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

В начале межзвездного этапа полета считалось, что такой дефицит питания наступит в 2012–2013 гг., однако деградация преобразователей РИТЭГов шла медленнее, чем закладывалось в модель. В 1994 г. в качестве предельного срока назывался уже 2015 г., а с 1997 г. говорилось о продлении срока жизни КА до 2020 г., но при условии сокращения энергопотребления до 215 Вт вместо установленного ранее порога в 245 Вт и отключения части приборов начиная с 2018 г. на «Вояджере-1» и с 2016 г. на «Вояджере-2». В 2009 г. оценки пересмотрели еще раз и решили, что отключения приборов не потребуется до 2020 г., а после этого с неполным комплектом удастся протянуть примерно до 2025–2026 гг., хотя ценность научных данных, разумеется, упадет.

Как мы помним, выходная мощность РИТЭГов после необходимых преобразований шла на питание систем и приборов, а избыток ее сбрасывался через резистивный шунт. Понятно, что энергопотребление не могло превышать выработку – но по оперативным соображениям нужно было сохранять определенный запас мощности (около 12 Вт) на ошибки в расчетах, внезапные скачки по питанию и т. д. Сверх этого требовалось 14–15 Вт на периодические, раз в несколько недель, включения гироскопических датчиков для поддержания их в рабочем состоянии и выполнения научных и калибровочных разворотов. По мере падения вырабатываемой мощности операторы вынуждены были снижать электропотребление.

Необходимость тщательной балансировки «Вояджеров» по питанию заставила установить на борт множество эквивалентных нагревателей, способных замещать тот или иной научный инструмент или его части, и не только для поддержания энергобаланса. Тепло, рассеиваемое тем или иным прибором, учитывалось в тепловых расчетах, потому что его отключение могло бы привести к замерзанию трубопроводов горючего и другим скверным последствиям.

В результате для некоторых операций требовалась целая цепочка взаимоувязанных переключений. К примеру, перевод передатчика X-диапазона с низкого уровня мощности на высокий (с 12 на 21,3 Вт) всегда сопровождался отключением нагревателя отсека № 1 бортовой аппаратуры.

Бортовые программы

Основные принципы организации полета с уходом «Вояджеров» из зоны планет-гигантов сохранились, но изменились цели экспедиции, функционал бортовых программ и порядок их разработки. Теперь были нужны длительные измерения по стандартной схеме, характеризуемые простотой подготовки и проведения и минимальным риском выхода КА из строя.

Каждый из «Вояджеров» работал и работает до сих пор под управлением программ, загруженных в память двух процессоров основного компьютера CCS емкостью по 4096 машинных слов длиной по 18 бит. Они были отчасти разделены по функциям: так, процессор A специализировался на наведении антенны HGA на Землю, а процессор B – на управлении работой систем и приборов. Их общая программа подразделялась на неизменную базовую компоненту, занимающую большую часть крошечной памяти двух процессоров, и текущие рабочие программы, на которые оставалось суммарно около 1500 слов памяти.

Базовая часть программы (baseline sequence) обеспечивала решение главной задачи полета на новом этапе – изучение околосолнечной и межзвездной среды – и включала ряд неизменных повторяющихся операций:

● сбор и непрерывную передачу текущей служебной и научной телеметрии;

● запись раз в неделю на магнитную ленту бортового записывающего устройства DTR одного высокоскоростного кадра детектора плазменных волн PWS – 48 секунд данных с частотой 115,2 кбит/с;

● сброс на Землю записанных кадров PWS раз в шесть месяцев;

● проведение раз в три месяца маневра калибровки магнитометра MAGROL;

● проведение раз в шесть месяцев маневра ASCAL с целью калибровки антенны HGA и солнечных датчиков;

● ежемесячную комплексную калибровку магнитометра MAG, плазменной подсистемы PLS и остальных приборов для регистрации волн и частиц;

● обслуживание записывающего устройства DTR дважды в год;

● контрольное включение гироскопов и сверку бортового времени раз в три месяца.

Раз в год, в ноябре на «Вояджере-1» и в сентябре на «Вояджере-2», базовая программа завершала свой цикл и перезапускалась. При перезапуске выполнялись калибровка и сверка бортовых часов и обновление памяти компьютеров, а внесенные к этому моменту изменения вступали в силу.

В качестве подпрограмм базовой части использовались 11 специализированных блоков, реализующих программные развороты КА, запись и воспроизведение данных, калибровки антенны HGA и научной аппаратуры и т. п.

К базовой части примыкали пять подпрограмм реагирования на чрезвычайные ситуации: низкое напряжение бортовой сети, длительное отсутствие команд с Земли, отказы передатчиков S– и X-диапазона, неисправности в подсистеме ориентации и приводов AACS и в командных процессорах CCS.