Эти аппараты поведали нам о чудесах других миров, об уникальности и хрупкости нашего, о рождениях и закатах. Они открыли нам самые отдаленные уголки Солнечной системы. Именно они впервые исследовали тела, которые, возможно, станут родиной наших далеких потомков.
Современные американские ракеты-носители слишком слабы, чтобы за считаные годы доставить подобный зонд к Юпитеру и дальше на одной лишь энергии ракетного двигателя. Но если подойти к делу с умом (и если повезет), мы можем поступить иначе. Можно (как и в случае с «Галилео», совершившим такой вираж спустя несколько лет) пролететь вблизи одной из планет, воспользоваться эффектом гравитационной пращи так, чтобы сама планета подтолкнула зонд к следующей. Это называется «гравитационный маневр». Практически никаких затрат, только изобретательность. Все равно что ухватиться за стойку движущейся мимо карусели, чтобы она ускорила вас и забросила в каком-то новом направлении. Ускорение корабля компенсируется за счет замедления орбитального движения планеты вокруг Солнца. Но поскольку планета невероятно массивна по сравнению с кораблем, ее торможение остается совершенно незаметным. Каждый из «Вояджеров» получил от Юпитера дополнительную скорость более 64 000 км/ч. Соответственно, орбитальное движение Юпитера вокруг Солнца замедлилось. Но насколько? Спустя 5 млрд лет, когда Солнце превратится в разбухший красный гигант, Юпитер из-за встречи с «Вояджером» пройдет по своей орбите на 1 мм меньше.
«Вояджер-2» воспользовался редким расположением планет. Близкий пролет мимо Юпитера позволил ему добраться до Сатурна, таким же образом зонд полетел от Сатурна к Урану, от Урана к Нептуну и от Нептуна отправился к звездам. Но такой маневр нельзя совершить когда заблагорассудится: предыдущая возможность сыграть в такой небесный бильярд могла представиться только в годы президентства Томаса Джефферсона[20]. В те времена мы исследовали мир еще только верхом, на каноэ и парусниках. Совсем немного оставалось до изобретения пароходов – новой революционной технологии.
Поскольку финансирования не хватало, Лаборатория реактивного движения НАСА могла сконструировать аппарат, который гарантированно смог бы функционировать лишь до Сатурна. Что будет дальше – оставалось только гадать. Однако, поскольку инженерная часть проекта была выполнена безупречно, а также потому, что специалисты, которые вели корабль при помощи радиосигналов, учились быстрее, чем начинала сдавать техника, оба «Вояджера» смогли исследовать и Уран, и Нептун. На момент написания этой книги «Вояджеры» передают данные от самой далекой из известных планет Солнечной системы.
Как правило, мы гораздо больше слышим об изумительных открытиях, чем о кораблях, которые их принесли, либо о корабелах. Так было всегда. Даже в исторических книгах, восторженно описывающих путешествия Христофора Колумба, почти ничего не рассказывается о тех, кто построил «Нинью», «Пинту» и «Санта-Марию», либо об устройстве каравеллы[21]. Эти корабли, их конструкторы, плотники, навигаторы и техники позволяют оценить истинные возможности науки и инженерии, ничем не стесненной в достижении четко поставленных мирных целей. Эти ученые и мастера должны быть примерами для Америки, стремящейся к совершенству конкурентоспособности. Их лица должны быть на наших марках.
Пролетая мимо каждой из четырех планет-гигантов – Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна, один или оба зонда исследовали саму планету, ее кольца и спутники. В 1979 г., достигнув Юпитера, они попали под настоящий град захваченных планетой заряженных частиц, в тысячу раз интенсивнее облучения, смертельного для человека. Окунувшись в такую радиацию, «Вояджеры» открыли кольца гигантской планеты, на спутнике Ио первые действующие вулканы, обнаруженные за пределами Земли, а также на спутнике Европа, возможно, подледный океан в безвоздушном мире – и это лишь немногие из массы удивительных находок. Минуя Сатурн (в 1980-м и 1981 г.), зонды прорвались сквозь ледяные вихри и нашли не несколько, а тысячи колец. Они исследовали замерзшие спутники, которые по загадочным причинам подтаивали сравнительно недавно, а также большой мир, где, вероятно, имеется океан, состоящий из жидких углеводородов и укрытый облаками органических веществ.
25 января 1986 г. «Вояджер-2» вошел в систему Урана и сообщил о целой череде чудес. Контакт с Ураном продолжался всего несколько часов, но данные, исправно переданные на Землю, произвели революцию в наших знаниях об этой аквамариновой планете, ее 15 спутниках, угольно-черных кольцах и поясе из захваченных высокоэнергетических заряженных частиц. 25 августа 1989 г. «Вояджер-2» промчался через систему Нептуна, запечатлел слабо освещенные далеким Солнцем калейдоскопические узоры облаков и удивительный спутник, где через невероятно тонкую атмосферу проносятся струйки мельчайших органических частиц. В 1992 г., пролетая мимо самой отдаленной из известных планет Солнечной системы, оба «Вояджера» зафиксировали радиоизлучение. Предполагается, что оно исходит от еще более отдаленной гелиопаузы – того места, где солнечный ветер уступает место звездному.
Поскольку мы прикованы к Земле, приходится рассматривать далекие звезды через искажающий их воздушный океан. Большая часть испускаемого ими ультрафиолетового, инфракрасного излучения и радиоволн не проникает через нашу атмосферу. Вполне понятно, почему космические аппараты произвели такую революцию в изучении Солнечной системы: они выходят в кристально-чистый космический вакуум, приближаются к интересующим нас целям, пролетают мимо них, как «Вояджер», либо выходят на их орбиты или даже садятся на небесные тела.
Эти космические зонды передали на Землю 4 трлн бит информации, что эквивалентно 100 000 энциклопедических томов. В книге «Космос» я описывал контакты «Вояджер-1» и «Вояджер-2» с Юпитером и его спутниками. Ниже я подробнее расскажу об их встречах с Сатурном, Ураном и Нептуном.
НЕПОСРЕДСТВЕННО ПЕРЕД ТЕМ, КАК «ВОЯДЖЕР-2» должен был войти в систему Урана, в проекте миссии предусматривался последний маневр: краткий запуск бортовых реактивных двигателей для корректировки курса корабля, чтобы он смог пройти по заранее заданному пути среди стремительных спутников. Но оказалось, что корректировать курс не требуется. Аппарат уже находился в пределах 200 км от заданной траектории, успев к этому времени пройти по дуге длиной более 5 млрд км. Это все равно что с расстояния 50 км попасть булавкой в игольное ушко либо выстрелить из винтовки в Вашингтоне и попасть в яблочко в Далласе[22].
По радио на Землю была передана бесценная информация о далекой планете. Но к тому моменту, как радиотелескопы поймали сигнал, пришедший от Нептуна, «Вояджер» был уже так далеко от Земли, что мощность сигнала составила всего 10–16 Вт (пятнадцать нулей и единица после запятой). Этот сигнал настолько же слабее света обычной настольной лампы, насколько диаметр атома меньше расстояния от Земли до Луны. Все равно что услышать шажок амебы.
Миссия задумывалась в конце 1960-х. Первое финансирование поступило в 1972-м. Однако проект не был одобрен в окончательном виде (в частности, не предусматривал контактов с Ураном и Нептуном) до тех самых пор, пока зонды не завершили исследование Юпитера. «Вояджеры» были запущены в космос на ракете-носителе «Титан-Центавр» одноразового использования. «Вояджер» весит около тонны, он мог бы полностью занять небольшой домик. Каждый зонд потребляет около 400 Вт энергии – существенно меньше, чем среднее американское домовладение, – и питается от генератора, вырабатывающего энергию на основе распада радиоактивного плутония. Если бы корабль работал на солнечных батареях, то доступная ему энергия постоянно оскудевала бы по мере удаления аппарата от Солнца. Если бы не ядерная энергия, «Вояджер» не передал бы вообще никаких данных с границы Солнечной системы и, возможно, смог бы что-нибудь сообщить только о Юпитере.
Электрический ток, пронизывающий оборудование зонда, порождает достаточно сильное магнитное поле, которое совершенно не позволило бы чувствительным приборам измерять межпланетные магнитные поля. Поэтому магнитометр был установлен на конце длинной штанги, как можно дальше от источника электрических помех. Так что под определенным углом «Вояджер» немного похож на дикобраза. Камеры, спектрометры, работающие в ультрафиолетовом и инфракрасном диапазонах, а также прибор под названием фотополяриметр расположены на гиростабилизированной сканирующей платформе, вращением которой можно дистанционно управлять – так, чтобы нацелить ее на то или иное небесное тело. Чтобы данные можно было прицельно ретранслировать на Землю, аппарат должен иметь ее координаты и ориентировать по ним свою антенну. Он также должен знать, где находится Солнце и как минимум одна яркая звезда, чтобы ориентироваться в трехмерном пространстве и аккуратно прицеливаться на любое космическое тело, мимо которого пролетает. Если нет возможности точно сориентировать камеру, то нет нужды и пересылать изображения на миллиарды километров.
Каждый из этих космических зондов стоит примерно столько же, сколько современный стратегический бомбардировщик. Но в отличие от бомбардировщика «Вояджер» после запуска уже нельзя вернуть в ангар и отремонтировать. Соответственно, компьютеры и электроника этих аппаратов проектировались с большим запасом. Основное оборудование, в том числе критически важный радиоприемник, имеют как минимум одно дублирующее устройство, ожидающее вызова до тех пор, пока не возникнет такая необходимость. Когда любой из «Вояджеров» сталкивается с проблемами, бортовые компьютеры задействуют разветвленную логику решения нештатных ситуаций, чтобы выработать адекватный план действий. Если это не помогает, зонд отправляет в ЦУП сигнал о помощи.
По мере того как «Вояджеры» все дальше уходят от Земли, увеличивается и длительность обмена радиосигналами. К тому моменту, как «Вояджер» достиг орбиты Нептуна, это время уже достигает около 11 часов. Соответственно, в случае аварии зонд должен «суметь» самостоятельно перейти в ждущий режим до тех пор, пока не получит инструкций с Земли. По мере износа оборудования сбои должны происходить все чаще, как в аппаратном, так и в программном обеспечении «Вояджера». Однако до сих пор не наблюдается никакой серьезной деградации аппарата – образно говоря, «механической болезни Альцгеймера».