Wielka ucieczka Voyagera 1
Sonda Voyager 1 - podobnie jak bliźniaczy Voyager 2 - została wysłana w kierunku planet zewnętrznych. Po przelocie obok Jowisza i Saturna, Voyager 1 kontynuuje swój lot w kierunku zewnętrznych granic Układu Słonecznego. Obecnie jest najbardziej oddalonym obiektem wykonanym ludzką ręką i wkrótce - po latach samotnego lotu - Voyager 1 stanie się pierwszą sondą kosmiczną, która wkroczy w przestrzeń międzygwiezdną.
Projekt sond Voyager

Naturalnej wielkości kopia sond Voyager
Wygląd Voyagera 1 zdominowany jest przez duży 3,65-metrowy dysk anteny wysokiego zysku, która w chwili startu sondy była największą anteną wykonaną z kompozytu węglowo-epoksydowego. Sonda została wyposażona w trzy rozkładane maszty - na jednym z nich zainstalowano większość instrumentów naukowych: kamery ISS, spektrometr podczerwieni IRIS, spektrometr ultrafioletu UVS, detektor promieniowania kosmicznego CRS, spektrometr plazmy PLS, fotopolarymetr PPS i detektor cząstek niskoenergetycznych LECP. Magnetometry MAG zainstalowane były na drugim 13-metrowym maszcie, natomiast anteny detektora plazmy PWS przymocowane były bezpośrednio do kadłuba sondy.
Wszystkie instrumenty naukowe Voyagera 1 były lekkie, kompaktowe i pobierały niewielką ilość energii elektrycznej. Dane naukowe (gromadzone zarówno w trakcie podróży międzyplanetarnej jak i w czasie przelotów obok planet) nie były przesyłane bezpośrednio na Ziemię, ale zapisywane cyfrowo na taśmie magnetofonowej o pojemności 536 Mb (około 67 MB), co wystarczało na pomieszczenie około 100 zdjęć. W odpowiednim czasie (gdy antena Voyagera zwrócona była w kierunku Ziemi) dane były odczytywane, przesyłane na Ziemię a następnie wymazywane z pamięci rejestratora.

Sondy Voyager zasilane były za pomocą trzech generatorów MHW RTG (na zdjęciu jedno z takich urządzeń).
Instrumenty naukowe i systemy Voyagera 1 zasilane były przez trzy jednostki radioizotopowych generatorów termoelektrycznych (RTG), które zostały umieszczone na trzecim rozkładanym maszcie. W każdym z trzech cylindrycznych generatorów znajdowało się sześć warstw pastylek tlenku plutonu (238) zamkniętych w irydowych koszulkach. Irydowe koszulki owinięte były włóknem grafitowym i zapakowane do grafitowego cylindra. Każda jednostka RTG generowała około 150 watów energii elektrycznej oraz około 2400 W mocy cieplnej.
Podobnie jak sondy, generatory RTG były w trakcie procesu wytwarzania wielokrotnie modyfikowane. Np. w trakcie montażu okazało się, że termopary (służące do generowani prądu) ulegają zbyt szybkiej degradacji. Aby zapobiec sublimacji materiału termopar inżynierowie pokryli je warstwą azotku krzemu. Dzięki tej modyfikacji, 34 lata po starcie generatory RTG Voyagera 1 wciąż generują około 60 procent mocy początkowej.
Orientacja sondy utrzymywana była w trybie trójosiowym dzięki niewielkim silniczkom hydrazynowym oraz żyroskopom. Część instrumentów naukowych została umieszczona na platformie skanowania, która umożliwiała śledzenie celu z dużą dokładnością kątową niezależnie od orientacji sondy.
Voyager 1 został wyposażony w trzy podwójne komputery. Najważniejszym komputerem sondy był CCS, który był sercem systemu sterującego i kontrolnego Voyagera. Drugi komputer - AACS - odpowiadał za system napędowy, kontrolę orientacji przestrzennej oraz nakierowanie instrumentów na cel. Trzeci komputer - FDS - nadzorował działanie instrumentów naukowych, proces zapisu danych oraz ich przygotowanie do wysyłki na Ziemię. Według dzisiejszych standardów komputery te są prymitywne, ale w porównaniu do wcześniejszych sond kosmicznych, dawały one Voyagerom znacznie większą elastyczność i swobodę działania.
Przeloty obok gazowych gigantów
Start sondy Voyager 1 na pokładzie rakiety nośnej Titan IIIE/Centaur.
Sonda Voyager 1 została wystrzelona z platformy startowej SLC-41 Cape Canaveral Air Force Station o godzinie 12:56:00 czasu uniwersalnego na pokładzie rakiety nośnej Titan IIIE/Centaur. Trzy miesiące i pięć dni później - 10 grudnia 1977 roku - Voyager 1 wleciał w pas asteroid. Pomimo dwutygodniowego późnienia w starcie, Voyager 1 poruszał się znacznie większą prędkością i 19 grudnia 1977 roku wyprzedził Voyagera 2.
Rok i trzy dni po starcie - 8 września 1978 roku - Voyager 1 opuścił pas asteroid i 6 stycznia 1979 roku rozpoczął obserwacje Jowisza i jego księżyców. Z powodu większej zdolności rozdzielczej kamer Voyagera 1 oraz znacznie większemu zbliżeniu do planety, kluczowe obserwacje Jowisza i jego księżyców rozpoczęły się już 48 godzin przed największym zbliżeniem.
Do największego zbliżenia Voyagera 1 do Jowisza doszło 5 marca 1979 roku o godzinie 12:05:26 czasu uniwersalnego, kiedy znalazł się w odległości 348 890 kilometrów od środka masy planety. W ciągu kilkudziesięciu godzin sonda przeleciała również obok największych księżyców: Amaltei (420 200 km), Io (20 570 km), Europy (733 760 km), Ganimedesa (114 710 km) oraz Kallisto (126 400 km). Po czteromiesięcznej obserwacji, 13 kwietnia 1979 roku Voyager 1 zakończył badania układu Jowisza. Do największych odkryć dokonanych przez Voyagera 1 w układzie Jowisza należy zaliczyć: odkrycie pierścieni pyłowych wokół tej planety, istnienia intensywnych pasów radiacyjnych oraz odkrycie aktywności wulkanicznej na Io.
Potężna grawitacja Jowisza zmieniła trajektorie Voyagera i skierowała go do następnej planety. Dodatkowo zwiększeniu uległa również prędkość sondy, co pozwoliło dotrzeć do Saturna już 1,5 roku po przelocie obok Jowisza. Oficjalnie obserwacje Saturna i jego księżyców rozpoczęły się 22 sierpnia 1980 roku. W ciągu kolejnych czterech miesięcy sonda obserwowała pierścienie Saturna, jego atmosferę, księżyce oraz pasy radiacyjne.
Do największego zbliżenia Voyagera 1 do Saturna doszło 12 listopada 1980 roku o godzinie 23:46:30, gdy sonda znalazła się w odległości 184 300 kilometrów od centrum jego masy. W trakcie kilkunastu godzin doszło również do bliskich przelotów obok kilku księżyców Saturna: Tetydy (415 670 km), Mimasa (88 440 km), Enceladusa (202 040 km), Rei (73 980 km) i Hyperiona (880 440 km). Jednak do najważniejszego przelotu (o 5:41:21 - czyli jeszcze przed największym zbliżeniem sondy do Saturna) doszło, gdy sonda znalazła się w odległości 6490 km od Tytana. Obserwacje układu Saturna zakończono 14 grudnia 1980 roku.
Za Saturnem
Grawitacja Tytana znaczne odchyliła trajektorię Voyagera 1 od płaszczyzny ekliptyki (w kierunku północnym), co zakończyło jego misję główną. Jednak sonda była w pełni sprawna i z prędkością 17,26 km/s zmierzała w kierunku przestrzeni międzygwiezdnej (tym samym Voyager 1 jest najszybszym w obiektem wykonanym ludzką ręką).
"Portret rodzinny". Górny rząd od lewej: Wenus, Ziemia, Jowisz. Dolny rząd od lewej: Saturn, Uran i Neptun.
Dziesięć lat po przelocie obok Saturna sonda zwróciła swoje kamery w kierunku planet Układu Słonecznego i wykonała serię zdjęć, które użyto do sporządzenia "portretu rodzinnego" Układu Słonecznego. Portret składa się z 60 zdjęć wykonanych 14 lutego 1990 roku z odległości 6 miliardów kilometrów od Ziemi.
Portret przedstawia sześć z ośmiu planet Układu Słonecznego oraz Słońce. Z powodu zbyt bliskiej odległości do Słońca na zdjęciu nie jest widoczny Merkury, z kolei Mars ginie w świetle słonecznym rozproszonym na optyce kamery. Na zdjęciu nie ma również Plutona (uważanego obecnie za planetę karłowatą) z powodu jego znacznego oddalenia od Słońca i niskiej jasności.
Po wykonaniu zdjęć do portretu rodzinnego, sonda powróciła do badania środowiska zewnętrznego rejonu Układu Słonecznego. 17 listopada 1998 roku Voyager 1 stał się najdalszym wykonanym ludzką ręką obiektem w Układzie słonecznym - w tym dniu Voyager 1 znalazł się w odległości 69,4 j.a. i wyprzedził sondę Pioneer 10 wystrzeloną w kierunku Jowisza w marcu 1972 roku.
Misja Międzygwiezdna Voyagera
Ponieważ Voyager 1 kontynuuje podróż w kierunku przestrzeni międzygwiezdnej, w NASA opracowano program Międzygwiezdnej Misji Voyagera (VIM) - misji badania zewnętrznych granic Układu Słonecznego oraz eksploracji środowiska międzygwiezdnego. W ramach tego programu naukowcy zlokalizowali tzw. szok końcowy (miejsce gdzie prędkość wiatru słonecznego spada gwałtownie do poddźwiękowych), badają heliosferę (obszar za szokiem końcowym, w którym ruch wiatru słonecznego zakłócany jest wiatr galaktyczny) oraz heliopazuę (graniczny rejon pomiędzy heliosferą a przestrzenią międzygwiezdną).
Pomimo wątpliwości przyjęto, że 18 grudnia 2004 roku Voyager 1 przekroczył szok końcowy i wszedł w heliosferę. Dokładna data tego wydarzenia nie jest znana ponieważ detektor wiatru słonecznego uległ awarii w 1990 roku (informacje o wietrze słonecznym pochodzą z innych funkcjonujących instrumentów Voyagera 1). Sześć lat później 13 grudnia 2010 roku naukowcy potwierdzili, że Voyager 1 znalazł się w miejscu gdzie wiatr słoneczny zaczyna być spychany na boki przez wiatr galaktyczny.
Obecnie przypuszcza się, że Voyager zbliża się do heliopauzy - miejsca gdzie prędkość wiatru słonecznego spada do zera. Aby zebrać jak najwięcej danych 8 marca 2011 roku przeprowadzono manewr zmiany orientacji Voyagera 1, w ramach którego sonda obróciła się o kąt 70 stopni w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara (patrząc z Ziemi). Po tym manewrze nową gwiazdą nawigacyjną została Alfa Centauri, która umożliwi utrzymanie komunikacji z Ziemią w regularnych odstępach.
W chwili wykonywania manewru przewidywano, że Voyager 1 dotrze do granicy przestrzeni międzygwiezdnej w latach 2015-2017. Jednak obserwacje przeprowadzone ostatnio przez Voyagera 1, obserwatoria naziemne oraz obserwatorium kosmiczne IBEX (Interstellar Boundary Explorer) wskazują, że przestrzeń międzygwiezdna znajduje się znacznie bliżej. Zgodnie z tymi pomiarami 15 czerwca 2011 ogłoszono że Voyager 1 może w każdej chwili wylecieć z heliosfery i znaleźć się w przestrzeni międzygwiezdnej.
Budowa zewnętrznych granic Układu Słonecznego.
Obecnie Voyager 1 znajduje się w odległości 118 j.a. (17,69 miliardów km) od Słońca i oddala się z prędkością 17 060 m/s (3,6 j.a. na rok) w kierunku gwiazdozbioru Wężownika. Szacuje się, że ilość energii elektrycznej generowanej przez RTG umożliwi funkcjonowanie instrumentów naukowych oraz kontakt z Ziemią jeszcze przez 15 do 20 lat. Sonda nie zmierza w kierunku jakiejś szczególnej gwiazdy, ale za około 40 000 lat znajdzie się w odległości 1,6 roku świetlnego od gwiazdy AC+79 388.
Źródło:
Astropolis.pl