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

К лету 1978 г. по результатам проводимых сеансов и по состоянию борта прогноз стал более оптимистичным. Во-первых, выходная мощность РИТЭГов снижалась не столь быстро, и зловещий рубеж 94,6 Вт отодвинулся на конец 1985-го или даже середину 1986 г. Более того, два самых нужных прибора можно было еще питать даже при падении до 90 Вт, а это уже прогнозировалось на конец 1987 г.

Во-вторых, выяснилось, что с трехгерцовым фильтром и со старым облучателем доступна дальность 29 а.е. при наблюдениях от угла места 10° и выше, а если работать лишь в те часы, когда объект выше 30° в небе, то и до 34 а.е., то есть до первой половины 1985 г. К моменту встречи «Пионера-11» с Сатурном наконец-то установили новые облучатели с шумовой температурой 18,5 К вместо 28 К. Это отодвинуло пределы по дальности радиообмена до 37 а.е. и по времени – до первой половины 1986 г.

В итоге 11 июля 1979 г. «Пионер-10» благополучно вышел за орбиту Урана, завершив свою первую дополнительную пятилетнюю программу исследований. Сама планета была в этот момент с противоположной стороны от Солнца, в 172° от точки пересечения орбит.

Глава 6 Сатурн: Мир чудес

Новые гости в системе Сатурна

Два «Вояджера» должны были достичь Сатурна через 15 и 24 месяца после «Пионера-11». По состоянию на 1 января 1980 г. «Вояджер-1» находился в 422 млн км от новой цели, а «Вояджер-2» – в 587 млн км.

Сразу после запуска NASA продекларировало, что сможет при необходимости управлять аппаратами в течение 30 лет вплоть до расстояния 100 а.е. от Солнца, а слышать их сигналы – в течение 100 лет (!). В действительности для реализации этого потребовалась длительная и многоэтапная модернизация средств Сети дальней связи DSN.

Информация «Вояджеров» от Юпитера, с максимальной дистанции 6,23 а.е., шла на скорости 115 200 кбит/с на 64-метровые антенны сети DSN. Две встречи с Сатурном планировались на расстояниях 10,2–10,4 а.е. от Земли. Это означало, что мощность сигнала снизится примерно втрое и во столько же раз уменьшится пропускная способность радиолинии. Пришлось снизить скорость формирования изображения ISS втрое – до 144 секунд на кадр. (Эта возможность была ранее продемонстрирована при съемке Меркурия камерой «Маринера-10».)

На калифорнийской 64-метровой антенне DSS-14 вновь навесили внешний ряд панелей антенны и заменили субрефлектор – вторичное зеркало, установленное в фокусе основного отражателя. Это увеличило коэффициент усиления на 0,5 дБ. Кроме того, на всех «шестьдесятчетверках» ввели автофокусировку субрефлектора. Однако запас по энергетике больших антенн был невелик, необходимая пропускная способность 44 800 бит/с получалась с трудом, так что успешные эксперименты по совместной обработке сигналов, принимаемых на 64-метровой антенне DSS-14 и на реконструированной 34-метровой антенне DSS-12, оказались весьма кстати. Спаривание с помощью коррелятора сигнала было эквивалентно увеличению площади основной антенны на 28 % и приросту уровня принимаемого сигнала на 1,1 дБ в теории и примерно 0,8 дБ на практике.

Новую схему решили внедрить на всех трех комплексах дальней связи. 4–11 марта 1980 г. персонал станций DSS-43 (Мадрид) и DSS-63 (Канберра) прошел переподготовку в Голдстоуне. В пару к основным антеннам выделили 34-метровые станции DSS-42 и DSS-61, введенные в строй после реконструкции в апреле – мае 1980 г. Эксплуатационная оценка новых средств велась в Калифорнии с 19 мая, а на зарубежных комплексах – с 23 и 24 июня. Голдстоун обеспечивал работу «Вояджера-1» в двухантенном режиме с 23 августа, а Мадрид и Канберра – с 24 октября 1980 г. Большую часть времени обеих встреч с Сатурном использовались именно спаренные антенны.

С февраля по апрель 1980 г. на «Вояджере-1» проводились тесты нового способа космической навигации – однонаправленных дифференциальных измерений с эталонным источником Δ-DOR[72]. В основе метода лежал одновременный прием на двух 64-метровых антеннах на межконтинентальной дальности с точным измерением разности фаз радиосигналов, а следовательно, разности времени хода. Она пересчитывалась в разность расстояний от КА до двух измерительных пунктов и в угол между базой, то есть линией, соединяющей две наземные антенны, и направлением на КА. Точность этой технологии, обозначаемой буквами DOR, к сожалению, была недостаточной.

Для коррекции инструментальной и атмосферной задержки непосредственно перед работой с КА и сразу после нее стали принимать «эталонные» сигналы квазара, расположенного на небесной сфере в точке с заранее известными координатами в пределах 10° от направления на КА. По ним тоже рассчитывалась разность времени хода и направление на объект относительно базы. Различие между двумя углами, которое символизировала буква Δ, фактически описывало угловое расстояние между КА и квазаром, и оно определялось с уже достаточной точностью для того, чтобы метод становился полезным и применимым.