Zdjęcie w tle: NASA – Donald Davis
Wstęp
Program Voyager to jeden z najbardziej znanych programów kosmicznych kiedykolwiek przeprowadzonych. Składało się na niego wysłanie dwóch sond kosmicznych do odległego zewnętrznego układu słonecznego, korzystając z okna asysty grawitacyjnej Jowisza drugiej połowy lat 70-tych. Voyager 2 jako pierwszy w historii statek kosmiczny dotarł w pobliże wszystkich 4 planet zewnętrznych, a niedługo przed tym Voyager 1 przeleciał obok Jowisza i Saturna, konkretnie blisko największego księżyca w Układzie Słonecznym, czyli Tytana. Obie sondy, jako że od początku miały opuścić nasz układ, zostały wyposażone w tzw. Złote Płyty (ang. Voyager Golden Records), zawierające informacje i zdjęcia o położeniu Ziemi i o ludzkości. Niezwykła unikatowość tych dwóch misji, a także powyżej opisane złote dyski spowodowały, że program Voyager zapisał się w historii i od początku inspirował ludzi na całym świecie.
Artystyczna wizja sondy Voyager.
Wczesna historia i cele badań
W 1965 roku pracownik NASA Gary Flandro wyliczył, że w drugiej połowie lat 70-tych Jowisz i Saturn znajdą się w unikatowej pozycji do przeprowadzenia asysty grawitacyjnej pozwalającej odwiedzić wszystkie planety zewnętrzne za pomocą tylko jednego urządzenia. Inną dostępną wtedy trajektorią był lot Jowisz-Saturn-Pluton. Mało tego, dzięki wykorzystaniu takiego manewru czas potrzebny do pokonania trasy w kierunku Neptuna i Plutona zmniejszyłby się o ok. 20 lat. Ponieważ tego typu ułożenie zdarza się tylko raz na ok. 175 lat (czyli następny wydarzy się dopiero w latach 50-tych XXII wieku) szybko zaczęto tworzyć plany i projekty na misje mające zbadać te rejony.
Jednym z nich był Grand Tour program, który to miał być zrealizowany w połowie lat 70-tych i za pomocą dwóch robotycznych sond przelecieć nad wszystkimi gazowymi gigantami, z czego każda sonda odwiedziłaby po 3 planety (trzeba pamiętać, że Pluton również był uważany za planetę). Pierwsza z sond miała być wystrzelona w 1977 roku i odwiedzić Jowisza, Saturna i Plutona, podczas gdy druga, wystrzelona w 1979 miałaby dotrzeć do Jowisza, Urana i Neptuna. Pomimo rozpoczęcia prac nad sondami, program został zamknięty ze względu na wysokie koszty (od 750 do 900 mln dolarów plus ok. 100 mln za same sondy) w 1971 roku. W ’72 natomiast uchwalony został program Mariner Jupiter-Saturn. Koszt wdrożenia go w życie miał wynosić jedynie 360 mln $ na sondę, ponieważ byłyby one jedynie przedłużeniem sprawdzonego już programu Mariner, korzystając z technologii, jakie były w nim używane.
Starego pomysłu Grand Tour nie porzucono jednak całkowicie. Mocno zmieniono plany na kurs tylko pierwszej z sond. Druga jak wcześniej planowano, miała odwiedzić Jowisza, Saturna, Urana i Naptuna, co oznacza, że dodany został tylko Saturn. W nowym programie postanowiono mocniej skupić się na Saturnie, a konkretnie na jego największym księżycu Tytanie. Wiadomo było wówczas, że jest on unikatowy ze względu na atmosferę i wielkość, a asysta grawitacyjna do układu Saturna bardzo ułatwiała dokładniejsze przyjrzenie mu się. Z tego powodu pierwsza sonda miała zmodyfikowaną trajektorię: od Jowisza do Saturna ze szczególną bliskością względem Tytana podczas przelotu.
Uproszczone trajektorie sond Voyager.
Na kilka miesięcy przed startem pierwszej sondy, NASA ogłosiła konkurs na zmianę nazwy programu z Mariner 11 i Mariner 12. Zwycięską nazwą okazał się Voyager.
Budowa sond
Poglądowy rysunek sondy Voyager 1 z podpisami poszczególnych elementów.
Łącznie obie sondy ważyły 773 kg, z czego 105 kg stanowiły instrumenty naukowe. Główny korpus całej konstrukcji jest w kształcie graniastosłupa o dziesięciokątnej podstawie. Stabilizacja i obrót są wywoływane za pomocą trójosiowego systemu żyroskopowego i 16 silniczków na hydrazynę po bokach konstrukcji. Duża paraboliczna antena jest stale zwrócona ku Ziemi, gdzie za pomocą systemu wysokiej czułości anten Deep Space Network odbieramy z niej sygnał. Ma ona 370 cm średnicy. Jest zamontowana nieruchomo do reszty konstrukcji.
Jeden z w pełni złożonych i gotowych do zamontowania generatorów RTG przygotowany na potrzeby programu Voyager.
Energia dla sond jest zapewniana przez 3 termoelektryczne generatory radioizotopowe (ang. RTG) typu MHW-RTG. Działają one na pluton-238 (czyli nie na pluton-239, który to jest używany do produkcji niektórych bomb jądrowych), którego jest po 37,7 kg w każdym generatorze. Ponieważ paliwo to ciągle rozpada się i stygnie, z czasem zapewnia coraz mniej energii. Półokres rozpadu plutonu-238 wynosi 87,74 lata, lecz warto też wspomnieć, że ze względu na zużycie innych podzespołów tych urządzeń produkcja energii spadnie do zera wcześniej. Na razie jednak trzymają się one bardzo dobrze i wciąż produkują jej wystarczająco dużo, aby zasilić anteny i niektóre czujniki obu sond. Prawdopodobnie w 2032 roku niestety wartość ta spadnie poniżej minimalnej potrzebnej do komunikacji.
Osiągnięcia
Nie jest dla nikogo zaskoczeniem fakt, że obie sondy dokonały bardzo wielu przełomowych odkryć. Dotarły one jako pierwsze w historii urządzenia z Ziemi na wszystkie 4 gazowe olbrzymy naszego układu planetarnego. Mało tego, 2 z nich – Uran i Neptun – nigdy nie zostały odwiedzone ponownie (stan na 2024 rok). Wszelkie nowe zdjęcia czy badania tych ciał siłą rzeczy albo opierają się na danych z tych dwóch przelotów, albo obserwacji teleskopowych. Ciekawostka: seria zdjęć ze znad Neptuna na dekady wprowadziła cały świat w błąd na temat jego koloru. Technicy odpowiadający za poprawne wykonywanie zdjęć przez Voyagera 2 na krótko przed przelotem nad Neptunem zdalnie zmienili ustawienia aparatów, aby zdjęcia wyszły ostrzejsze, a chmury górnych warstw atmosfery bardziej widoczne. Miało to swoją konsekwencję w postaci pozornej zmian koloru planety na granatowy, o czym de facto poinformowano podczas publikacji zdjęć, lecz informacja ta w jakiś sposób się zatarła. Dopiero niedawno za sprawą zdjęć z JWST publika przypomniała sobie o tym fakcie a większość zdjęć widniejących na takich stornach jak Wikipedia zostało zmienionych, żeby lepiej oddawać realną bladozieloną barwę planety.
Wykonane w 1986 roku zdjęcie Neptuna w zafałszowanych kolorach.
Wykonane w 1986 roku zdjęcie Neptuna przez sondę Voyager 2 po kalibracji kolorystycznej, aby lepiej oddać prawdziwy kolor planety.
Voyager 1 był również pierwszym urządzeniem, jakie sfotografowało z bliska Tytana, czyli największy księżyc układu. Dostarczył on podstawowe dane dotyczące jego atmosfery i pola magnetycznego.
Po odwiedzeniu wszystkich zaplanowanych ciał niebieskich (dla Voyagera 1 były to układy Jowisza i Saturna, a dla Voyagera 2 układy Jowisza, Saturna, Urana i Neptuna), obie sondy znacznie przyspieszyły przez asystę grawitacyjną w kierunku przestrzeni międzygwiezdnej. Voyager 1 opuścił nasz układ w 2013 roku, a Voyager 2 5 lat później – w 2018 roku.
Voyager Golden Record
Jednym z najsłynniejszych elementów obu misji są zdecydowanie Złote Płyty. Zawierają one zdjęcia i informacje o ludzkości i położeniu Ziemi w kosmosie. Ponieważ niezwykle mało prawdopodobne jest, że coś je zatrzyma, sondy te będą dryfowały w kierunku innych gwiazd przez następne dziesiątki tysięcy lat.
Opis cząsteczki DNA wraz z jej rysunkiem.
Zdjęcie Ziemi wraz z jej średnicą.
Przedstawiony dwoma sposobami system dziesiętny z przykładami użycia.
Inżynierowie wiedząc, że przez bardzo długi czas żaden inny obiekt ich nie wyprzedzi, postanowili zrobić z nich pewnego rodzaju posłańców ludzkości wysłanych w nieznane. Możliwe jest, choć ekstremalnie nieprawdopodobne, że kiedyś, jakiegoś rodzaju kosmici odnajdą jedną z tych sond. Wtedy właśnie przydadzą się zamontowane na nich Złote Płyty. W możliwie najprostszy sposób są na nich zapisane informacje nt. położenia Ziemi względem pulsarów o określonej częstotliwości, zdjęcia przedstawiające nas, naszą kulturę i nasze otoczenie, jak również cały katalog nagrań muzyki, odgłosów zwierząt i krótkich informacji w kilkudziesięciu językach z całego świata.
To jest prezent z małego, odległego świata, żeton do naszych dźwięków, naszej nauki, naszych widoków, naszej muzyki, naszych myśli i naszych uczuć. Próbujemy przetrwać nasze czasy, abyśmy dożyli do waszych.
– Wypowiedź prezydenta USA Jimmy’ego Cartera nt. Złotych Płyt na sondach Voyager.
Zdjęcie astronauty na tle Ziemi, demonstrujące nasze umiejętności poruszania się w kosmosie.
Budynek w nocy z zapalonymi światłami na tle miasta, pokazujący jeden ze sposobów naszego budowania schronień.
Przedstawienie różnych sposobów odżywiania się przez ludzi.
Oprócz tego płyty te są pokryte ultra czystą warstwą uranu-238, o półokresie rozpadu wynoszącym 4,468 mld lat. Został on tam umieszczony, aby hipotetyczna obca cywilizacja była w stanie stwierdzić, jak stara jest płyta, którą zbadają. Polega to na tym, że: ponieważ wiadomo, jaki jest półokres rozpadu warstwy uranu, to wiadomo też, z jaką prędkością się rozpada. Jeśli minie jakaś jednostka czasu o jego wyprodukowania, to na podstawie ilości tego uranu, jaka się już rozpadła, można z dużą dokładnością stwierdzić, ile czasu minęło od jego produkcji.
Podsumowanie
Program Voyager to jedno z najbardziej ikonicznych przedsięwzięć kosmicznych w historii, które składało się z wystrzelenia dwóch sond kosmicznych w kierunku odległego zewnętrznego układu słonecznego w latach 70. XX wieku. Voyager 1 i Voyager 2 były pierwszymi statkami kosmicznymi, które zbliżyły się do wszystkich czterech planet zewnętrznych naszego układu, a ich unikatowe złote płyty, zawierające informacje o Ziemi i ludzkości, wzbudziły powszechne zainteresowanie. Pozostają one jednymi z najbardziej udanych i unikatowych misji kosmicznych kiedykolwiek przeprowadzonych.
