Voyager 1

Allikas: Vikipeedia
Voyager 1
Voyager.jpg
NASA foto Voyagerist
Organisatsioon NASA
Satelliidi platvorm Voyager
Stardi aeg 5. september 1977
Kanderakett Titan IIIE-Centaur
Stardikompleks Cape Canaverali õhujõudude baas
COSPAR ID 1977-084A
Mass 721,9 kilogrammi
Võimsus 420 W (3 tuumapatareid)

Voyager 1 on 1977. aasta 5. septembril kosmosesse lähetatud NASA kosmosesond. Voyageri programm on seni kõige pikema kestusega kosmoseprogramm. Voyager 1 on Maast kõige kaugemal asuv kosmoseaparaat – 2011. aasta 8. novembril oli selle kaugus Maast 119,5 astronoomilist ühikut (0,0019 valgusaastat ehk 17,88 miljardit kilomeetrit).[1] Voyager 1 on identne 1977. aasta 20. augustil kosmosesse lähetatud Voyager 2-ga. Kuigi Voyager 1 lähetati kosmosesse hiljem, on ta võrreldes oma sõsarsondiga Päikesest kaugemal tänu planeetidelt saadud gravitatsioonikiirendusele.

Missioon[muuda | redigeeri lähteteksti]

Voyager 1 esialgseks missiooniks oli uurida Päikesesüsteemi välisplaneete (Jupiteri ja Saturni) ning planeetidevahelist ruumi. Kummagi planeedi puhul oli kavas uurida selle mõõtmeid, atmosfääri, magnetvälja ja kaaslasi. Voyageri abil loodeti saada täpsemaid ja parandatud andmeid planeetide kuju, massi, suuruse ja võimalike rõngaste olemasolu osas. Atmosfääri uurimises keskenduti ringluse, dünaamika, struktuuri ja koostise välja selgitamisele. Kolmas eesmärk oli uurida planeedi magnetvälja struktuuri ja sellesse lõksu jäänud kõrge energiaga osakesi ja plasmat. Planeedi kaaslaste iseloomustamiseks oli vaja kirjeldada nende morfoloogiat, geoloogiat, massi ja suurust.[2] Voyager 1 lõpetas oma esialgse missiooni Saturni uurimisega, mille järel otsustati Voyageri missiooni pikendada interstellaarse ruumi uurimiseks. Uue missiooni eesmärk on uurida päikesetuule ja Päikese tekitatud magnetvälja mõjuala piire. Väljaspool Päikesesüsteemi oleks võimalik uurida juba tähtedevahelise ruumi ja selles leiduvate osakeste omadusi.[3]

Ajalugu[muuda | redigeeri lähteteksti]

Missiooni planeerimine[muuda | redigeeri lähteteksti]

Voyager 1 start

Pärast automaatjaamade Pioneer 10 ja 11 lähetamist Jupiteri ja Saturni uurima, otsustas NASA võtta ette Suure reisi Päikesesüsteemi välisossa. Lisaks Jupiterile ja Saturnile sooviti uurida ka Uraani, Neptuuni ja Pluutot [4]. Majanduslike kaalutluste tõttu tuli esialgsest kavatsusest loobuda ning piirduda kahe Marineri seeria kosmoseaparaadiga, mille missioon Jupiteri ja Saturni uurimiseks maksnuks kolm korda vähem (250 miljonit dollarit) kui esialgne ambitsioonikam projekt[5]. Missioon nimetati ümber Mariner Jupiter/Saturniks (MJS), kuid veel kuus kuud enne starti sai sellele osaks uus ümbernimetamine – seekord Voyageriks. Voyager 1 tuntakse aga senini ka alternatiivse nime Mariner Jupiter/Saturn A all või NASA antud koodi 10321 järgi. Missiooni rahastab NASA-Office of Space Science Applications.[2]

Start[muuda | redigeeri lähteteksti]

Esialgse kava kohaselt pidanuks Voyager 1 startima 12 päeva pärast sõsarsondi Voyager 2 starti, mis toimus 20. augustil 1977. Kuid Voyager 2 stardile järgnenud probleemide vältimiseks lükati Voyager 1 starti kaks korda edasi ning see toimus lõpuks 5. septembril 1977. Start leidis aset Cape Canaveralis, USAs. Voyager 1 viis üles Titan IIIE-Centaur tüüpi kolmeastmeline kanderakett nagu varem sõsarsondigi. Sel korral loeti start veatuks.[2]

Teekond läbi Päikesesüsteemi[muuda | redigeeri lähteteksti]

Päikesesüsteemi "pereportree"

Vaatamata hilinenud stardile möödus Voyager 1 sõsarsondist juba 15. detsembril 1977, kui mõlemad olid asteroidide vöös.[6] Pluuto orbiidist möödus Voyager 1 juba aastal 1989. 14. veebruaril 1990 tegi kosmosesond ajalukku läinud "pereportree" Päikesesüsteemist vaatega väljastpoolt sisse[7].

Kosmoselaeva ehitus ja alamsüsteemid[muuda | redigeeri lähteteksti]

Voyageri kosmoselaevad on ehituselt identsed[8]. Kosmoseaparaadi põhiosaks on kümnetahuline 47 cm kõrgune ja 1,78 m läbimõõduga alus.[2]

Side[muuda | redigeeri lähteteksti]

Aluse otsa on kinnitatud 3,66 m diameetriga suure võimendusega paraboolantenn. Paraboolantenn kasutab andmete allalüliks nii X riba kui S riba. Voyagerid olid esimesed kosmoseaparaadid, mis kasutasid X riba. Tagavaraantenn on väikse võimendusega, kuid see-eest laia suunadiagrammiga, et tagada side ka siis, kui kitsa suunadiagrammiga peaantenniga ühendust ei saa. Vahepealseks andmete salvestamiseks on Voyageridel digitaalsed lindistajad.[2]

Last[muuda | redigeeri lähteteksti]

Suurem osa teadusinstrumente on kinnitatud kosmoselaevast 2,5 m väljaulatuvale platvormile. Pildistamiseks ja spektroskoopiliseks kaugseireks vajalik aparatuur on paigutatud platvormi otsa, eraldi tüüritavale alusele. Plasma ja laetud osakeste detektorid asuvad hajutatult üle terve platvormi. Magnetomeetrid asuvad teistest teadusinstrumentidest eraldi platvormil, mis ulatub 13 m vastassuunas. Kosmoseaparaadi küljes on veel kaks teineteise suhtes täisnurga all paiknevat 10 m traatantenni plasma lainete ja planetaarse raadioastronoomia uuringute tarbeks.[2]

Toiteallikas[muuda | redigeeri lähteteksti]

Kolmandal platvormil (suunatud eemale mõlemast eelnenust) paikneb 3 termoelektrilist radioisotoopgeneraatorit (RTG), mis varustavad kogu kosmoselaeva energiaga[9]. RTG-d kasutavad plutooniumi isotoobi Pu-238 oksiidi PuO2. Kõigi generaatorite pikkus on 50,8 cm, läbimõõt 40,6 cm ja mass 39 kg ning neid ümbritseb berülliumist kest. Bimetallist termoelektriline seade konverteerib radioaktiivse lagunemise soojusenergia 30 V pingega alalisvooluks. Kuna aja jooksul radioaktiivse materjali kogus väheneb, kahaneb ka generaatorite võimsus. Stardihetkel oli generaatorite võimsus umbes 470 W, 1997. aastaks oli see langenud umbes 335 W-ni. Sellele vastavalt on aja jooksul kahanenud (ja kahaneb veelgi) aktiivsete vaatlusinstrumentide hulk.[2]

Asendi määramine ja kontroll[muuda | redigeeri lähteteksti]

Mõlemal Voyageril on kolme telge stabiliseerivad güroskoobid. Asendit aitavad kontrollida sensorid, mis tuvastavad täht Kanoopuse (Canopus star tracker) ja Päikese suunda Voyageri suhtes. Nende kahe tähe suhteline asend võimaldab pardaarvutil mootorite abil korrigeerida kosmoselaeva asendit, nii et laeva antenn oleks suunatud sidepidamiseks Maa poole. Kui mõni objekt varjutab emma-kumma tähe või tekib vajadus Voyager eemale pöörata, kasutatakse güroskoopide signaale.[10]

Käsu- ja andmehaldus[muuda | redigeeri lähteteksti]

Kuna Voyagerid paiknevad Maast väga kaugel, on signaali viivitus tõsiseks probleemiks. Seetõttu on kosmosesondi juhtimise juures silmas peetud võimalikult suurt autonoomsust. Pardal on kolm omavahel ühendatud arvutit, millest igaüks juhib üht alamsüsteemi. Üks arvutitest salvestab käsklusi ning edastab need ülejäänud kahele alamsüsteemile kindlaksmääratud ajal. Teine arvuti kontrollib Voyageri asendit ja tüürib teadusplatvormi. Kolmanda ülesandeks on kontrollida instrumente ja jälgida nende telemeetriat. Kõigi kolme arvuti kriitilised komponendid on dubleeritud, et tagada süsteemide töökindlus.[2]

Eksperimendid ja vaatlused[muuda | redigeeri lähteteksti]

Eksperimendid[muuda | redigeeri lähteteksti]

Voyager 1 teadusmissioon koosnes kokku 11 eksperimendist, millest viis (MAG, PLS, LECP, CRS, PWS) on käigus senini.

Pildistamine (ISS)[muuda | redigeeri lähteteksti]

Pildistamiseks kasutas Voyager 1 kaht erineva fookuskaugusega kaamerat, mille lahutusvõime sõltus konkreetsest trajektoorist pildistatava objekti suhtes, kuid oli maksimaalselt 0,5 kuni 1,0 km. Pildistamise eesmärk oli uurida planeetide atmosfääride liikumist, laike (eriti Jupiteri Suurt Punast Laiku), pöörlemistelje asendit, pilvede moodustumist, optilisi parameetreid, siseenergia vooge, polarimeetriat, kromofooride olemust jpm. Lisaks sooviti uurida planeetide satelliitide üldisi füüsikalisi parameetreid, geoloogilist seisundit ning pinna omadusi ja Saturni rõngaid. Voyageri lisaülesandeks oli otsida uusi komeete ja asteroide.[11]

Raadioteadus (RSS)[muuda | redigeeri lähteteksti]

Raadioteaduse tarbeks kasutati Voyageri sidesüsteemi. Eksperimendi eesmärgiks oli uurida planeetide ja nende satelliitide ionosfääre ning atmosfääre, teha kindlaks nende massid, gravitatsiooniväljad ja tihedused ning uurida Saturni rõngaste koostist. [12]

Infrapunane interferomeeter/spektromeeter (IRIS)[muuda | redigeeri lähteteksti]

Eksperimendis kasutati üheks instrumendiks kombineeritud Michelsoni interferomeetrit ja ühe kanaliga radiomeetrit. Ülesandeks oli uurida globaalset ja lokaalset energiatasakaalu, atmosfääri gaasilist koostist, temperatuuri vertikaalset jaotust ja Saturni rõngaid. Interferomeeter kattis spektriosa lainepikkusega 4–55 μm ja radiomeeter 0,33-2 μm.[13]

Planetaarne raadioastronoomia (PRA)[muuda | redigeeri lähteteksti]

Raadioastronoomia tarbeks kasutati raadiovastuvõtjat, mis töötab sagedustel 20 kHz kuni 40,5 MHz. Vastuvõtjateks olid kaks 10 m monopool-antenni. Eksperimendi käigus kogutud Jupiteri ja Saturni raadiosignaalide abil saadi olulist teavet planeetide magnetosfääride kohta.[14]

Fotopolarimeeter (PPS)[muuda | redigeeri lähteteksti]

Fotopolarimeetrias kasutati 20 cm läbimõõduga teleskoopi, mille vaatlused suunati läbi polarisaatori ja filtri fotokordistisse. Emissiooni intensiivsuse järgi oli võimalik saada teavet planeetide pinnastruktuuri, tiheduse ja koostise kohta, samuti uuriti polarimeetri abil Saturni rõngaid ja kiirguse hajumist planeetide atmosfäärides.[15]

Ultravioletne spektromeeter (UVS)[muuda | redigeeri lähteteksti]

UV-spektromeetri ülesandeks oli uurida planeetide atmosfääride omadusi lainepikkuse vahemikus 0,04–0,16 μm. Atmosfääri läbinud valguse neeldumispektrite abil on võimalik määrata planeedi atmosfääri koostist. See katse võimaldas hinnata ka atmosfääri soojusjaotust. [16] Kuigi NASA on oma uuringud selles vallas, nagu ka eelpool loetletud eksperimentides, lõpetanud, on UVS jätkuvalt töös ning huvitatud osapooled võivad neid andmeid uurimistöös kasutada.[17]

Magnetomeeter (MAG)[muuda | redigeeri lähteteksti]

Kõnesoleva eksperimendi eesmärk oli uurida Jupiteri ja Saturni magnetvälju, päikesetuule interaktsioone nende planeetide magnetosfääridega, planeetidevahelist magnetvälja kuni päikesetuule mõjuulatuse piirini ja sellest edasi tähtedevahelise ruumi magnetvälja omadusi. Eksperimendis kasutatakse 4 magnetomeetrit tööpiirkonnaga 0,01 nT kuni 0,002 T ja täpsusega 0,1 nT.[18]

Plasma spektromeeter (PLS)[muuda | redigeeri lähteteksti]

Plasma uuringuteks kasutatakse kaht Faraday detektorit. Üks neist teeb kindlaks plasma ioonide makroskoopilised omadused (kiirus, tihedus, rõhk). Uuringuga on kaetud nii üle- kui alla helikiirusega liikuv vool. Teine Faraday detektor mõõdab elektrone, mille energiad jäävad vahemikku 5 eV kuni 1 keV.[19]

Madala energiaga laetud osakesed (LECP)[muuda | redigeeri lähteteksti]

Madala energiaga laetud osakesi uuritakse nii planetaarses kui interplanetaarses keskkonnas. Planetaarsete uuringute jaoks kasutati kuut erineva tundlikkusega detektorit, mis võimaldasid uurida madala energiaga osakesi, kui osakeste voog oli parajasti piisavalt suur, et küllastada vastavat detektorit. Interplanetaarses faasis kasutatakse detektoritega varustatud osakeste telekoopi. Selle teleskoobi abil on võimalik tuvastada prootoneid, alfaosakesi ja raskemaid tuumi energiatega vahemikus 0,05-30 MeV. Mootori abil on võimalik detektoreid astmeliselt pöörata, võimaldades 360° vaadet.[20]

Kosmilised kiired (CRS)[muuda | redigeeri lähteteksti]

Antud uuringu eesmärk on uurida tähtedevaheliste kosmiliste kiirte päritolu ja omadusi, kosmiliste kiirte allikates toimuvat tuumasünteesi ja kiirte käitumist erinevates keskkondades. Eksperimenti viivad läbi kõrge (HETS) ja madala energiaga (LETS) teleskoopide süsteemid. HETS katab energiavahemikku 6-500 MeV/tuuma kohta. LETS seevastu tuvastab tuumi, mille energiad jäävad vahemikku 0,15–30 MeV. Mõlemat teleskoopi piirab tuumade suurus – üle 30 prootoniga aatomituumi nad ei tuvasta. Instrumendid mõõdavad ka elektronide ja tuumade anisotroopiat.[21]

Plasma lained (PWS)[muuda | redigeeri lähteteksti]

Plasma lainete eksperiment Jupiteri ja Saturni juures andis tulemuseks elektrontiheduse profiilid ning ettekujutuse lokaalsetest laine ja osakeste interaktsioonidest. Katses kasutatakse 16 kanaliga vastuvõtjat, mille sagedusala on 10 Hz kuni 56 kHz ning planetaarseks raadioastronoomiaks vaja läinud 10 m antenne. [22]

Vaatlused[muuda | redigeeri lähteteksti]

Jupiter[muuda | redigeeri lähteteksti]

Voyager 1 alustas Jupiteri pildistamist 1979. aasta jaanuaris. Kõige lähemal oli ta Jupiterile 5. märtsil 1979. aastal kaugusega 349 000 kilomeetrit selle keskpunktist. Jupiterist möödumise käigus tegi Voyager 1 väga kõrge resolutsiooniga pilte ka Jupiteri kuudest. Kosmoseaparaat lõpetas Jupiteri pildistamise sama aasta aprillis. Fotode resolutsioon oli parem kui 20 km. Voyager 1 avastas kaks uut Jupiteri satelliiti: Metise ja Thebe. Voyageri missiooni tulemusel avastati ka Jupiteri rõngaste olemasolu.[23] Voyagerid tegid ootamatu avastuse Iol, kui selgus, et sellel Jupiteri kaaslasel toimub aktiivne vulkaaniline tegevus, mida seni polnud väjaspool Maad avastatud. Veel avastasid Voyagerid Jupiteri virmalised.[5]

Saturn[muuda | redigeeri lähteteksti]

Voyager 1 möödalend Saturnist leidis aset 1980. aasta novembris, kõige lähemal Saturnile oli kosmoseaparaat 12. novembril (124 000 kilomeetrit). Saturni fotode resolutsioon oli parem kui 5 km. Voyager 1 avastas Saturni orbiidil tiirlemas kolm uut kuud, mis said nimeks Janus, Epimetheus ja Telesto[7]. Voyageri missiooni tulemusel avastati Saturnil ka virmalised. Planeedi rõngaste uurimisel selgus, et B-rõngad sisaldavad kodara-laadseid ning F-rõngad punutise-sarnaseid struktuure. Titanist möödudes tegi Voyager 1 sellest kõrge resolutsiooniga pilte ning sai lisakiirenduse Titani gravitatsiooniväljast, mis viis sondi trajektoori ekliptikatasandist välja. Titani uurimine oli üks missiooni prioriteete, seetõttu loobuti ideest suunata Voyager 1 Pluuto kursile, mis olnuks võimalik Titani uurimisest loobumise hinnaga. [24] Kokku tegi Voyager 1 Jupiterist, Saturnist ja nende kaaslastest umbes 32 000 pilti.

Hetkestaatus[muuda | redigeeri lähteteksti]

Voyager 1 asus novembris 2011 heliosfääri välimises osas, kus päikesetuule kiirust aeglustab interstellaarse gaasi rõhk. 2004. aastal, olles 94 AU kaugusel Päikesest, läbis Voyager 1 punkti, kus Päikesetuule kiirus muutub väiksemaks helikiirusest (termination shock). 2011. a 8. novembri seisuga oli Voyager 1 kaugus Maast 119,5 astronoomilist ühikut (0,0019 valgusaastat ehk 17,88 miljardit kilomeetrit). Elektromagnetkiirguse edasi-tagasi saatmiseks Maalt kulus 8. novembril 2011 33 h, 7 min ja 58 s.[1] NASA ennustab, et aastal 2014 peaks Voyager 1 ületama heliopausi. Võrreldes sõsarsondi Voyager 2-ga liigub Voyager 1 kiiremini Päikesesüsteemist eemale (keskmiselt 3,6 AU aastas) ja 35° ekliptika tasandist põhjasuunas.[25] [3]Mõlemad Voyagerid saadavad senini väärtuslikke teaduslikke andmeid läbi süvakosmose võrgu DSN-i (Deep Space Network)[26]. Mõlemal kosmoseaparaadil peaks olema piisavalt kütust, et opereerida vähemalt kuni 2020. aastani, selleks ajaks peaks Voyager 1 olema 19,9 miljardi kilomeetri kaugusel Päikesest.[3]

Voyageri kuldne plaat[muuda | redigeeri lähteteksti]

Voyageri kuldne plaat

Nii Voyager 1 kui Voyager 2 kannavad kaasas sõnumit inimkonnalt, mis on mõeldud võimalike Maa-väliste eluvormide informeerimiseks siinsest kultuurist. Seda sõnumit tuntakse kuldse plaadi nime all. 12-tolline (30,5 cm) kullatud vasest fonograafi plaat kannab helisid ja pilte, mis on seotud Maa kultuuri- ja elurikkusega.[27] Plaadi ümbrisel on illustreeritud juhis sellest, kuidas seda mängida[4]. Helisalvestised ja kujutised valis välja komitee, mida juhtis Cornelli ülikooli professor dr Carl Sagan. [27] Plaadi “pealkirjaks” (kantud plaadi keskele) on inglisekeelne tekst “The Sounds of Earth” (eesti keeles “Maa helid”), mille alla on kirjutatud väiksemas formaadis “United States of America” (ee. k. Ameerika Ühendriigid) ja “Planet Earth” (ee. k. planeet Maa). Plaadil on tervitused 55 keeles, sealhulgas ka avasõnad ÜRO peasekretärilt. Lisaks võib kuulda erinevaid loodushelisid (nt. äike, veevulin, vaalade laul jne.). Suurima osa fonogrammidest moodustavad muusikanäidised: klassikalist muusikat esindavad teiste seas Bach, Stravinski ja Mozart, pärimusmuusikat aga peruu pulmalaul, Senegali löökriistad jpm, popmuusikat esitab Chuck Perry. Külmale sõjale vaatamata kaasati ka Nõukogude artiste Gruusia ja Aserbaidžaani Nõukogude Sotsialistlikest Vabariikidest. Kuldsel plaadil on ka 116 fotot ja joonist, mis tutvustavad Maa asukohta Päikesesüsteemis; matemaatika, keemia, füüsika, bioloogia ja anatoomia põhitõdesid; ja looduse ning inimkultuuride mitmekesisust.[28]

Viited[muuda | redigeeri lähteteksti]

  1. 1,0 1,1 Voyager the Interstellar Mission
  2. 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 2,6 2,7 [NSSDC Voyager 1].
  3. 3,0 3,1 3,2 [Voyager Interstellar Mission]
  4. 4,0 4,1 Tähistaevas entsüklopeedia. 2009. Koolibri. lk 290.
  5. 5,0 5,1 [Voyager Project Information]
  6. http://nssdc.gsfc.nasa.gov/nmc/spacecraftDisplay.do?id=1977-076A
  7. 7,0 7,1 [/ Encyclopedia Astronautica]
  8. http://voyager.jpl.nasa.gov/spacecraft/index.html
  9. http://terminoloogia.wikispaces.com/Füüsikasõnaraamat
  10. Voyager Science Kit Presentation Guide
  11. http://nssdc.gsfc.nasa.gov/nmc/experimentDisplay.do?id=1977-084A-01
  12. http://nssdc.gsfc.nasa.gov/nmc/experimentDisplay.do?id=1977-084A-02
  13. http://nssdc.gsfc.nasa.gov/nmc/experimentDisplay.do?id=1977-084A-03
  14. http://nssdc.gsfc.nasa.gov/nmc/experimentDisplay.do?id=1977-084A-10
  15. http://nssdc.gsfc.nasa.gov/nmc/experimentDisplay.do?id=1977-084A-11
  16. http://nssdc.gsfc.nasa.gov/nmc/experimentDisplay.do?id=1977-084A-03
  17. http://voyager.jpl.nasa.gov/science/index.html
  18. http://nssdc.gsfc.nasa.gov/nmc/experimentDisplay.do?id=1977-084A-05
  19. http://nssdc.gsfc.nasa.gov/nmc/experimentDisplay.do?id=1977-084A-06
  20. http://nssdc.gsfc.nasa.gov/nmc/experimentDisplay.do?id=1977-084A-07
  21. http://nssdc.gsfc.nasa.gov/nmc/experimentDisplay.do?id=1977-084A-08
  22. http://nssdc.gsfc.nasa.gov/nmc/experimentDisplay.do?id=1977-084A-13
  23. http://solarsystem.nasa.gov/planets/profile.cfm?Object=Jupiter&Display=Moons
  24. http://voyager.jpl.nasa.gov/faq.html
  25. http://www.space.com/10482-nasa-voyager-1-spacecraft-nearing-edge-solar-system.html
  26. http://voyager.jpl.nasa.gov/mission/index.html
  27. 27,0 27,1 [Voyager Golden Record]
  28. http://goldenrecord.org/