Technologie i osiągnięcia

Voyager I i II

Tyle mówimy o tych sondach, ale jak się one prezentowały. Obie były identyczne, ważyły 825 kilogramów przed startem, czyli mniej więcej tyle co dawna gwiazda polskich dróg - Fiat 126p i dwójka pasażerów. Zarówno pierwsze Maluchy jak i Voyagera wyprodukowano w latach 70. XX wieku. Podobnie jak Voyagery nadal działają, także i dziś możemy spotkać na drogach sprawne fiaciki. Ale na tym kończą się podobieństwa.

Voyager I i II wyposażono w 10 instrumentów, w tym dwie kamery jako element eksperymentu obserwacji wizualnych. Dla wielu podzespołów zapewniono nadmiarowość, która czasem ratowała projekt, a czasem okazywało się, że Prawo Murphy’ego działa także w Kosmosie.

Tak wygląda instrument do tetekcji cząstek o niskiej energii, przed zainstalowaniem na Voyagerze - kawałek historii elektroniki

Voyagery mają bardzo niewielką pojemność pamięci roboczej, niespełna 70 kB, czyli podobnie jak pamięć niektórych 8-bitowych komputerów. To chyba najlepiej przetestowana w historii pamięć operacyjna - 40 lat chyba wystarczy, by przyznać jej gwarancję dożywotnią. Oczywiście zmieszczenie w tak niewielkiej pamięci zdjęć i danych przed ich przesłaniem byłoby niemożliwe, dlatego na pokładzie znalazły się także pamięci taśmowe.

Zastanawiacie się w jakim języku napisano oprogramowanie dla Voyagerów? To Fortran 77 (początkowo Fortran 5) i częściowo C.

Największym elementem sond, poza 13-metrowym wysięgnikiem, na którym umieszczono magnetometr (który nadal działa), jest 3,7 metrowej średnicy antena wysokiego uzysku. Służy ona do wysyłania danych. Wytyczne odbierane są przez sondy w pasmie S z „niesamowitą prędkością” 16-bitów/s, a wysyłane na Ziemię z prędkością 160 bitów/s (telemetria) oraz 1,4 kb/s dla danych naukowych.

Tak świeci jeden z Voyagerów w falach radiowych - obrazek nie rzuca na kolana, ale ta plamka to jeden z największych sukcesów astronomii (fot: NRAO/AUI/NSF)

Moc nadawcza Voyagerów to około 22W, czyli podobnie jak silnego radia CB. Tyle, że w tym drugim przypadku rozmówca jest miliony razy bliżej. By odebrać sygnał z Voyagera, na Ziemi stosowane są anteny o średnicy kilkudziesięciu metrów. Czy w danej chwili słuchamy Voyagera możecie sprawdzić na stronie sieci Deep Space Network.

Wieczorem, 2 marca 2017, Voyager II był nasłuchiwany przez radioteleskopy w Australii, numer I przez amerykańskie Goldstone  

Sondy działające w pobliżu Słońca radzą sobie dzięki panelom słonecznym, jednak już poza orbitą Jowisza moc promieniowania słonecznego jest zbyt mała. Dlatego Voyager I i II wyposażono wyłącznie w radioizotopowe generatory termoelektryczne, które powoli tracą moc. Obecnie w tempie kilku W rocznie. Kontrola misji z czasem wyłącza poszczególne eksperymenty i podzespoły, by zmniejszyć potrzeby energetyczne sondy. Mówiąc inaczej, choć niektóre instrumenty faktycznie uległy awarii, to spora ich część przestała działać z bardziej prozaicznego powodu.

Ed Stone, naukowiec misji Voyager i model sondy - po lewej widać generator energii

Osiągnięcia

Planetarne wizyty sond to:

• start z Ziemi, 20.08.1977 (Voyager I) i 5.09.1977 (Voyager II)
• Jowisz, 5.03.1979 (Voyager I) i 9.07.1979 (Voyager II)
• Saturn, 12.11.1980 (Voyager I) I 25.08.1981 (Voyager II)
• Uran, 24.01.1986 (Voyager II)
• Neptun, 25.08.1989 (Voyager II)

Poniżej mozaika zdjęć Jowisza i jego księżyców oraz podobna dla Saturna (Tytan w prawym górnym rogu zdjęcia). Te zdjęcia (choć zmanipulowane przez połączenie wielu obrazów) zapisały się w historii astronomii i były często przedrukowywane w podręcznikach i literaturze popularnonaukowej. Gdyby Voyagery mogły pozostać na orbitach planet, które mijały, wiele związanych z nimi odkryć mogłoby przyjść dużo wcześniej. Kilkanaście lat później Jowisza odwiedziła sonda Galileo, która została zbudowana z części pozostałych po budowie Voyagerów.

W trakcie swoich badań planet Układu Słonecznego Voyagery odkryły:

• 22 nowe księżyce: 3 Jowisza, 3 Saturna, 10 Urana i 6 Neptuna
• obserwacje zórz na planetach gigantach
• zaobserwowano aktywność wulkaniczną na Io, księżycu Jowisza, lodowe gejzery na Trytonie, księżycu Neptuna, potwierdzono istnienie gęstej atmosfery na Tytanie, księżycu Saturna
• odkryto pierścienie Jowisza, potwierdzono ich istnienie wokół Urana i Neptuna
• zaobserwowano aktywność atmosferyczną na Neptunie
• potwierdzono istnienie globalnego pola magnetycznego poza Układem Słonecznym, które może mieć wpływ na przyszłość naszej planety

Tryton, niezwykły księżyc naszego najodleglejszego gazowego giganta (mozaika zdjęć o podkręconych kolorach)... 

...i Neptun z jego plamą w całej okazałości. Nowych zdjęć wykonanych z tak bliska jeszcze długo nie zobaczymy.

Złota Płyta - wiedza o nas dla innych światów czy dla nas samych

Dziś prawie każda sonda międzyplanetarna ma na pokładzie nośnik danych z zapisanymi informacjami, w tym podpisami ludzi wspierających, choćby myślą, dany projekt. Jednak tak zwana Złota Płyta (ang. Golden Record) to chyba najsłynniejsze nagranie jakie opuściło Ziemię. Wykonano ją z miedzianego 30-centymetrowego dysku pokrytego warstwą złota. To wymiar, który bardzo dobrze kojarzy się całej branży elektronicznej.

W ciągu 40 lat nasz świat zmienił się podobnie jak i kultura, ale nie przesłanie jakie zapisano na Złotej Płycie. Znajdują się na niej obrazy z Ziemi, pozdrowienia w większości języków, przykłady utworów muzycznych i dźwięków charakterystycznych dla naszej planety. Nad ich wyborem czuwał Carl Sagan.

Golden Record przed umieszczeniem na Voyagerze

Czy ktoś będzie w stanie zrozumieć i odczytać zapisane na płycie dane? Na płycie umieszczono instrukcję jak zbudować odtwarzacz, a także informacje o położeniu Ziemi względem pobliskich pulsarów i rysunek atomu wodoru, ale najpierw sonda musiałaby zostać przechwycona.

Możemy sobie wyobrazić, że zrobi to międzyplanetarny pojazd lub sonda dotrze w okolice pobliskich nam gwiazd i szczęśliwym zbiegiem okoliczności zostanie zauważona. Odszyfrowanie informacji nie powinno stanowić już problemu. Tylko czy wtedy ktokolwiek będzie jeszcze o nas pamiętał?

Voyager I znajduje się na trasie ku gwieździe Gliese 445 w gwiazdozbiorze Żyrafy. Za 40 tysięcy lat - mniej więcej tyle samo zajęło nam wyewoluowanie od człowieka pierwotnego - osiągnie najmniejszą odległość. Nie będzie to bliskie spotkanie - aż 1,7 roku świetlnego, kierunek jest jedynie orientacyjny. O Voyagerze II mówi się, że kieruje się w stronę Syriusza, ale to jeszcze większe przybliżenie. Ta sonda za około 44 tysiące lat również zbliży się do Gliese 445. Kilka tysięcy lat wczesniej minie bliższą gwiazdę Ross 248.

Odległości międzygwiezdne w stosunku do prędkości Voyagera, jakkolwiek największej w obecnej historii ludzkości, są niebotyczne. Trzeba też pamiętać, że Galaktyka, a zarazem sąsiedztwo Słońca to układ dynamiczny i nie tylko Voyagery lecą na spotkanie gwiazd, ale również one mogą się do nich zbliżać, podobnie jak zbliżą się kiedyś do Słońca. 

Zakładając, że mimo sceptycyzmu niektórych naukowców i wbrew naszej niezwykłej chęci do samounicestwienia, uda się nam rozwinąć technologię lotów międzygwiezdnych, to być może okaże się, że wysłaliśmy wiadomość w przyszłość swoim potomkom.

Voyager I + Voyager II = Voyager Interstellar Mission

Po roku 1989 obie sondy zaczęły badać zewnętrzne obszary najbliższej nam części Układu Słonecznego. Choć jeszcze nie opuściły jego obszaru, z początkiem 1990 roku zdecydowano się przemianować nazwę misji na Voyager Interstellar Mission.

To dumne określenie, wszak do innych gwiazd jest bardzo daleko - szybsza z sond przebędzie 1 rok świetlny w 18000 lat, a to przecież niespełna 1/4 odległości do najbliższej nam gwiazdy. Najbliższe stulecia Voyagery będą zdążały ku obłokowi Oorta, czyli sferze materii, która jest jeszcze związana grawitacyjnie z naszym Słońcem. Wpływają na niego także oddziaływanie innych gwiazd i stąd czasami w naszym sąsiedztwie pojawia się wybita stamtąd długookresowa kometa lub planetoida. Dotarcie do zewnętrznych granic obłoku Oorta zajmie tysiące lat.

Najważniejsze co należy z tego zapamiętać to to, że Voyager I już znalazł się w przestrzeni międzygwiezdnej (nastąpiło to w 2012 lub 2013 roku), a Voyager II niedługo pójdzie w jego ślady.

Ile to kosztowało i co my z tego mamy

To nie tekst o smartfonie czy nowej karcie graficznej, ale nie jest źle szukać uzasadnienia ekonomicznego dla takiego przedsięwzięcia.

Cena całej misji Voyager, która jeszcze trwa, mieści się w granicach około miliarda dolarów. Czy to dużo? Zależy do czego się odniesiemy. Wydatki na olimpiady, straty koncernów na chybionych inwestycjach czy koszty startów wahadłowców, nie mówiąc już o załogowych misjach planetarnych, przekraczają znacznie ten miliard. Ale też za miliard można zrobić bardzo wiele dobrego tutaj na Ziemi.

Voyagery nie są jednak tylko drogą zabawką znudzonych naukowców. Ich obserwacje i odkrycia potwierdziły, że nasz obraz Układu Słonecznego jest w dużym stopniu poprawny. Jednak też zmobilizowały nas do stawiania nowych pytań i planowania kolejnych misji.

Dla laika może to wydać się bez większego wpływu, ale po dłuższym zastanowieniu przyzna rację, że dzięki badaniom Voyagerów inaczej myślimy o Kosmosie i w większym stopniu wierzymy w to co mówią (postulują) astronomowie.