Пришельцы среди нас

Уже в 1980 году, когда «Пионер-10» находился на расстоянии 20 ае от Солнца, было отмечено систематическое несовпадение значений измеряемого ускорения аппарата и рассчитываемого по притяжению к Солнцу. Самой большой неожиданностью оказалось постоянство добавочного ускорения: по мере удаления «Пионера-10». Как показали детальные расчеты, аномальное добавочное ускорение не может быть вызвано ни гравитационным воздействием пояса Койпера, ни галактическим притяжением, равно как и рядом других негравитационных факторов: утечкой газа из аппарата, давлением солнечного света или ветра и пр. Все они влияют на ускорение по крайней мере на два-три порядка меньше.

Анализ движения «Галилео» дает близкое значение добавочного аномального ускорения, однако для этого аппарата вклад в ускорение из-за давления солнечного света примерно такой же величины, а кроме того, велика неопределенность, связанная с частыми маневрами «Галилео».

Итак, путешествие за пределы Солнечной системы поможет сделать новые открытия, касающиеся природы гравитации, вакуума и взаимодействия небесных тел. Космическая навигация будущего начинается в нашем времени.

Проект «Вояджер» — один из самых выдающихся экспериментов, выполненных в космосе в последней четверти XX века. Четыре планеты-гиганта — Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун — прошли перед объективами телевизионных камер и другой научной аппаратуры «Вояджера-2».

Расстояния до планет-гигантов так огромны, что даже современные средства наземной астрономии оказываются бессильными перед этой беспредельной далью. Но космический аппарат «Вояджер-2» через 12 лет полета сумел достичь Нептуна, находящегося в 30 раз дальше от Земли, чем Солнце. Автоматы исследовали Солнечную систему. Их полеты напоминают путешествия, положившие начало эпохе географических открытий, когда человек впервые поверил в свою способность преодолевать безмерную, казалось бы, ширь земных океанов.

«Вояджер-2» был запущен к Юпитеру с космодрома Космического центра им. Кеннеди 20 августа 1977 года ракетой «Титан ЗЕ-Центавр» со стартовой массой около 700 т. «Вояджер-1» последовал за ним 5 сентября 1977 года, но для него была выбрана более короткая (и менее экономичная) трасса. Планеты Юпитер он достиг 5 марта 1979 года, на 4 месяца раньше «Вояджера-2», который сблизился с Юпитером 9 июля того же года.

Аппараты «Вояджер-1» и «Вояджер-2» были созданы в Лаборатории реактивного движения (JPL) НАСА. Интересна предыстория их разработки. Идея проекта «Большой тур» впервые появилась в конце 60-х годов, незадолго до запуска первых пилотируемых аппаратов к Луне и КА «Пионер» к Юпитеру.

Работы по проекту «Большой тур» НАСА начало в 1969 году. Уже на 1972 год Конгресс США, как ожидалось, должен был выделить 30 млн долларов для работ по данному проекту. Однако эта сумма утверждена не была.

Любые космические исследования требуют достаточно больших сумм. Это заставляет человечество искать пути объединения для реализации больших программ. При высоком уровне развития разума цивилизация приходит к пониманию идеи единства. Космос объединяет человечество. И если мы не одиноки во Вселенной, то дальнейшее продвижение в области космических исследований наверняка приведет к контакту между цивилизациями.

Но вернемся к проекту «Большой тур». Идея проекта заключалась в последовательном облете каждым из аппаратов нескольких планет. На рубеже 1970—80-х годов все планеты-гиганты удачно расположились в сравнительно узком секторе Солнечной системы. Такое расположение называется парадом планет. Использование гравитационного маневра делало возможным перелет аппарата от Одной планеты к другой за относительно короткое время. Без такого маневра полет, например, к Нептуну продолжался бы на 20 лет дольше, а изменение направления полета потребовало бы немыслимого расхода горючего.

Суть маневра заключается в том, что при движении аппарата в гравитационном поле воздействующее на него притяжение планеты несколько изменяет его траекторию. Необходимая для этого энергия заимствуется у планеты и, по закону сохранения, добавляется к кинетической энергии аппарата.

Впервые астрономы поняли физику этого явления еще в XIX веке, наблюдая, как сильно изменяются орбиты комет под действием массивного Юпитера. В 1989 году французский ученый Франсуа Тиссеран проанализировал проблему и создал соответствующий математический аппарат, позволяющий рассчитать орбиты кометы до и после возмущения.

В эпоху планетных исследований гравитационный маневр много раз использовался для управления движением аппарата. Так, аппарат «Маринер-10» был выведен на орбиту сближения с Меркурием после гравитационного маневра у Венеры. Прямой вывод аппарата на такую орбиту невозможен.

В будущем гравитационный маневр станет обычным приемом звездной навигации. Показательно, что описал этот маневр в 1939 году писатель-фантаст Лестер дель Рей.

В последнее время этот метод настолько разработан, что его используют даже для разгона аппарата. Самый яркий пример — аппарат «Галилей», который был запущен в США в октябре 1989 года для исследований Юпитера. Однако после запуска аппарат был направлен не к Юпитеру, а к Венере. После маневра в ее поле тяготения в декабре 1990 года он вернулся к Земле для следующего маневра. Но и это еще не все. В октябре 1991 года он сблизился с астероидом Гаспра (названным в честь поселка Гаспра вблизи Симеизской обсерватории в Крыму), а затем… снова вернулся к Земле (декабрь 1992). Лишь после этого аппарат «Галилей» вышел на трассу полета к Юпитеру, которого достиг через 3 года.

В проекте «Большой тур» гравитационный маневр играл определяющую роль, поскольку изменение направления полета аппарата достигалось фактически без затрат топлива. Но для этого требовалось очень точно выбрать расстояние пролета от центра массы: если аппарат пройдет слишком далеко от планеты, излом его траектории окажется слишком малым, а если очень близко — аппарат может даже развернуться на 180°. Таким образом, гравитационный маневр не только изменяет траекторию аппарата, но и дает выигрыш в энергии.

Для реализации «Большого тура» требовалось особое расположение планет, примерно такое, как в 80-е годы, иначе вся миссия растянулась бы непомерно. Предполагалось, что для посещения пяти внешних планет миссия «Большой тур» потребует нескольких аппаратов: два в 1976–1977 годах должны были быть направлены последовательно к Юпитеру, Сатурну и затем к Плутону. Кстати, выбор времени сближения с Плутоном был критичным как никакой другой: орбита Плутона значительно наклонена к эклиптике, а полет с выходом из плоскости эклиптики представляет задачу сложную и дорогостоящую. Два других аппарата в 1979 году намечалось послать к Юпитеру, Урану и Нептуну Рассматривался даже вариант с пятью аппаратами.

Однако бюджетные ограничения вскоре заставили изменить, а затем и существенно урезать проект. Лунная экспедиция «Аполлон» обошлась слишком дорого, и проект «Маринер — Юпитер — Сатурн-77», в дальнейшем переименованный в «Вояджер», оказался намного скромнее «Большого тура». Стоимость проекта составила 250 млн долларов, или 1/3 намечавшейся стоимости «Большого тура». Все расходы по проекту, учитывающие ракеты запуска, весь наземный радиокомплекс и операции сближения, включая сближение с Нептуном, составили 865 млн долларов. Новый вариант уже не предусматривал ни такого количества аппаратов, ни посещения Урана, Нептуна и Плутона.

«Вояджер» представляет собой довольно крупное сооружение. Это высокоавтономный робот, оснащенный собственными энергетическими установками, ракетными двигателями, компьютерами, системами радиосвязи и управления, научными приборами для исследования внешних планет. Масса аппарата — 815 кг.

Ограничение задач позволило значительно снизить требования к надежности компонентов и стоимости не только бортового, но и наземного оборудования. В самом деле, для радиосвязи на фантастические расстояния (орбита Нептуна — 4,5 млрд км от Земли) требовалось создать сеть гигантских радиотелескопов, каждый из которых представляет очень дорогое сооружение. Фактически такая сеть была создана, но намного позднее. Уже к моменту сближения «Вояджера-2» с Ураном радиотелескопы с диаметром поворотной антенны 64 м для приема сигналов из дальнего космоса были установлены в США, Испании и Австралии.