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

2–10 января 1985 г. в рамках рабочей программы B617 проводились тесты сканирующей платформы, а затем съемка Урана и Нептуна. Ожидаемое разрешение узкоугольной камеры ISS уже сравнялось с лучшими показателями земных обсерваторий, но Уран все еще выглядел как однородный туманный серый диск размером в несколько пикселей. 28 января фотополяриметр PPS калибровали по звездам, выбранным для просвечивания колец Урана, а с 26 февраля по 18 марта многократно отрабатывали коническое сканирование.

Весной 1985 г. темп жизни ускорился, 12-недельные рабочие программы сменились 4-недельными – от B617 в апреле до B624 в октябре. Главные усилия были направлены, конечно же, на подготовку к встрече с новой целью. 30 марта и 1 апреля произвели загрузку программ 1709 и 1808 в память компьютеров FDS-B и FDS-A соответственно, проверили их, и с 12 апреля «Вояджер-2» начал постоянную работу в недублированном двухпроцессорном режиме.

4 апреля были проведены калибровочные съемки звезд широкоугольным объективом ISS, а 6–10 мая на звезде α Павлина отрабатывалось построение «мозаичных» изображений. Еще один тест сканирующей платформы провели 21 мая.

Было сделано два малых научных маневра, 30 мая и 26 ноября, и четыре калибровки магнитометра. Правда, первая попытка 5 февраля не удалась (не была выдана разрешающая команда), но развороты 2 мая, 19 июня, 19 августа и 18 сентября были успешны. Три последних совместили с подготовкой экспериментов по радиопросвечиванию Урана: уточнялась информация о направлении оси остронаправленной антенны HGA.

7 июня 1985 г. с дистанции 302 млн км были сделаны первые навигационные снимки системы Урана, а 13 июня эти изображения поступили на Землю. 15 июля из трех новых кадров с цветными светофильтрами было синтезировано и 12 сентября опубликовано первое цветное изображение планеты. Уран все еще выглядел как ровный голубой шарик, были видны четыре большие луны из пяти – Миранда оказалась слишком тусклой. Между тем она была основной целью «Вояджера» среди спутников – планировался пролет на дистанции 29 000 км при относительной скорости около 20 км/с. Чтобы «поймать» Миранду в кадр и качественно отснять, нужно было знать ее положение с ошибкой не более 100 км. Только наземными средствами, без съемки Урана и его спутников на подлете с определением их координат на фоне звезд, получить такую точность было немыслимо.

Съемка в системе Урана вообще представляла собой непростую задачу. Далекое Солнце светило слабо. Низкая освещенность объектов диктовала увеличение экспозиции. Если в системе Юпитера снимок через прозрачный фильтр получался за 0,12–0,24 секунды, то у Сатурна в план закладывали уже 0,96 секунды, у Урана требовалось 3,84, а у Нептуна – 7,68. Однако большая экспозиция вызывала смазывание изображения. Разрешение узкоугольной камеры составляло 9,25 мкрад, а типовая скорость поворотов КА в процессе стабилизации двигателями была 12,4 мкрад/с. Таким образом, каждые 3/4 секунды экспозиции давали смаз в один пиксель. Чтобы избежать этого, нужно было увеличить стабильность камеры вчетверо к моменту встречи с Ураном и в десять раз для работы в системе Нептуна.

Алгоритм стабилизации КА на двигателях был следующим. В зависимости от решаемой в тот или иной момент задачи задавался определенный допуск на отклонение ориентации от заданной – широкий, средний или узкий, от 0,5° до 0,05°. С выходом «за рамки» по любой угловой координате включались на 10 миллисекунд соответствующие ЖРД и придавали аппарату вращение в противоположном направлении. Через некоторое время «Вояджер» выходил на ограничение с другой стороны допустимого диапазона, и история повторялась. Чем жестче выставлялось ограничение, тем чаще срабатывали двигатели и тем выше был суточный расход гидразина, которого на «Вояджере-2» в середине 1985 г. оставалось примерно 65 кг.

Очевидным решением было сократить продолжительность включения и создаваемой им угловой скорости, но оно вело к непропорциональному сокращению выдаваемого импульса и неэффективному расходу топлива. Эксперименты показали, что продолжительность включения можно уменьшить вдвое, с 10 до 5 миллисекунд. В марте 1985 г. это решение с успехом опробовали на «Вояджере-1», а 31 июля реализовали на «Вояджере-2». В результате была достигнута стабильность ориентации на уровне 2,5 мкрад/с, то есть остаточная скорость вращения аппарата была в 100 раз меньше, чем у часовой стрелки.

Для компенсации смаза во время особо длительных экспозиций, измеряемых десятками секунд, были предусмотрены развороты КА с нужной угловой скоростью под управлением гироскопов.