"Большой тур" уступает место "малому"
Д. ГОЛЬДОВСКИЙ
Так называемые внешние планеты Солнечной системы Юпитер, Сатурн, Уран. Нептун, и Плутон до сих пор еще очень мало исследованы. При современном уровне техники автоматическая межпланетная станция будет лететь к этим планетам несколько лет, а при запуске с Земли потребуются очень большие, еще недоступные нам начальные скорости.
До ближайшей из внешних планет - Юпитера - автоматической станции придется лететь почти два года (при начальной скорости 14 км/сек). Эти величины еще приемлемы. Но вот до Нептуна добираться пришлось бы 30 лет (при начальной скорости 16 км/сек). Говорить о создании космических аппаратов, способных надежно работать в течение нескольких десятилетий, тоже пока нереально. Что же, выходит, полеты к Урану, Нептуну, и Плутону придется отложить на двадцать первый век?
Но оказалось, что сама природа «идет нам навстречу». В конце 1970-х, и в начале 1980-х годов внешние планеты принимают такое взаимное положение (следующий раз оно повторится только в 2154 году!), что космическому аппарату достаточно добраться до Юпитера, а там под воздействием притяжения этой гигантской планеты он получит необходимое увеличение скорости, чтобы достигнуть Сатурна. Далее планеты своим притяжением начнут перекидывать аппарат, как мячик, от одной к другой. Скорость будет все нарастать, и аппарат может за 8 - 9 лет достигнуть, и Нептуна, и самой отдаленной планеты Солнечной системы - Плутона.
Расчеты показывают, что аппарат, запущенный 4 сентября 1977 года, пролетит около Юпитера 29 января 1979 года, около Сатурна - 3 сентября 1980 года, около Урана - 1 февраля 1987 года и, наконец, около Нептуна - 8 ноября 1986 года. Законы небесной механики не позволят этому же космическому аппарату пройти около Плутона. Для исследований Плутона надо запустить другой аппарат, тоже 4 сентября 1977 года. Пройдя около Юпитера и Сатурна, он сблизится с Плутоном 9 марта 1986 года.
Возможность такого последовательного полета одного аппарата около трех-четырех внешних планет Солнечной системы ученые тщательно изучали, и проверяли. В США была даже намечена программа полета, получившая название «Большой тур». Разработан проект аппарата для такого полета. Аппарат весом 655 кг компонуется вокруг отражателя остронаправленной антенны диаметром 4,3 м. Для электропитания служат радио изотопные энергетические установки (солнечные батареи на таких громадных расстояниях от Солнца неэффективны). Для аппарата проектировалась автономная система коррекции траектории (как на советских автоматических станциях «Марс-2» и «Марс-3»), а также бортовая вычислительная маши на (БЦВМ) для постоянного контроля бортовых систем, и устройств. В случае, каких-либо неполадок БЦВМ должна подключать резервные системы и устройства. Необходимость автономной системы коррекции к БЦВМ диктуется тем, что управлять работой такого аппарата с Земли или контролировать его весьма сложно. Достаточно сказать, что команда от Земли до космического аппарата, находящегося в районе Юпитера, будет идти более получаса, до Сатурна - более часа, до Урана - более двух часов, до Нептуна - примерно четыре часа, и до Плутона - более пяти часов.
Однако программу «Большой тур» отменили. Чем объяснить отказ от полетов, представляющих, казалось бы, столь широкий научный интерес?
Кроме основных - финансовых - причин отказа от такого полета, приводятся следующие аргументы:
- очень мала вероятность того, что бортовое оборудование аппарата, посланного в многолетнюю экспедицию по программе «Большой тур», сможет надежно работать в течение столь длительного времени;
- полет около планет будет совершаться на таком большом расстоянии, что научная информация окажется очень ограниченной;
- не обязательно стараться использовать благоприятное взаимное расположение внешних планет в 1976 - 1980 годах. Такой полет с приемлемыми начальной скоростью и продолжительностью перелета станет реальным, может быть, уже в конце 1980-х годов, если будут созданы достаточно мощные электрические ре-, активные двигатели, способные разгонять аппарат в полете. Тогда высокий начальный разгон, и приращение скорости за счет притяжения планет уже не потребуются.
Вместо программы «Большой тур» предлагается программа, которую можно условно назвать «малый тур». Она предусматривает запуск двух межпланетных автоматических станций, из которых каждая совершит пролет не около трех-четырех, а всего лишь около двух планет - Юпитера и Сатурна, используя притяжение первой из них. Запуск обеих станций намечен на 1977 год. Около Юпитера они пролетят через 1,5 года, около Сатурна - через 3,5 года после старта. Каковы же преимущества повои программы по сравнению с программой «Большой тур»?
Снижение требований надежности (не на 8 - 9 лет, а только на 3,5 года) позволит не разрабатывать принципиально новый аппарат, а лишь модифицировать хорошо зарекомендовавшие себя аппараты тина «Маринер». Можно будет учесть опыт полетов межпланетных станций «Пионер» к Юпитеру, поскольку условия полета, и длительность активного существования этих станций и станций типа «Маринер», но программе «малый тур» будут сравнимы.
3 марта 1972 года уже запущена американская автоматическая станция «Пионер-10» В апреле 1973 года намечен запуск второй станции - «Пионер-11»
Станции «Пионер-10» предстоит лететь до Юпитера 21 месяц, и преодолеть почти миллиард километров - такова протяженность трассы. Расстояние между орбитами Земли и Юпитера значительно меньше (777,8 млн. км), но станция движется по кривой, касательной к орбитам Земли, и Юпитера. Подобная трасса наиболее выгодна в энергетическом отношении, так, как требует наименьшей начальной скорости при выводе. Правда, даже эта наименьшая скорость составляет 14 км/сек, то есть значительно больше, чем требуется при полетах к Лупе, Марсу и Венере. Показательная деталь станция «Пионер-10» пересекла орбиту Луны через 11 часов после запуска, а автоматические, и пилотируемые лунники добираются до Луны за 3 - 5 суток.
На пути к Юпитеру «Пионеру-10» предстоит преодолеть пояс астероидов между орбитами Марса и Юпитера. Толщина этого пояса почти 300 млн. км. Станция вошла в него в июле 1972 года. По оценке американских специалистов, вероятность рокового для станции столкновения в этом поясе не превышает 1О1Уо. На станции установлен прибор «Сизиф» (комплект из четырех оптических телескопов) для регистрации астероидов по отраженному, и рассеиваемому ими солнечному свету, а также детектор метеорной пыли.
Свою научную работу «Пионер-10» начал еще у Земли вскоре после старта были включены приборы для исследования внешнего радиационного пояса нашей планеты. Но основное задание станция будет выполнять при полете около Юпитера. Траектория ее была скорректирована с таким расчетом, чтобы межпланетная станция миновала чрезвычайно мощный радиационный пояс Юпитера, где оборудование станции могло бы быть повреждено ионизующим излучением. Она пройдет на расстоянии примерно 140 000 км от планеты 2 декабря 1973 года.
Таким образом, в самом конце ноября и начале декабря 1973 года наступит самое ответственное время работы станции. Около четырех суток будет продолжаться исследование Юпитера, его спутников, и околопланетного пространства с пролетной траектории. С помощью фотополяриметра предполагают получить 10 снимков Юпитера и примерно столько же снимков его спутников.
Ученым особенно повезет, если удастся снять так называемое «красное пятно» в атмосфере Юпитера. По некоторым предположениям, это - огромная (длиной до 50 000 км) глыба замерзшего твердого водорода, «плавающая в атмосфере»
О природе Юпитера известно чрезвычайно мало. Скажем, неизвестно даже, имеет ли Юпитер твердую поверхность, подобно земной. Есть предположение, что под влиянием гигантского притяжения газообразный водород юпитерианской атмосферы «с глубиной» переходит в жидкий, а затем в твердый водород.
Притяжение Юпитера увеличит скорость «Пионера-10» примерно до 20 км/сек. Эта скорость превышает третьи» космическую (16,2 км/сек), необходимую для преодоления притяжения Солнца. В результате станция через
И - 12 лет после старта пересечет орбиту Плутона, и выйдет за пределы Солнечной системы. Связь со станцией. как считают специалисты, можно будет поддерживать на расстоянии до 2,4 млрд, км от Земли. На таком расстоянии (между орбитами Сатурна и Урана) «Пионер-10» окажется приблизительно через 6 лет после запуска.
Станция «Пионер-10», видимо, выйдет за пределы
Солнечной системы, поэтому нельзя полностью исключить возможность ее встречи с разумными инопланетными существами, если таковые есть. Чтобы дать им представление о месте, и времени запуска станции, а также о ее создателях, станция несет послание в виде рисунка.
Таковы планы и первые шаги в исследовании внешних планет Солнечной системы.
Читайте в любое время
