К далеким пределам: От Солнца до самых до окраин

В 1970-х человечество открыло новую эру в исследовании Солнечной системы. В 1970-м советская автоматическая станция «Венера-7» впервые прикоснулась к нашей ближайшей космической соседке, через пять лет «Венера-9» и «Венера-10» доставили туда спускаемые аппараты, отправившие на Землю фотоснимки ее поверхности. С 1971 по 1978 год с мыса Канаверал ушли в космос 12 зондов, просканировавших пространство от Солнца до последней гигантской планеты, Нептуна.

Эту великолепную дюжину стоит перечислить поименно. Стартовавший 30 мая 1971 года Mariner 9 через пять с половиной месяцев вышел на околомарсианскую орбиту и превратился в первый искусственный спутник другой планеты. Затем в космос отправились близнецы Pioneer 10 и Pioneer 11, которые первыми пересекли пояс астероидов и прислали на Землю информацию, собранную в окрестностях Юпитера и Сатурна. В ноябре 1973 года в сторону Солнца ушел Mariner 10, который первым прошел неподалеку от Меркурия и запечатлел его на фотоснимках.

В 1974—1976 годах американо-германские аппараты Helios 1 и Helios 2 подошли на рекордно близкие расстояния к Солнцу, а спускаемые аппараты двух станций Viking благополучно сели на Марс. В 1977 году были запущены Voyager 1, который детально исследовал Юпитер и Сатурн, и Voyager 2, совершивший пролет мимо Урана и Нептуна. И наконец, еще через год Pioneer Venus 1 произвел радиолокационное картирование поверхности Венеры, а Pioneer Venus 2 отправил в ее атмосферу четыре зонда с измерительной аппаратурой.

Особое место в этой плеяде занимают сверхдальние полеты. Исследования Марса и Венеры с помощью космических аппаратов начались еще в 1960-х, а вот рывок за пояс астероидов оказался революционным. Полеты «Пионеров» и «Вояджеров» заложили основы для миссий аппаратов Galileo, Cassini и New Horizons. Первая миссия уже завершена, вторая в самом разгаре, а третья вступит в активную фазу лишь в 2015 году, когда корабль приблизится к Плутону.

Последние «Пионеры»

Американская космонавтика освоила название Pioneer в самом начале космической эры. Тогда его носили шесть небольших аппаратов, сконструированных в Лаборатории космических технологий ВВС в основном для полетов к Луне. Первый из них стартовал 17 августа 1958 года (еще до учреждения NASA), но ракета-носитель взорвалась, едва оторвавшись от земли. Символом этой неудачи стала необычная нумерация эксперимента — Pioneer 0. Запуск 23-килограммового зонда Pioneer 1 стал первой миссией NASA (спустя всего 11 дней после официального рождения космического ведомства). Он удалился от Земли на рекордное по тем временам расстояние 113 800 км и сгорел в атмосфере при возвращении. «Пионеры» с номерами 2, 3 и 4 также не выполнили своей задачи. Зато последний аппарат серии, 43-килограммовый Pioneer 5, весной 1960 года с успехом осуществил серию измерений магнитных полей, солнечного ветра и космических лучей в пространстве между Землей и Венерой.

«Пионеры» второго поколения выполняли работу солнечных сторожей. В 1965—1968 годах четыре таких зонда весом от 138 до 147 кг были выведены на околосолнечные орбиты, не слишком отличающиеся от земной. Они проводили те же измерения, что и Pioneer 5, но с помощью более совершенных приборов. Pioneer 9 вышел из строя в 1983 году, остальные продержались много дольше (последний телеметрический контакт с зондом Pioneer 6 имел место в декабре 2000 года).

А позже случилась забавная история, имеющая отношение не только к науке, но и к бюрократии. NASA планировало запустить еще два «Пионера», предназначенных для мониторинга солнечного ветра на расстояниях до 4 а.е. (астрономических единиц) от нашего светила. Эти проекты, как и предыдущие, находились под эгидой Отдела космической физики и астрономии. Однако в конце 1967 года их передали Отделу лунных и планетарных программ, просто чтобы чем-нибудь занять его сотрудников, не имевших заданий на 1970-е годы. Руководители этого подразделения NASA Дон Хирт и Роберт Кремер решили отправить зонды подальше, более чем на 5 а.е., и не в пустой космос, а в окрестности Юпитера. После долгих обсуждений это предложение было утверждено 8 февраля 1969 года. На той стадии предполагалось, что зонды получат одинаковые задания и второй по времени запуска «Пионер» будет дублером первого.

Совсем другая миссия

Конструкцию зондов, естественно, пришлось разрабатывать заново. Прежде всего встал вопрос об источнике электричества. Солнечные панели, которые обеспечивали энергией прежние «Пионеры», вблизи Юпитера давали бы слишком слабый ток, а емкости аккумуляторов явно было бы мало. Конструкторы сделали выбор в пользу новейших радиоизотопных термоэлектрических генераторов SNAP-19, работающих от тепла, выделяющегося при распаде плутония-238. Комиссия по атомной энергии предоставила их NASA бесплатно, поскольку хотела испытать эти устройства в открытом космосе. Каждый зонд нес четыре генератора, попарно установленных на двух трехметровых штангах (это было сделано во избежание воздействия радиации на измерительные приборы). На старте они давали в сумме около 155 Вт, на пролете вблизи Юпитера на 10% меньше, но этого было вполне достаточно.

Оба «Пионера», изготовленные корпорацией TRW, были почти одинаковы и по массе (258 и 259 кг) и по начинке. Каждый нес 11 научных инструментов (плазменный анализатор, детектор космической пыли и т. п.). Однако бортовых компьютеров они не имели (эпоха микропроцессоров еще не настала!) и потому работали исключительно по командам с Земли.

Не несли они и фотокамер. Для хороших съемок корабль нужно стабилизировать по всем трем осям, что требует установки гироскопов и корректирующих двигателей, а это означает лишнюю массу и лишний расход электроэнергии и топлива. Было решено, что в полете каждый из кораблей может вращаться вокруг продольной оси, но его параболическая радиоантенна должна неизменно смотреть на Землю. Научных руководителей проекта не слишком интересовали снимки Юпитера, им была нужна информация о его магнитосфере и прочие физические характеристики, которые можно замерить при любом положении датчиков. Тем не менее в NASA понимали, что публика не простит отсутствия эффектных картинок. Проблему разрешил Том Герелс из Аризонского университета, который сконструировал специально для «Пионеров» так называемый изображающий фотополяриметр — хитрый оптический прибор, способный работать на вращающейся платформе. На Земле его сигналы расшифровывались с помощью компьютерной программы, трансформирующей их в фотоизображения, правда не самого лучшего качества.

«Пионеры» в полете

2 марта 1972 года ракета Atlas/Centaur вознесла в небо Pioneer 10. Он благополучно пересек пояс астероидов (который, как выяснилось, содержит ненамного больше микрочастиц, чем его окрестности) и 3 декабря прошел в 200 000 км над облачным покровом Юпитера. Фотополяриметр Герелса работал безупречно, зонд сделал четыре сотни снимков, многие из которых публика с удовольствием лицезрела и на телеэкранах, и на страницах газет и журналов. Остальные приборы собрали гораздо более ценную информацию о частицах и полях вблизи планеты, но интересной она была исключительно для специалистов.

Pioneer 11 покинул стартовый стол 5 апреля 1973 года. 4 декабря он прошел в 34 тысячах километров от Юпитера и отправил на Землю превосходные изображения Красного пятна и невозможные для съемки с Земли фотографии южной полярной зоны планеты, а заодно и «взвесил» ее спутник Каллисто. Однако на этом его миссия не закончилась. Совершив гравитационный маневр вблизи Юпитера, Pioneer 11 отправился на рандеву с Сатурном по длинной дуге, огибающей Солнце. 1 сентября 1979 года зонд подошел к окольцованной планете на 21 000 км. Изотопные генераторы не подвели — даже тогда они вырабатывали около 100 Вт. Приборы определили характеристики магнитного поля Сатурна и отправили на Землю эффектные снимки, на которых было обнаружено неизвестное ранее кольцо (кольцо Е).

Аппаратура кораблей сохраняла исправность еще долгие годы после рандеву с планетами. Pioneer 11 перестал выходить на связь в ноябре 1995 года, после того как удалился от Солнца на 6,5 млрд. км. Pioneer 10 продержался дольше, в марте 1997-го NASA отметило его 25-летие и сообщило о завершении его исследовательской программы (официальная версия — мощность генераторов так упала, что приборы не могут работать). Однако сигналы с зонда поступали еще очень долго (в последний раз — 23 ян"