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

«Пионер-11» после пролета Юпитера 3 декабря 1974 г. и вплоть до встречи с Сатурном должен был оставаться в пределах 10 а.е. от Земли, так что потеря связи ему не грозила, как и нехватка электроэнергии: к Сатурну он должен был прийти со 117 Вт вырабатываемой мощности. Проблема заключалась в съемке планеты. Чтобы получить полноценные цветные изображения размером примерно 500 × 500 точек, как и при встрече с Юпитером, нужно было сохранить скорость передачи 1024 бит/с. Расчеты же показывали, что при сближении с Сатурном в сентябре 1979 г. и величина 512 бит/с – на грани возможного.

Руководители проекта рассчитывали на строительство в Голдстоуне второй 64-метровой антенны. Совместное использование двух антенн с совмещением фаз принимаемого сигнала обещало солидную прибавку в 3 дБ в энергетике радиоканала и позволяло сохранить желаемую скорость 1024 бит/с.

Первый эксперимент такого рода был проведен еще 21 сентября 1974 г. во время пролета «Маринера-10» у Меркурия. Участвовали 64-метровая антенна DSS-14 и две 26-метровые, принимаемые сигналы объединялись импровизированным коррелятором фаз. Тогда разработчики заявили об улучшении соотношения сигнал/шум на 0,7 дБ.

К сожалению, средства на строительство второй 64-метровой антенны выделены не были, и пришлось искать иные возможности для усовершенствования приемной части.

Уменьшение с 12 до 3 Гц ширины полосы фильтра в контуре автоподстройки приемника обещало 1 дБ прибавки. Использование облучателя с меньшей шумовой температурой (18,5 К вместо 22 К в зенитной области и 28 К у горизонта) позволяло выиграть примерно 0,75 дБ. Наконец, можно было снизить уровень шума еще на 0,9 дБ, если использовать 64-метровую станцию только на прием, а для передачи задействовать вторую антенну.

Необходимые эксперименты провели осенью 1975 г. на 26-метровой станции DSS-11 в Калифорнии. На ней установили экспериментальный малошумящий облучатель и получили добавку в 0,7 дБ. Доработали приемник, поставив фильтр с полосой 3 Гц, и в сеансе 4 октября это принесло 1 дБ в силе сигнала.

К началу 1976 г. все 64-метровые антенны оснастили новыми приемниками типа Block IV, имеющими такой режим работы. Эти три станции могли теперь обеспечивать полет «Пионера-10» до начала 1981 г., а антенна DSS-11 – до конца 1977 г. Однако на 64-метровые антенны был большой спрос; в частности, весной и летом 1979 г. они были по уши загружены «Вояджерами». Чтобы в этот период «Пионер-11» не остался без связи, решено было оснастить двумя оставшимися трехгерцовыми фильтрами две 26-метровые станции в Австралии и Испании. Это позволяло поддерживать круглосуточный контакт с КА хотя бы на скорости 16 бит/с вплоть до его встречи с Сатурном в сентябре 1979 г.

Стоит добавить, что 23 мая 1974 г. опробовали первую очередь новой наземной системы прямого управления «Пионерами». Раньше команды уходили на борт лишь с компьютеров Лаборатории реактивного движения, которой подчинялась сеть DSN, а вот принятые данные сразу пересылались в Центр Эймса для обработки. Теперь в Маунтин-Вью появился собственный комплекс на двух компьютерах PDP-11, позволяющий генерировать команды и пересылать их на выделенную по графику наземную станцию для отправки на борт в нужный момент времени. На время сеанса управляющий компьютер этой станции подчинялся компьютеру Центра Эймса.

Управление «Пионером-10» перевели на новую систему с 1 сентября 1974 г. Что же касается второго аппарата, то сближение с Юпитером на всякий случай провели по старой схеме и переключились на новую с 15 января 1975 г.

«Пионер-11» прошел мимо Юпитера с заметным и неизбежным отклонением от расчетной траектории. Опоздание в перицентре составило 20 секунд, и это не было удивительно: даже после визита «Пионера-10» и уточнения массы самой планеты и ее спутников положение Юпитера удавалось предсказывать лишь с точностью порядка 300 км. Навигационные измерения после ухода из окрестностей планеты показали, что станция пройдет примерно в 1,7 млн км от Сатурна. Его координаты пока рассчитывались с ошибкой до 1200 км, и уточнить модель движения шестой планеты до прибытия «Вояджеров» было очень важно.

20 ноября 1975 г. «Пионер-11»[68] в первый раз наблюдал Сатурн с помощью фотополяриметра IPP. Огромное расстояние – около 8,6 а.е. – не позволяло разрешить диск планеты, так что возможны были только фотометрические и поляриметрические наблюдения. Ученые надеялись получить аномальное отражение при угле КА – Солнце – Сатурн около 24°, это бы позволило сделать некоторые выводы о химическом составе атмосферы. Кроме того, интерес представляло отражение от колец.

2 декабря 1975 г. «Пионер-11» провел еще одну калибровку двигателей, а затем выполнил две существенные коррекции – 18 декабря 1975 г. величиной 30,1 м/с для компенсации погрешности траектории пролета Юпитера и 26 мая 1976 г. на 16,6 м/с для нацеливания на Сатурн. Они задали новую дату прибытия к планете – 1 сентября 1979 г., а не 3 сентября, как планировалось ранее.