izbegla zamrljanost Voyagerove TV slike, potrebno je da ugaono kretanje letilice bude što je moguće manje za vreme ekspozicije. Svaki svemirski brod se zato oko 15 puta sporije okreće od velike kazaljke na satu. Ali čak ni to nije dovoljno kada je bilo potrebno snimati Neptun, čiji nivo svetla je oko 900 puta manji od onog na Zemlji. Zato su inženjeri pronašli način da Voyager bude 30 puta mirniji od velike kazaljke na satu.

- Elektronika i grejači na svakom skoro tonu teškom Voyageru imaju na raspolaganju samo 400 watti snage, što je ¼ energije koju troši jedna prosečna kuća u SAD.

- Komplet malih izduvnika omogućava Voyagerima kontrolu položaja i korekcije putanje. Svaki od tih malih potisnika ostvaruje snagu od samo 85 grama. Kada ne bi bilo trenja, na ravnom putu, bilo bi potrebno 6 sati da se neka veća kola ubrzaju do 50 km/h korišćenjem jednog ovakvog potisnika.

- Voyager ima pokretnu platformu sa dve ose rotacije. Mali motor veličine prsta koji pokreće ansambl (okrećući se 9000 puta za jedan okret platforme), od lansiranja do zavržetka misijena Neptunu, okrenuo se 5 miliona puta, što je ekvivalentno broju okretaja radilice automobila tokom putovanja od 2.725 km-.

- Žiroskopi na Voyagerima mogu da detektuju ugaono kretanje letilice koje je reda veličine jedan desetohiljaditi deo stepena. Na našem nebu, za 1 sekundu, Sunce se pomakne 40 puta više od te dužine.

- Osmokanalni magnetofon na svakom Voyageru je napravljen tako da može da snimi i reprodukuje veliki deo naučnih podataka. Glava uređaja je takva da se ne može pohabati dok traka dužine kao čitava SAD ne prođe napred i nazad preko nje. To je jednako kao da jednu dvosatnu traku puštamo na našem video–rekorderu jednom dnevno sledećih 22 godine bez kvara.

- Voyagerovi magnetometar je montiran na laganu i lomljivu fiberglasnu rešetku, koja je bila smotana prilikom lansiranja na dužinu od pola metra, da bi se u orbiti posle lansiranja teleskopski razvio do dužine od 13 m. Senzori magnetometara su mogli da se kontrolišu sa tačnošću većom od 2 stepena.

Voyager 2

Navigacija

- Svaki Voyager je iskoristio ogromnu gravitaciju Jupitera da bude izbačen ka Saturnu, dostigavši brzinu od 57.500 km/h u odnosu na Sunce. Kako ukupna energija u Sunčevom sistemu mora biti očuvana, znači da je Jupiter malo usporen – svega 30 cm na 1.000.000.000.000 (trilion) godina. Koristeći ovu metodu, čitav put do Neptuna je skraćen za skoro 20 godina.

-  Voyager je "pogodio" Neptun sa greškom od 100 km, što je, podeljeno sa dužinom puta od 7.128.603.456 km jednako kao da na golfu jednim udarcem pogodimo rupu na 3.630 km.

- Iskorišćenost goriva Voyagera je stvarno impresivna. Iako je skoro svih 700 tona rakete činilo raketno gorivo, Voyagerovih 7,1 milijardi km doleta od lansiranja do Neptuna daju čitavih 13.000 km po litri goriva. A ako se uzme u obzir da je Voyager 2 došao do obala Sunčevog sistema, taj rezultat je još bolji!

Nauka

- Rezolucija Voyagerove usko–ugaone kamere je takva da bi se mogle čitati novine na daljini od 1 km.

- Pale, najveći vulkan otkriven na Jupiterovom satelitu Iu, izbacivao je sumpor i sumpor–dioksid na 30 puta veću visinu od Mount Everesta, a zahvaćena zona dimom je bila veličine Francuske (545.000 km2). Erupcija našeg vulkana St. Helena bi izgledala kao mali štuc u odnosu na ovo. (Mada, Iova gravitacija je oko 6 puta manja od Zemljine).

- Glatka i ledom pokrivena površina Jupiterove Europe možda krije veliki okean ispod. U svojoj knjizi 2010: Odyssey Two, pisac naučne fantastike i futurolog Artur Klark je razvio priču oko ideje da je u okeanu Europe postojao život.

- Saturnov prsten se predstavio Voyagerima kao divna narukvica sa 10.000 niti. Trilioni komadića leda i gromada stena veličine auta ili kuće putuju milion km dugom stazom kojom upravlja gravitacija Saturna, svita satelita i satelitčića, pa čak i okolnih čestica. Sam prsten je tanak u odnosu na svoju 171.000 km širinu, te bi u nekoj razmeri gde bi mu debljina bila kao gramofonska ploča, od unutrašnje do spoljne ivice prstena bi bilo 6,5 km.

- Saturnov najveći mesec Titan je viđen kao neobičan svet, sa gustom atmosferom i različitim ugljovodonicima koji polako padaju u mora etana i metana. Nekim naučnicima, sa svojom azotnom atmosferom, Titan izgleda kao mala Zemlja čiju je evoluciju zaustavilo naglo ledeno doba, duboko zamrznuvši neke organske tragove ispod sadašnje površine.

- Prstenovi Urana su bili toliko tamni, da je Voyagerov pokušaj da ih slika bio jednak onom da se fotografiše komad uglja ispod novogodišnje jelke, osvetljen samo jednom sijalicom od 1 watta na vrhu drveta, a koristeći film od 64 ASA. A Neptunov nivo svetla je bio samo pola od Uranovog.

Budućnost

- Solarni sistem se ne završava sa Plutonovom orbitom. Ne završava se ni sa Heliopauzom, gde Solarni vetar ne može više da se širi jer ga nadjačava zvezdani vetar. Završava se hiljadu puta dalje, tamo gde se roje mala kometna jezgra, stvarajući Oortov oblak i držeći se na slaboj orbiti oko Sunca, čija se gravitacija oseća čak i tamo. Voyager 1 je prešao Plutonovu orbitu maja 1988., a Voyager 2 avgusta 1990. Međutim, čak i pri sadašnjoj brzini od 57.000 km/h, trebaće letilicama skoro 20.000 godina da se nađu na sredini kometnog oblaka, a verovatno duplo više da ga pređe. Za to vreme će preći 2 sv. godine, što je jednako polovini udaljenosti do Proxime Centauri, nama najbliže zvezde.