Разведчики внешних планет. Путешествие «Пионеров» и «Вояджеров» от Земли до Нептуна и далее - Игорь Лисов

Средства на полет «Вояджера-2» к Нептуну и его исследование были впервые запрошены в 1985 г. в проекте бюджета NASA на 1986 ф.г., одобрены Конгрессом и с этого времени выделялись в полном объеме.

14 февраля 1986 г. была проведена коррекция TCM-B15, задающая время и предварительные условия пролета Нептуна.

Следует отметить, что без этого маневра «Вояджер-2» все равно достиг бы восьмой планеты 27 августа 1989 г. и в 05:15 UTC прошел бы примерно в 34 000 км от нее. Более того, аппарат уже имел в памяти уставки для ориентации на Землю остронаправленной антенны на случай прекращения работы командного приемника.

Цель коррекции 14 февраля состояла в том, чтобы сместить момент прибытия примерно на двое суток и провести аппарат ближе к планете и ее главному спутнику Тритону, оставив при этом максимум свободы при окончательном выборе траектории.

У этого решения была своя история и свое продолжение.

Поскольку Нептун уже не должен был служить «опорой» для гравитационного маневра к следующей цели, баллистические ограничения при выборе новой траектории были минимальными. В августе 1980 г., когда был в принципе решен вопрос о полете второго «Вояджера» к Урану и Нептуну, баллистики предложили траекторию, проходящую на удалении 1,3 радиуса от центра планеты и примерно в 7000 км над ее поверхностью и обеспечивающую наблюдение Тритона с почтительного расстояния 44 000 км. Встреча с Нептуном должна была состояться 24 августа 1989 г. в 23:12 UTC. Пройдя по этой трассе, «Вояджер-2» должен был аккуратно довернуть в сторону Сириуса с прохождением на расстоянии в 0,8 св. года от этой звезды через 358 000 лет.

Научное сообщество было недовольно таким консервативным вариантом и в сентябре 1985 г. настояло на прохождении в 10 000 км от Тритона на отлетной ветви траектории, при меньшей угловой скорости движения последнего и лучших условиях для съемки. Для этого, однако, нужно было пройти над Нептуном вдвое ниже – на высоте 3400 км.

Не успели согласовать этот план, как в конце 1985 г. авторы используемой JPL динамической модели Солнечной системы «выкатили» данные о Нептуне, дающие наилучшее согласование расчетных движений небесных тел с реальными. В их новой версии масса Нептуна была на 1,5 % меньше, чем считалось ранее, радиус на 1000 км больше (!), а наклонение оси вращения – на 4° больше. После перерасчета выяснилось, что в заданный день и час Тритон будет находиться примерно в 8000 км к югу от принятой ранее точки. Эксперт по траекториям Роберт Сезароне определил: чтобы сохранить столь желанную для ученых дистанцию 10 000 км, нужно пройти сквозь область колец и затем еще ближе к планете – на высоте всего 1250 км.

Этот план и реализовала коррекция 14 февраля 1986 г. Двигатели «Вояджера» были включены на 2 ч 33 мин – это была их самая продолжительная работа за весь полет. Расчетное приращение скорости было 21,1 м/с с основной компонентой вектора на разгон; фактически скорость до маневра составляла 19 698 м/с, а после – 19 715 м/с.

Параметры гиперболической гелиоцентрической орбиты «Вояджера» после коррекции составили:

● наклонение – 2,49°;

● минимальное расстояние от Солнца – 1,4405 а.е. (215,5 млн км);

● эксцентриситет – 5,810.

Двигаясь по новой траектории, аппарат должен был достичь Нептуна 25 августа 1989 г. в 16:00 UTC и пройти на высоте 1300 км над облаками планеты.

Предусмотренную в июле 1986 г. следующую коррекцию TCM-B16 проводить не стали, и первая коррекция перелетного этапа TCM-B17 была выполнена 13 марта 1987 г. В соответствии с заложенными Землей инструкциями «Вояджер-2» развернулся на +60° по крену и на –175° по рысканью и в 10:00 UTC бортового времени включил двигатели на 70 мин 30 сек, получив приращение скорости 9,2 м/с. В результате расчетное время прибытия к Нептуну 25 августа 1989 г. сдвинулось на двенадцать часов – с 16:00 на 04:00 UTC.

Эта коррекция имела целью в корне изменить сценарий встречи с Нептуном, столь аккуратно выстроенный годом раньше. Руководители полета были обеспокоены наличием у планеты колец, причем асимметричных и потому плохо предсказуемых, а также вероятностью потери ориентации и даже поражения высоковольтным разрядом при пролете во внешней части холодной атмосферы Нептуна. После продолжительных расчетов и дискуссий минимально допустимой высотой пролета было признано 3100 км, а минимальным расстоянием от центра планеты в экваториальной плоскости – 27 300 км. Ниже и ближе риск потери аппарата становился слишком высоким.

С идеей близкого пролета Тритона пришлось распрощаться. Новую траекторию искали с учетом всех ограничений: таких как необходимость захода КА в тень и радиотень Нептуна и Тритона для зондирования их атмосфер. «Фотографы» выставили требование пройти хотя бы в 25 000 км от Тритона, чтобы заснять в деталях его поверхность. «Радистов» устраивало расстояние от 55 000 км и выше – при этом снижались ошибки наведения на лимб Нептуна. Окончательное решение вынес научный руководитель проекта Эдвард Стоун: пусть будет посередине между крайними заявками сторон – 40 000 км. От чего ушли, к тому и вернулись…

Новая трасса получила известность под именем Polar Crown («Полярная корона»). «Вояджер-2» должен был пересечь экваториальную плоскость Нептуна на расстоянии свыше 71 000 км от центра планеты, затем промчаться над ее северной полярной областью на высоте 5000 км, а еще через пять часов пройти мимо Тритона на расстоянии около 40 000 км.

В новом варианте Нептун разворачивал траекторию аппарата на 45° и направлял его не в сторону Сириуса, как планировалось раньше, а под 47,5° к югу от плоскости эклиптики – но этот побочный результат возражений не вызвал^[90].

Интересно, что именно при подготовке мартовской коррекции узкоугольная камера на борту «Вояджера» сделала первый навигационный снимок Нептуна и Тритона. Съемка с огромной дистанции – 1373 млн км – состоялась 16 января 1987 г. и по детальности примерно соответствовала возможностям наземных телескопов. Фотографирование велось за прозрачным светофильтром с выдержкой 5,76 секунды – достаточно большой, чтобы изображение Нептуна оказалось чуть-чуть смазанным.

Три следующих коррекции должны были возвращать «Вояджер-2» на окончательно выбранную траекторию в случае серьезных отклонений. Однако в сентябре 1987 г. они были еще слишком малы, и маневр TCM-B17A проводить не стали.

Коррекция 11 ноября 1988 г., получившая обозначение TCM-B17B, была проведена на расстоянии 414,7 млн км от Нептуна для ликвидации отклонения в 9875 км и сдвига времени прилета на 90 секунд вперед. Гидразиновые двигатели КА были включены в 11:06 UTC бортового времени на 209 секунд, выдав приращение скорости 0,45 м/с. Высота пролета над Нептуном осталась прежней, а минимальное расстояние до Тритона получилось примерно 38 000 км.