ОТБЫТИЕ
ПОЛЕВОЙ СПРАВОЧНИК ПО «ВОЯДЖЕРУ» И «ПИОНЕРУ»
Десять глав о четырёх аппаратах, использовавших внешние планеты как ступени на пути прочь из Солнечной системы — и о двух посланиях, которые они несут для тех, кто их найдёт. Пролистайте вниз, чтобы начать миссию.
НАЧАТЬ — ГЛАВА 01 →Это удалось лишь четырём аппаратам
Чтобы обращаться вокруг Солнца, нужна одна скорость. Чтобы покинуть Землю — больше. А чтобы полностью вырваться из гравитации Солнца — уйти по траектории, с которой уже не возвращаются, — нужна третья космическая скорость, больше, чем ракеты начала 1970-х могли сообщить этим небольшим зондам. Все четыре аппарата из этого справочника заняли недостающее у планет, мимо которых пролетели.
«Пионер-10», «Пионер-11», «Вояджер-1» и «Вояджер-2» сегодня движутся по траекториям безвозвратного ухода от Солнца. В 2006 году к ним присоединился пятый — New Horizons. Скорости ниже даны на 10 октября 2026 года по эфемеридам JPL Horizons [1].
РИС. 1.1 — СКОРОСТЬ ОТНОСИТЕЛЬНО СОЛНЦА НА 10.10.2026, КМ/С [1]. ШКАЛА ДО 20 КМ/С.
РИС. 1.2 — ПРОВЕРКА УХОДА
После последнего пролёта планеты каждый зонд движется по инерции, и назад его тянет только Солнце. Энергия сохраняется, поэтому скорость на любом расстоянии следует из сегодняшних скорости и расстояния [1]. Эта скорость продолжает падать — но к пределу, к скорости, которая останется навсегда (v∞), а не к нулю.
Уйти — значит оставаться быстрее местной скорости убегания √(2GM/r), а она с расстоянием падает быстрее, чем замедляется зонд: скорость зонда выходит на v∞, а скорость убегания продолжает падать как 1/√r. Выберите аппарат и сдвиньте его прочь от последнего пролёта; кривые и показания вычисляются, а не нарисованы.
Модель: v(r)² = v∞² + 2GM/r, сегодняшние скорость и расстояние — из JPL Horizons [1], GM Солнца = 1,327 × 10¹¹ км³/с². Слабое притяжение планет после последнего пролёта не учтено; с Horizons модель расходится не больше чем на 0,01 км/с в 1995–2036 годах.
Похищая импульс у планеты
Планета на орбите сама движется быстро. Проведите аппарат вокруг её задней по ходу движения стороны — и гравитация развернёт его путь вперёд, по направлению движения планеты. Относительно планеты аппарат уходит ровно с той же скоростью, с какой пришёл; относительно Солнца — быстрее, как мяч, отскочивший от лобовой части идущего навстречу поезда. Платит за это планета — неизмеримо малым замедлением.
Пройдите перед планетой — и тот же поворот замедлит аппарат. Почему важна сторона, насколько близким должен быть пролёт и почему это не бесплатная энергия, разобрано на живых моделях в справочнике ПРАЩА; проверка ухода в главе 1 показывает, с чем Юпитер и Сатурн оставили эти четыре аппарата.
РИС. 2.1 — БОЛЬШОЙ ТУР: РАСПОЛОЖЕНИЕ ПЛАНЕТ, ПОВТОРЯЮЩЕЕСЯ РАЗ В 175 ЛЕТ
В конце 1970-х Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун выстроились так, что один аппарат мог с помощью гравитации каждой планеты добраться до следующей, — такое расположение повторяется примерно раз в 175 лет [2]. «Вояджер-2» — единственный аппарат, который им воспользовался: он прошёл мимо всех четырёх в 1979–1989 годах [3].
Первые за пределами внутренней Солнечной системы
«Пионер-10» стартовал 3 марта 1972 года (по UTC; во Флориде был вечер 2 марта) — первый аппарат, пересёкший пояс астероидов и достигший Юпитера, 4 декабря 1973 года [4]. «Пионер-11» последовал за ним в апреле 1973-го, пролетел мимо Юпитера в декабре 1974-го и 1 сентября 1979 года первым из аппаратов достиг Сатурна [5]. Простые, стабилизированные вращением, построенные на годы раньше «Вояджеров», они доказали, что внешняя Солнечная система проходима.
РИС. 3.1 — СХЕМА (НЕ В МАСШТАБЕ). ВЫБЕРИТЕ КОМПОНЕНТ.
Построены, чтобы работать в одиночку полвека
«Вояджер-2» стартовал 20 августа 1977 года; «Вояджер-1» последовал за ним 5 сентября — по более быстрой траектории, обогнавшей близнеца [3][8]. Оба несут по три радиоизотопных генератора, не подлежат ремонту и управляются компьютерами, которые выполняют около 8000 инструкций в секунду и имеют примерно 68 килобайт памяти на каждом аппарате — меньше одной фотографии в современном телефоне [7]. Выберите компонент.
РИС. 4.2 — ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ БЮДЖЕТ, 1977–2036
Каждый «Вояджер» улетел с Земли с мощностью около 470 ватт от трёх генераторов на плутонии-238 [8]. Само топливо угасает медленно — период его полураспада 87,7 года [9], — но стареют и термопары, превращающие тепло в электричество. К началу 1997 года мощность упала примерно до 335 Вт [8], а с тех пор каждый аппарат теряет около 4 Вт в год [7][13]. Модель соединяет эти опубликованные значения прямыми: между ними она интерполирует, после 2026 года — экстраполирует.
Каждые несколько ватт чего-то стоили. Плазменный прибор «Вояджера-2» отключили 26 сентября 2024 года [10]; детектор космических лучей «Вояджера-1» — 25 февраля 2025-го, а прибор заряженных частиц низких энергий «Вояджера-2» — 24 марта 2025-го [11][13]; такой же прибор «Вояджера-1» — 17 апреля 2026 года [12]. В августе 2026 года инженеры заменили часть потребителей «Вояджера-2» менее мощными и выиграли для трёх оставшихся приборов как минимум ещё год; ту же замену планируют сделать на «Вояджере-1» [13].
Сплошная линия: модель через 470 Вт при запуске, 335 Вт в начале 1997 года и −4 Вт в год после [7][8][13]. Пунктир: что оставил бы один распад плутония, 470 Вт × ½^(t / 87,7 года) [9]. Точки: опубликованные значения. Число приборов показано с 2024 года, когда началась нынешняя череда отключений.
Чего ждали — и что нашли
Послания, у которых почти нет шанса быть найденными
Оба «Пионера» несут небольшую гравированную табличку [4]; оба «Вояджера» — 30-сантиметровую позолоченную грампластинку [14]. Ни от одной не ждали, что её действительно найдут. Обе всё равно были сделаны.
Развернуть камеру назад
14 февраля 1990 года, примерно в 6 миллиардах километров — 40 а.е. — от Солнца, завершив планетную миссию, «Вояджер-1» по предложению Карла Сагана развернул камеру назад, к Солнцу, и сделал 60 кадров для группового портрета Солнечной системы [15][1]. На одном из них Земля — светлая точка размером около пикселя, пойманная в рассеянном луче солнечного света. Через несколько минут камеры выключили навсегда, чтобы сберечь энергию для долгого полёта [15].
Где заканчивается влияние Солнца
Солнце «выдувает» пузырь заряженных частиц — гелиосферу — далеко за пределы планет. Его край — не стена, а смена плазмы: «Вояджер-2» при пересечении напрямую измерил более плотную и холодную межзвёздную плазму [19]; «Вояджер-1», чей плазменный прибор уже не работал, выявил тот же скачок по частоте плазменных волн [18]. Пройдите по слоям границы.
Два всё ещё говорят, два умолкли
Положения даны на 10 октября 2026 года по эфемеридам JPL Horizons [1]. «Пионеры» больше не слышны [4][5]; «Вояджеры» ещё отвечают — у них включены два и три прибора [12][13].
РИС. 9.1 — НАСКОЛЬКО ДАЛЕКО «СЕЙЧАС»?
Вдали от всех планет каждый «Вояджер» летит почти по прямой, лишь слегка тормозимый Солнцем, поэтому его положение на любую дату следует из того, где он сейчас и с какой скоростью летит [1]. Расстояние от Земли каждый год колеблется ещё примерно на 0,8 а.е. в обе стороны, пока Земля обходит Солнце, — это около семи минут светового времени, которые прибавляются к каждой команде или вычитаются из неё.
«Вояджер-1» впервые оказывается в одном световом дне от Земли в середине ноября 2026 года; если считать от Солнца — только в начале февраля 2027-го. Сеть дальней космической связи сможет слышать «Вояджеры» примерно до 2036 года [7] — пройдите по этим десяти годам. Насколько слабым будет тогда их сигнал, рассказывает справочник СВЯЗЬ.
Модель: движение только под действием притяжения Солнца от положения и скорости по Horizons на 10 октября 2026 года [1] плюс Земля на своей слегка вытянутой орбите. С Horizons модель расходится меньше чем на минуту светового времени, а даты светового дня — меньше чем на сутки до 2036 года.
Что мы решили рассказать о себе
Примерно в 40 272 году «Вояджер-1» пройдёт в 1,7 светового года от звезды AC+79 3888; «Вояджер-2» так же приблизится к звезде Росс 248 примерно через 40 000 лет [7]. Всё, что они несут, останется читаемым ещё долго после того, как не станет никого, кто их построил.
Источники, на которые ссылается этот справочник
Номера в квадратных скобках в тексте выше соответствуют источникам ниже.