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

Внешний вариант трассы предусматривал двукратное пересечение плоскости экватора Сатурна за пределами яркого внешнего кольца A, которое заканчивалось в 136 800 км от центра Сатурна и в 76 500 км над поверхностью планеты. Правда, здесь на пути станции также лежало едва заметное кольцо E, но этот вариант казался более безопасным и к тому же соответствовал расчетной геометрии будущего пролета у Сатурна станции «Вояджер-2» в случае направления ее от Сатурна к Урану.

Джек Дайер, эксперт по траекториям Центра Эймса, предложил для «Пионера-11» траекторию встречи с Сатурном с последующим полетом к Урану, однако она была не столь удачна, как две уже описанных, да и шансы достичь Урана в работоспособном состоянии оценивались не слишком высоко. Отдельные «горячие головы» предлагали пройти сквозь деление Кассини между кольцами A и B, но это уже была бы полная авантюра.

По настоятельной просьбе руководителей проекта «Вояджер» заместитель администратора NASA по космической науке Ноэл Хиннерс и директор планетарных программ Томас Янг приняли решение провести «Пионер-11» по «внешней» трассе, с пересечением экваториальной плоскости на расстоянии 30 000 км от внешнего края видимого кольца и с последующим прохождением на высоте 25 000 км над поверхностью Сатурна вне плоскости колец.

Янг подчеркнул, что в случае успеха «Пионера» желание NASA направить «Вояджер-2» к Урану укрепится и сохранится даже в том случае, если «Вояджер-1» не сможет решить все задачи исследования системы Сатурна. Вот только возможностью близкого знакомства «Пионера-11» с Титаном пришлось пожертвовать…

Новая траектория была объявлена 14 декабря 1977 г. Запланированную на январь коррекцию перенесли на середину года, чтобы уменьшить необходимый угол отклонения оси КА от Земли. Многоимпульсная коррекция для точного «прицеливания» «Пионера» состоялась 13 июля 1978 г. и заняла целый день. Именно она уменьшила высоту пролета со 100 000 до 25 000 км. Последующие измерения показали, что расстояние до Сатурна в перицентре составит 1,36 радиуса планеты (R_S), то есть 81 426 км, а высота над видимой поверхностью облаков – примерно 21 400 км. Такое отклонение сочли приемлемым.

Сентябрь 1979 года. «Пионер-11»

В октябре 1978 г. на основании практического опыта работы с «Пионером-11» был сделан вывод, что энергетики радиолинии не хватит для передачи от Сатурна, с расстояния 10,4 а.е., на скорости 1024 бит/с. За оставшийся год улучшить ее в необходимой степени было нереально. Как оказалось, малошумящие усилители, установку которых планировали именно с этой целью, позволяли дотянуть лишь до 512 бит/с.

Тем не менее было сделано все возможное. Сначала на головном комплексе дальней связи в Голдстоуне, а в мае 1979 г. и на комплексах под Мадридом и Канберрой приемники оснастили новыми малошумящими рубиновыми мазерами S-диапазона, что дало прибавку 0,8 дБ в мощности принимаемого сигнала. Еще 0,7 дБ в критическую фазу пролета – одну неделю до и одну после – удалось выиграть за счет перевода 64-метровых антенн DSS-14, DSS-43 и DSS-63 в режим одностороннего приема. Выдача радиокоманд была перенесена на вспомогательные антенны DSS-12, DSS-44 и DSS-62 соответственно.

Последним резервом было объединение двух антенн, 64-метровой DSS-14 и 34-метровой DSS-12, с совмещением их фаз в реальном масштабе времени. Заново спроектированный коррелятор протестировали 19 декабря 1978 г. и 21 февраля 1979 г. во время штатных сеансов связи с «Вояджерами» в X-диапазоне и даже применили во время их встреч с Юпитером – в течение 10 суток в феврале и марте и 14 суток в июле 1979 г. Удалось получить прибавку 0,8–1,0 дБ, немного меньшую, чем теоретические 1,1 дБ.

Однако сигнал «Пионера» в диапазоне S был так слаб, что не получалось провести автоматическую синхронизацию фаз, и данные для «стыковки» приходилось оперативно рассчитывать на компьютере. Выигрыш сократился до 0,3–0,4 дБ, но и эта маленькая прибавка значительно увеличивала ту долю времени, в течение которого возможен прием на максимальной скорости. Границы допустимого теперь определяла природа, а именно – шумовая температура неба на разной высоте над горизонтом в тот или иной день.

Прогноз по приему в начале августа 1979 г. выглядел так: австралийская станция сможет работать на 1024 бит/с в течение трех – четырех часов, когда Сатурн находится вблизи зенита и шумовая температура неба минимальна. Для испанского комплекса этот период составит пять – шесть часов, а калифорнийская станция со спаренной антенной может рассчитывать на восемь часов. В то время, когда планета ближе к горизонту, везде будет доступна лишь скорость 512 бит/с.