Voyager 1

Voyager 1
Prevádzkovateľ	USA, NASA – JPL
Výrobca	USA, NASA – JPL
Typ misie	medziplanetárna sonda
Dátum štartu	5. september 1977
Kozmodróm	Eastern Test Range
Nosná raketa	Titan 3E Centaur D-1T
Zánik	nie
COSPAR ID	1977-084A
Kat. číslo	10321
Hmotnosť	815 kg
Kozmonautický portál

Voyager 1 (po slovensky Cestovateľ) je medziplanetárna kozmická sonda pre výskum vonkajšej časti slnečnej sústavy. Váží 815 kg, bola vypustená 5. septembra 1977 a je stále funkčná. Sonda je od Zeme najvzdialenejší ľudský výtvor.

Voyager 1 sa v súčasnosti dostáva na hranice slnečnej sústavy, kde sa vplyv Slnka stretáva s medzihviezdnym priestorom. Vo vzdialenosti 14 miliard kilometrov (90 AU) od Slnka vstupuje do helioplášťa, oblasti za rázovou (terminačnou) vlnou. V tejto vzdialenosti trvá signálom zo sondy viac ako 13 hodín než dorazia na Zem, do riadiaceho strediska Laboratória prúdového pohonu blízko Pasadeny v Kalifornii. Voyager 1 je na hyperbolickej dráhe a pohybuje sa únikovou rýchlosťou, to znamená, že sa naspäť do slnenčnej sústavy nevráti.

Vzdialenosť Voyageru 1 k 28. septembru 2008 činila 107,58 AU (16.093 miliárd km) a k 28. októbru 2008 už 108,584 AU (16,243 miliárd km) čo predstavuje len 0,00170 ly

Hlavným cieľom Voyageru 1 boli planéty Jupiter, Saturn a ich mesiace a prstence. V súčasnosti sonda študuje heliopauzu a výplň medzihviezdneho priestoru. Pre oboch Voyagerov sú zdrojom energie tri radioizotopové termoelektrické generátory, ktoré síce už prekonali pôvodne plánovanú životnosť, ale dnes sa predpokladá, že budú schopné generovať dostatok energie pre komunikáciu so Zemou aj po roku 2020.

Plánovanie misie

Voyager 1 bol plánovaný ako Mariner 11, súčasť programu Mariner. Od začiatku sa počítalo s využitím gravitačných manévrov. S ich pomocou je možné navštíviť viac planét s minimálnou spotrebou paliva.

Voyager 1 bol vypustený 5. septembra 1977 z mysu Canaveral raketou Titan IIIE Centaur. Aj keď bol vypustený až po svojom dvojčati Voyageru 2, kvôli chybe objavenej až na poslednú chvíľu, jeho dráha bola rýchlejšia a dosiahol Jupiter a Saturn pred svojím dvojčaťom.

Popis telesa

Simulátor sondy Voyager 1

Základnú časť trojosovo stabilizovanej sondy tvorí služobná časť tvaru nízkeho desaťbokého hranolu z hliníkových trubiek o výške 0,47 m a priemerom 1,78 m. Na jeho bokoch je pripevnených 10 schránok s elektronikou sondy. Uprostred hranolu v samom ťažisku je posadená guľová nádrž s priemerom 0,7 m do ktorej je natlačených 105 kg hydrazínu (jedovatej zásaditej kvapaliny, ktorá sa vyrába sa oxidáciou čpavku), paliva sondy. Na hornej podstave hranolu je umiestnená parabolická smerová anténa s priemerom 3,66 m. Väčšina vedeckého vybavenia je umiestnená na výklopnej tyči o dĺžke 2,3 m, ukončenej otočnou plošinou s kamerami a spektrometrami. Časť plazmových a časticových detektorov je rozmiestnená pozdĺž tejto tyče. Na ďalšej tyči o dĺžke 13 m na opačné strane sondy sú umiestnené 2 magnetometre.

Na tretej výklopnej konštrukcii sú umiestnené 3 radioizotopové termoelektrické generátory RTG (Radioisotope Thermoelectric Generator) (priemer 0,4 m, dĺžka 0,5 m, hmotnosť 39 kg, zdroj tepla 238PuO₂, počiatočný tepelný výkon 2.4 kW), dodávajúci 3×160 W elektrickej energie na začiatku letu.

Súbor vedeckých prístrojov tvorí:

• kamerový systém ISS (Imaging Science System);
• komplex pre rádiové meranie RSS (Radio Science System);
• ultrafialový spektrometer UVS (Ultraviolet Spectrometer);
• trojosový cievkový magnetometer MAG (Magnetometer);
• detektor nízkoenergetických iontov LECP (Low-Energy Charged Particles);
• systém detektorov kozmického žiarenia CRS (Cosmic Ray System);
• detektor rádiových vĺn PRA (Planetary Radio Astronomy);
• fotopolarimeter PPS (Photopolarimeter System);
• prístroj pre štúdium vĺn v plazme PWS (Plasma Wave System);
• infračervený interferometer a spektrometer IRIS (Infrared Interferometer Spectrometer);
• spektrometer plazmových častíc PLS (Plasma Spectrometer).

Celková prevádzka sondy je riadená zdvojeným palubným počítačom CCS (Computer Command Subsystem). Spracovanie vedeckých a telemetrických dát a riadenie vedeckých experimentov zaisťuje systém spracovania dát FDS (Flight Data Subsystem) vybavený strojeným počítačom. Dáta môžu byť zaznamenané na magnetopáskovú pamäť DSS (Data Storage Subsystem) s kapacitou 536 Mbit. Komunikačný systém pracuje v pásme X (8.4 GHz, rýchlosť prenosu 8 bit/s až 115.2 kbit/s, výkon 23 W) a S (2.3 GHz, rýchlosť prenosu min. 40 bit/s), prvýkrát použitý, v praxi ešte nevyskúšaný. Rovnako ako stabilizační digitálny systém AACS (Attitude and Articulation Control Subsystem), využívajúci detektory Slnka, sledovače hviezd a 3 uhlomerných gyroskopov, zaisťuje orientáciu a stabilizáciu sondy v priestore a natáčanie plošiny s optickými prístrojmi na skúmané ciele. Celkom 16 stabilizačných trysiek na jednozložkové KPL (hydrazin), o ťahu 16×0.9 N slúžia ako výkonné prvky pre korekciu dráhy (4 motory) a pre orientáciu a stabilizáciu sondy (8 motorov).

Celá sonda váži 822 kg a pri štarte bola poskladaná vo valci 5 m vysokom s priemerom 4,3 m. Viac ju zložiť nebolo možné, pretože anténa s priemerom 3,66 m je nezložiteľná. Prvé štyri minúty letu bola sonda uzavretá v špičke rakety Centaur. Potom odhodila aerodynamický kryt a až po 49 minútach, keď už bola navedená na dráhu k Jupiteru, začala vysúvať všetky nosníky a antény.

Priebeh letu

Voyager 1 odštartoval 5. septembra 1977 v čase 8 hodín 56 minút floridského času. Po desiatich minútach bola dosiahnutá parkovacia dráha, po ďalších 50 minútach medziplanetárna dráha. V priebehu štartu došlo k máličko predčasnému vypnutiu motorov na pevné palivo. Táto strata bola kompenzovaná dlhším horením ďalšieho stupňa Centaura a nakoniec bolo potrebnej rýchlosti dosiahnuté len 3,4 sekundy pred spotrebovaním paliva.

Štart sondy na vrchole rakety Titan/Centaur

Po dvoch hodinách letu bola sonda stabilizovaná v dvoch osiach na Slnko a za niekoľko ďalších hodín bola stabilizovaná aj v tretej osi na hviezdu Canopus. Dvojka mala pred ňou náskok 14 miliónov kilometrov, ale bola vyslaná na pomalšiu dráhu. 11. septembra bola prevedená korekcia dráhy +2,45 m/s. a 13. septembra korekcia dráhy +10,11 m/s. V obidvoch prípadoch bola zmena rýchlosti o 20% nižšia ako bolo plánované.

Bradforda Smitha, vedúceho tímu pre snímkovanie kozmických telies hneď po štarte Voyager 2 napadlo, že by bolo zaujímavé vidieť ako vyzerá pohľad na Zem-Mesiac. Narýchlo boli ešte pred štartom naprogramované palubné počítače a 18. septembra 1977 vznikla farebná fotografia kosáčika Zeme a kosáčika Mesiaca zložením snímok z 18 pozícií v troch farbách. Všetko bolo nahrané na palubný magnetofón a 7. a 10. októbra prehrané na Zem. Bola to prvá snímka z Voyagerov a prvá takáto snímka našej planéty a jej spolupútnika vôbec zo vzdialenosti 11 660 000 kilometrov.

Posledný novembrový týždeň prekrížili obidve sondy dráhu planéty Mars. Boli od neho vzdialené 137 miliónov km, čo je skoro toľko ako vzdialenosť Zeme od Slnka. 15. decembra 1977 jendotka predbehla dovjku. Žiadna kolízia im nehrozila, pretože ich delila vzdialenosť 17 miliónov kilometrov. Začiatkom decembra 1977 sa obidve sondy vnorili do pásu asteroidov medzi Marsom a Jupiterom.

Problémy s natáčaním plošiny

22. februára 1978 nastala na Voyageri 1 prvá vážna porucha. Pri kalibračných skúškach otočnej plošiny a príkazu o otočenie o 62 stupňov došlo po 27 stupňoch k spomaleniu pohybu a po ďalších 5 stupňoch sa plošina úplne zastavila. Nefunkčnosť plošiny by znamenala, že pri snímkovaní by sa musela otáčať celá sonda a nielen plošina s kamerami. Dáta by sa museli najprv nahrávať na magnetofónovú pásku, ktorej kapacita je ale obmedzená, pretože otáčaním by sonda stratila rádiový kontakt so Zemou. Na exemplári sondy, ktorý zostal v Pasadene, sa poruchu nepodarilo nasimulovať. Táto porucha spôsobila, že sonda nevyfotografovala planétku Medeu, ktorú minula vo vzdialenosti 15,9 mil. km.

Plošinu sa napokon podarilo opakovaným zapínaním elektromotora rozhýbať. Predpokladanou príčinou poruchy boli úlomky, pôvodne zistené na výstupnom ozubenom prevode a tiež v predposlednom prevode. Kúsky mäkkého poddajného materiálu, ktoré sa tam dostali zrejme z viacerých zdrojov pri zostavovaní jednotky. Úlomky boli ozubenými kolesami prevodu pravdepodobne rozdrvené a technici už neočakávali žiadne ďalšie ťažkosti.

Prelet okolo Jupitera

4. januára 1979 sa začalo nepretržité pozorovanie Jupitera vzdialeného 60 mil. km, 60 dní. Ultrafialový spektrometer monitoroval Jupiter 8 krát denne, každý deň bola vyhotovila stovka infračervených spektier. Fotopolarimeter zisťoval elektromagnetické vlastnosti prostredia, kde sa sonda nachádzala. Merania boli celý deň zaznamenávané na magnetofónovú pásku dlhú 328 m a schopnú uložiť 536 miliónov bitov informácií, čo je asi 100 kvalitných snímok. To sa jedenkrát denne v trojhodinovej sekvencii prehrávalo na Zem. Pri každom zapnutí, prevíjaní pásky prístroj trochu trhlo a museli sa na chvíľu zapnúť stabilizačné trysky sondy, aby snímkovanie mohlo byť plynulé. Pôvodne mala NASA v pláne len výskum planéty. Bradford Smith nakoniec presadil, aby sonda mohla uskutočniť aj výskum jeho družíc.

13. januára 1979 sa začalo intenzívne snímkovanie. Každých 96 sekúnd vznikol jeden snímok, nepretržite 100 hodín, 10 otočiek planéty. Spolu 3750 snímok, z ktorých sa vytvoril prvý film tohto druhu. Kotúč Jupitera sa postupne zväčšoval až sa už nevošiel do zorného poľa kamery a bolo nutné snímky skladať. Od 21. februára 1979 sa na zachytenie celého disku muselo použiť 9 obrázkov.

• 
  Postupné približovanie k Jupiteru
• 
  Veľká červená škvrna
• 
  Farebná snímka mesiaca Io.
• 
  Detail Jupiterovej atmosféry vo falošných farbách
• 
  Kráter Valhalla na mesiaci Callisto.
• 
  Dva mesiačiky s Jupiterom v pozadí.
• 
  Snímka Ganymeda, najväčšieho mesiaca v slnečnej sústave
• 
  Sopečná explózia na mesiaci Io.

3. marca 1979 bolo prerušené spojenie so sondou, kvôli 3 hodiny trvajúcemu blýskaniu nad austrálskou pozorovacou stanicou v Tidbinbille. Nenávratne boli stratené výsledky spektrometrického sledovania mesiaca Io v oblasti ultrafialového žiarenia. 4. marca 1979 o 19:13 hod bol ukončený snímok s veľmi dlhou expozíciou 672 sekúnd, z dôvodu spresnenia polohy sondy. V tej dobe nepracoval automatický kontrolný systém polohy plošiny, a preto sa musela za hviezdami v otvorenej hviezdokope M44 natáčať celá plošina s kamerami. Aj napriek tomu, alebo práve preto?, boli na fotografii objavené prstence, doteraz známe len u Saturna. Stephen Synnott na snímkach Voyagera 1 neskôr objavil aj nový malý mesiac pomenovaný Metis.

5. marca 1979 prebehlo snímkovanie malého mesiaca Amalthea a najtesnejší prelet okolo Jupitera vo vzdialenosti 280 000 km od jeho oblakov. Prebiehal detailný fotografický a rádiový prieskum, v činnosti boli postupne všetky prístroje. 6 hodín po najväčšom priblížení asi o 18:00 hod. boli v atmosfére Jupitera zaznamenané blesky. Keď bola sonda ukrytá za Jupiterom, bolo s ňou stratené spojenie na 2 hodiny.

Snímky mesiaca Io priniesli prekvapivé zistenie, že toto teleso má aktívny vulkanizmus. Rovnako neočakávané boli zábery na ľadom pokrytý mesiac Európa. K 15. marcu 1979 odoslala sonda Voyager 1 viac ako 15 000 fotografií Jupitera a jeho mesiacov a nespočítateľné množstvo ďalších meraní. 9. apríla 1979 prebehla ešte malá korekcia dráhy a Voyager 1 urýchlený Jupiterom bol na ceste k Saturnu.

Prelet okolo Saturna

Satrun z Voyageru 1 vo falošných farbách

24. marca 1980 vo vzdialenosti 300 000 000 km začal Voyager 1 fotografovať Saturn, hlavne kvôli vyhodnoteniu a upresneniu dráhy. 22. augusta 1980 nastal začiatok pozorovania a prieskumu planéty. 12.-14. októbra 1980 vznikol každých 288 sekúnd 1 snímok Saturnu počas 42 hodín. 24. októbra 1980 predstavovala vzdialenosť k Saturnu 25 000 000 km. 3. novembra 1980 prebehlo snímkovanie Saturna a prstencov s cieľom objaviť nové družice. 12. novembra 1980 sonda pozorovala najväčší Satunov mesiac Titan s najväčším priblížením o 7:05 hod vo vzdialenosti 4520 km. Tethys minula asi 23:40 hod. vzdialenost 416 000 km. 13. novembra 1980 nastalo najväčšie priblíženie k atmosfére Saturnu vo vzdialenosti 124 000 km.

18. novembra 1980 bola misia u Saturna ukončená, odoslané boli posledné fotografie. Voyager tak veľmi úspešne zakončil svoju úlohu v slnečnej sústave. Dodatočne na základe jeho dát boli nájdené 3 nové družice Saturna. Za 38 mesiacov cesty sa Voyager 1 oneskoril len o 2 minúty a vo vzdialenosti 1,5 miliardy kilometrov minul vypočítaný preletový bod len o 19 kilometrov.

14. februára 1990 urobil Voyager 1 snímky všetkých planét našej slnečnej sústavy okrem Merkúra, ktorý bol príliš blízko pri Slnku, zo vzdialenosti 6 miliárd km.

"Rodinný portrét" slnečnej sústavy

Súčasný stav

Voyager 1 sa 23. júla 2009 nachádzal 110,52 AU (16 533,55 miliónov kilometrov, alebo 0.001740 ly) od Slnka. Je ďalej než akýkoľvek známy prírodný objekt v našej sústave, vrátane planétok Eris a 90377 Sedna. Signály z Voyageru 1 prídu na Zem za 14,7 hodiny. Jeho rýchlosť je približne 61 600 km/h (o 10% rýchlejšie ako Voyager 2.) 19. novembra 2015 bude Voyager 1 133.15 AU od Slnka.

Súčasne polohy a trajektórie sond Pioneer a Voyager

Pozri aj

• Voyager 2

Zdroje

• Zdeněk Pokorný – Příběh nesmrtelných poutníku, Rovnost 1995 internet:
• http://voyager.jpl.nasa.gov/index.html
• http://www.lib.cas.cz/

Externé odkazy

• voyager.jpl.nasa.gov – Oficiálne stránky projektu Voyager (po anglicky)
• Informácie o misii na stránkách aldebaran.cz (po česky)
• Sonda v encyklopédii SPACE40 (po česky)