Прямо сейчас, на расстоянии более 24 миллиардов км от Земли, 48-летний космический аппарат мчится через межзвёздное пространство со скоростью 61 000 км/ч. Это самый удалённый от Земли объект, созданный человеком. Он передаёт научные данные, которые не может собрать ни один другой существующий прибор. И он делает всё это, имея в распоряжении всего 69 килобайт памяти и 8-дорожечный магнитофон.
У телефона в вашем кармане примерно в миллион раз больше памяти, чем у компьютера, управляющего «Вояджером-1». Одна фотография с низким разрешением, сделанная на том же телефоне, содержит больше данных, чем вся бортовая память «Вояджера-1».
И тем не менее он здесь, по-прежнему функционирует, по-прежнему передаёт данные, по-прежнему делает открытия в области космоса, куда ни один космический аппарат никогда не добирался, спустя почти полвека после того, как он покинул Землю в рамках миссии, изначально рассчитанной на пять лет.
«Вояджер-1» — это, по любым меркам, самая невероятная история успеха в истории человеческого освоения космоса.
Как построили «Вояджер-1» и для чего он был предназначен
«Вояджер-1» запустили 5 сентября 1977 года с мыса Канаверал на ракете «Титан-Центавр».
Его двойник, «Вояджер-2», покинул Землю двумя неделями ранее по слегка иной траектории.
Основная миссия была относительно скромной по меркам того, что получилось в итоге: планировалось совершить пролёты мимо Юпитера и Сатурна, сфотографировать их спутники и изучить магнитные поля и частицы, находящиеся вокруг внешних планет.
Каждый аппарат «Вояджер», построенный Лабораторией реактивного движения НАСА (JPL) в Калифорнии, оснащён оборудованием для проведения экспериментов с использованием телевизионных камер, инфракрасных и ультрафиолетовых датчиков, магнитометров, детекторов плазмы, датчиков космических лучей и заряженных частиц, а также бортовой радиосвязи.
При проектировании аппарата придерживались крайне консервативного подхода. Каждую систему, которую можно было дублировать, дублировали. Каждый компонент протестировали с превышением заявленных допусков.
Никто не ожидал, что устройство, разработанное инженерами на основе технологий середины 1970-х годов, будет работать в 2020-х годах — и тем не менее оно здесь.
Компьютеры на борту «Вояджера-1» запрограммированы на ассемблере и способны выполнять примерно 81 000 команд в секунду. Смартфон, который, скорее всего, лежит у вас в кармане, работает примерно в 7 500 раз быстрее.
«Вояджер» передаёт данные на Землю со скоростью 160 бит в секунду. Даже медленное модемное соединение может передавать не менее 20 000 бит в секунду.
А его передатчик — антенна, направленная на Землю с расстояния в 24 миллиарда км космического пространства, — вырабатывает всего 22,4 ватта мощности, примерно столько потребляет лампочка в холодильнике.
К тому моменту, когда сигнал достигает Земли, он настолько рассеивается в космосе, что его мощность снижается примерно до 0,1 миллиардной миллиардной доли ватта.
Для его обнаружения требуется самое чувствительное радиооборудование из когда-либо созданных.
8-дорожечный магнитофон — на самом деле не такой, как вы думаете
Когда люди слышат это словосочетание, они обычно представляют себе аудиокассеты, на которых в 1970-х годах слушали Led Zeppelin.
Цифровой магнитофон «Вояджера» — это не то.
Система записи данных на магнитную ленту была передана на субподряд компании Lockheed и изготовлена Odetics Corp. Технические характеристики показывают, что аппарат представлял собой магнитофон с ременным приводом, в котором использовалась катушка магнитной ленты длиной 328 м и шириной 1,27 см, на которой данные записывались на восемь отдельных дорожек.
Именно от записи данных на восемь дорожек на катушке ленты шириной 13 мм и происходит сравнение с «8-дорожечным» форматом. Однако инженерные решения, лежащие в её основе, были далеки от потребительского уровня. Производитель, компания Odetics, утверждала, что лента пройдёт через механизм расстояние в 4300 км, прежде чем на ней появятся заметные следы износа.
Точный магнитный состав ленты был разработан специально для суровых условий глубокого космоса, с температурой, близкой к абсолютному нулю, и обстановкой бомбардировки частицами и облучением, и где никогда не будет человеческой руки, способной заменить изношенный компонент.
Магнитофоны на обоих космических аппаратах работали безупречно с момента запуска в 1977 году и на протяжении всей миссии «Гранд-тур», а также в ходе расширенной миссии, в ходе которой оба аппарата вышли за пределы Солнечной системы.
В 2007 году магнитофон на «Вояджере-1» окончательно выключили – но не из-за каких-либо неисправностей самого устройства, а из-за истощения запасов энергии, поступающей от радиоизотопных тепловых генераторов аппарата.
Магнитофон не вышел из строя. Просто источник питания больше не мог выделить энергию для его работы. И это совершенно другое дело. И это значит, что устройство, основанное на технологии магнитной ленты 1970-х годов, просуществовало почти три десятилетия в межзвёздном пространстве без единой механической поломки.
Что на самом деле открыл «Вояджер-1»
Во время пролёта мимо Юпитера в 1979 году космический аппарат обнаружил действующие вулканы на Ио, одном из спутников Юпитера; это был первый случай, когда вулканическую активность зафиксировали на небесном теле за пределами Земли.
Он раскрыл сложность и структуру атмосферы Юпитера, подтвердил существование колец Юпитера и сделал снимки Европы, которые впервые дали повод предположить наличие океана жидкой воды под её ледяной поверхностью.
Пролетая мимо Сатурна в 1980 году, «Вояджер-1» максимально приблизился к Титану, крупнейшему спутнику Сатурна, и обнаружил, что он имеет плотную азотную атмосферу, что делает его единственным спутником в Солнечной системе с существенной атмосферой, а также дало намёк на углеводородную химию, которая позже была подтверждена миссией «Кассини-Гюйгенс».
Затем он продолжил свой путь. В августе 2012 года «Вояджер-1» пересёк гелиопаузу — границу, за которой солнечный ветер больше не может противостоять межзвёздной среде, — став первым искусственным объектом, вошедшим в межзвёздное пространство.
Этот момент стал не просто вехой в истории миссии. Это было фундаментальное научное событие. Насколько нам известно, впервые в истории Вселенной объект, созданный живым видом, покинул защитный пузырь своей родной звёздной системы и начал изучать плазму, магнитные поля и среду космических лучей в пространстве между звёздами.
Данные, которые «Вояджер-1» передаёт из межзвёздного пространства, уникальны и незаменимы. Там нет других космических аппаратов. Никакой другой прибор не может их собирать.
И они поступают на Землю через 23 часа после передачи со скоростью 160 бит в секунду, закодированные в системе, созданной в то время, когда Джимми Картер собирался стать президентом Соединённых Штатов.
Кризис с двигателями, который едва не положил конец всему в 2025 году
История «Вояджера-1» в 2025 году едва не пошла по совсем другому пути. В начале того года инженеры НАСА из Лаборатории реактивного движения столкнулись с кризисом, который мог полностью положить конец миссии — не драматической аварией, а тихим, необратимым дрейфом.
«Вояджер-1» использует двигатели крена, чтобы его антенна оставалась точно нацеленной на Землю. Даже крошечное смещение, составляющее долю градуса, достаточно, чтобы полностью потерять сигнал. Как пояснил NPR учёный программы «Вояджер» Патрик Кён, «даже совсем небольшое отклонение — на долю градуса — может сместить луч в сторону от Земли. Отклонение примерно на полградуса приведёт к тому, что луч пролетит мимо Земли на расстоянии, равном расстоянию между Землёй и Солнцем».
Основные двигатели крена не работали с 2004 года. Вместо них с тех пор работали резервные двигатели, но они постепенно забивались остатками диоксида кремния, накопившимися за почти пять десятилетий, поскольку резиновая мембрана внутри топливного бака постепенно изнашивалась.
«Представьте себе, что сопло становится всё меньше и меньше из-за мусора», — пояснил руководитель миссии «Вояджер» Карим Бадаруддин. «Двигатель становится всё слабее и слабее и обеспечивает меньшую тягу».
Ситуация стала критической из-за отдельного, не связанного с этим события: единственную наземную антенну, достаточно мощную для отправки команд на «Вояджер-1», — Deep Space Station 43 в Канберре, Австралия — необходимо было отключить для проведения крупной модернизации с 4 мая 2025 года по февраль 2026 года.
И тогда инженеры Лаборатории реактивного движения НАСА восстановили работу набора двигателей на борту «Вояджера-1», которые считались неработоспособными с 2004 года. Для устранения неисправности потребовалась идея, которая на бумаге звучала элегантно, но на практике была ужасающей.
Инженеры подозревали, что нагреватели основных двигателей не вышли из строя навсегда в 2004 году, а просто их выключатели питания были переключены в неправильное положение из-за сбоя в электронике. Если эта теория была верна, то их обратное переключение могло бы запустить нагреватели и полностью восстановить работу двигателей. Если же она была неверна, и двигатели запустились бы без включённых нагревателей, нарастание давления могло бы привести к катастрофическому взрыву, мгновенно уничтожив космический аппарат.
Была и ещё одна сложность: любая команда, отправленная с Земли, доходит до «Вояджера-1» за 23 часа. Команда отправляла команду, ждала 23 часа, пока она дойдёт, а затем ещё 23 часа, пока придёт подтверждение. После старта последовательности команд вмешаться в их выполнение было уже невозможно. 20 марта 2025 года они отправили команду. Нагреватели откликнулись. Рабочие двигатели запустились.
«Это был такой великолепный момент», — сказал Тодд Барбер, руководитель отдела двигательных установок миссии в JPL. «В тот день боевой дух команды был очень высок. Эти двигатели считались нерабочими. И это был вполне обоснованный вывод. Просто один из наших инженеров догадался, что, возможно, была и другая причина, и её можно было устранить. Это было ещё одно чудесное спасение для “Вояджера”».
Куда летит «Вояджер-1» и что будет дальше
В настоящее время «Вояджер-1» движется со скоростью примерно 61 000 км/ч, или около 17 километров в секунду, относительно Солнца. При такой скорости он преодолевает примерно 1,4 млрд км в год.
Чтобы достичь внутренней границы облака Оорта — отдалённого скопления ледяных объектов, обозначающего самую внешнюю границу гравитационного влияния Солнечной системы, — потребуется примерно 300 лет. Полный выход из облака Оорта займёт примерно 30 000 лет.
Примерно через 40 000 лет «Вояджер-1» пролетит на расстоянии 1,6 светового года от звезды под названием Глизе 445, после чего продолжит своё бесконечное путешествие по Млечному Пути.
Что касается самой миссии, то её радиоизотопные термоэлектрические генераторы могут обеспечить достаточное количество электроэнергии для передачи технических данных до 2036 года.
На протяжении многих лет команда со всё большей точностью управляет энергобалансом, поочерёдно отключая нагреватели, приборы и системы по мере того, как доступная мощность генераторов на плутонии уменьшается примерно на четыре ватта в год. Приоритет отдан приборам для измерения полей и частиц, которые передают незаменимые данные о межзвёздной среде.
Каждый год, в течение которого «Вояджер-1» продолжает функционировать, — это год научных данных, которые невозможно было бы получить никаким другим способом.
«Золотая пластинка»: послание в бутылке, отправленное в космос
На борту «Вояджера-1» находится ещё одна вещь, о которой стоит упомянуть. К его корпусу прикреплён позолоченный медный диск диаметром 30 см, содержащий 116 изображений, закодированных в аналоговом формате, приветствия на 55 человеческих языках, полтора часа музыки со всего мира и целый ряд звуков Земли, включая океанские волны, ветер, гром, стрекотание сверчка, кваканье лягушки, лай собаки, плач младенца и биение человеческого сердца.
«Золотая пластинка» была создана под руководством астронома Карла Сагана и небольшого комитета с явной целью рассказать о том, кто мы такие, любой разумной жизни, которая когда-нибудь может обнаружить этот космический аппарат.
На пластинке содержатся инструкции по её воспроизведению, закодированные в виде схем на обложке, а также карта пульсаров, на которой указано расположение нашей Солнечной системы относительно 14 известных пульсаров — своего рода космический адрес. Саган описывал его как послание в бутылке, брошенной в космический океан.
Будет ли оно когда-нибудь найдено и появится ли когда-нибудь существо, способное его понять, — это вопросы, на которые невозможно ответить. Но пластинка будет дрейфовать по галактике миллиарды лет после того, как Солнце угаснет, предварительно поглотив Землю, неся в себе звуки нашего мира, закодированные в золоте. И это немало.
Что «Вояджер-1» говорит нам о человеческой изобретательности
История «Вояджера-1» — это, по сути, история о том, что происходит, когда инженерная работа выполняется с исключительной тщательностью и исключительной амбицией. Инженеры, построившие его в начале 1970-х годов, не знали, что он будет функционировать и в 2025 году. Но они построили его так, как будто это возможно.
Они усовершенствовали каждую систему, насколько это было возможно, создали резервные копии всех критически важных функций и написали программное обеспечение, достаточно гибкое, чтобы его можно было обновлять с Земли спустя десятилетия после запуска.
В результате получился космический аппарат, который пережил отказы двигателей, сбои в работе компьютеров, перебои с питанием, обрывы связи и полное отсутствие какого-либо вмешательства со стороны человека на протяжении почти полувека, и продолжал работать.
Каждые 10 часов он преодолевает в космосе расстояние примерно в миллион км. Он связывается с Землёй, потребляя энергию, равную мощности лампочки в холодильнике. Он хранит свои данные в системе, которая появилась ещё до появления персональных компьютеров.
И спустя 48 лет после запуска он остаётся самым удалённым объектом, созданным человеком, во Вселенной, по-прежнему выполняя свою работу, по-прежнему отправляя данные, по-прежнему пополняя совокупность человеческих знаний из места, где ни один человек никогда не был и, возможно, никогда не побывает.
Если это не стоит того, чтобы остановиться и восхититься этим, — то что же тогда стоит того?
