Американские аппараты программы «Пионер» (Pioneer) хорошо известны любителям космонавтики прежде всего по космическим станциям «Пионер-10» и «Пионер-11». Они первыми достигли «дальних» планет Солнечной системы — Юпитера и Сатурна, ставили различные рекорды дальности и «долгожительства», а также памятны по загадочному «эффекту Пионера». Миссии первых «Пионеров» были по большей части неудачны, они были предназначены для исследования Луны и поэтому часто упоминаются в связи с «лунной гонкой» между СССР и США.

Остальные «Пионеры» незаслуженно забыты, хотя это были очень интересные программы, давшие массу научных результатов. Во‑первых, это «Пионер-5», впервые измеривший межпланетные магнитное поле (весьма необычную субстанцию) и ряд других характеристик. Во‑вторых, это 12-й и 13-й аппараты, позже названные «Пионер Венера Орбитальный» (Pioneer Venus Orbiter) и «Пионер Венера Мультизонд» (Pioneer Venus Multiprobe), успешно исследовавшие Венеру в конце 1970-х. В‑третьих, это «Пионеры» с шестого по девятый, ставшие первыми космическими «долгожителями», — им и посвящена данная статья.

Задачи миссий и научные исследования

«Пионеры» с шестого по девятый запускались с 1965 по 1968 год, они стали первыми аппаратами, для которых вывод на солнечную орбиту, исследование Солнца и межпланетного пространства изначально были основными задачами. Правда, похожие задачи выполнял и «Пионер-5», однако он был спроектирован для исследования Венеры (из‑за задержки запуска «окно на Венеру» закрылось и цели миссии были изменены).

«Пионеры» с шестого по девятый впервые образовали «космическую сеть солнечной погоды», предоставляя данные о солнечных бурях, которые посредством геомагнитных бурь влияют на связь и электронику на Земле. Они позволили объединить космические наблюдения с наземными на долговременной основе, аппараты в течение многих лет изучали солнечный ветер, космические лучи и солнечную плазму, а также микрометеоритные потоки и магнитные возмущения.

Измерения, проводимые четырьмя «Пионерами», использовались для предсказания геомагнитных бурь для примерно тысячи пользователей (преимущественно в США), включая Федеральное авиационное агентство, коммерческие авиалинии, энергетические компании, провайдеры услуг связи, военные организации и др.

Во время полётов астронавтов на Луну зонды «Пионер» предоставляли ежечасные данные об активности Солнца. Эти сведения обеспечивали ранние предупреждения о вспышках на Солнце, которые могли бы поставить под угрозу здоровье и даже жизни астронавтов (из‑за резкого возрастания получаемой ими дозы радиации во время прохождения радиационных поясов).

Информационная панель, которая использовалась во время лунной миссии "Аполлона-10" — Информационная панель, которая использовалась во время лунной миссии «Аполлона-10»

В августе 1972 года были получены уникальные данные об экстремальной солнечной буре - одной из самых мощных за историю наблюдений (с ней могут соперничать лишь бури 1859 года и 1989 года). К счастью, основной поток частиц был направлен в сторону от Земли. Тем не менее, последствия той вспышки были весьма серьезными: повсеместно фиксировалось нарушение связи, американские спутники ложно детектировали ядерные взрывы, сдетонировали тысячи морских мин, реагирующих на магнитные поля (тогда шла война во Вьетнаме). Пространственные параметры бури в космосе и направление основного потока частиц были зафиксированы и измерены именно «Пионерами» (и плюс ещё и «Пионером-10», что было особенно ценно, поскольку этот аппарат находился гораздо дальше).

Взаимное расположение пяти космических аппаратов «Пионер», изучавших солнечную вспышку в августе 1972 года.

Устройство и работа аппаратов

Все четыре аппарата имели схожую конструкцию, они представляли собой цилиндры диаметром 94 см и массой 62–65 кг. Стабилизация «Пионеров» достигалась вращением со скоростью около 60 об/мин, ось вращения была перпендикулярна плоскости эклиптики.

Устройство "Пионера-8" — Устройство «Пионера-8»

Несмотря на небольшие размеры, аппараты несли довольно много научных приборов, причем на разных «Пионерах» они несколько различались. Всего на четырех аппаратах было 17 инструментов, которые измеряли электрические и магнитные поля, параметры солнечного ветра, космических лучей, космической пыли и др.

«Пионеры» могли передавать данные со скоростью до 512 бит в секунду, такая скорость использовалась, в частности, при передаче измерений в реальном времени. Зонды были способны хранить данные в памяти и передавать их в разных режимах со скоростями 512, 256, 64, 16 и 8 бит/с. Скорость зависела от расстояния до Земли и от формата научных данных (в т.ч. их чувствительности к искажениям). Данные были организованы в 7-битные «слова» и в пакеты по 32 «слова».

«Пионер-6» был запущен 16 декабря 1965 года ракетой‑носителем «Дельта». К 2 марта 1966 года он провёл уже около 250 миллионов научных измерений. Зонд впервые передал непосредственные данные о разрежённой солнечной атмосфере, а позже провёл измерения при прохождении хвоста кометы Когоутека в 1974 году (совместно с «Пионером-8») на расстоянии около 100 миллионов километров от ядра кометы.

Первоначально планировалось, что срок службы аппарата составит всего шесть месяцев. Однако к декабрю 1990 года «Пионер-6» совершил 29 оборотов вокруг Солнца (преодолев 24,8 миллиарда километров) и проработал непрерывно более двадцати лет, что на тот момент стало рекордом для космического зонда. К этому моменту большая часть научных приборов перестала работать, но НАСА проводила с аппаратом сеансы связи один‑два раза в год в течение всех 1990-х годов, собирая данные с работоспособных инструментов. После выхода из строя основного передатчика, в октябре 1997 года был установлен контакт с резервным передатчиком в рамках учебного упражнения. К этому моменту солнечные панели зонда сильно износились, хотя передатчик все еще можно было включить в перигелии, когда солнечный поток был достаточно силён, чтобы обеспечить необходимое количество энергии. 8 декабря 2000 года удалось провести двухчасовой сеанс в честь 35-летия эксплуатации аппарата. После этого новые попытки установить связь не предпринимались по финансовым соображениям.

«Пионер-7» начал свою миссию 17 августа 1966 года. Аппарат регулярно находился в «магнитном хвосте» Земли, измеряя его форму и параметры. 20 марта 1986 года зонд пролетел в 12,1 миллионах километров от кометы Галлея и наблюдал взаимодействие между хвостом кометы и солнечным ветром. Контакты с аппаратом были прекращены в 1995 году по финансовым соображениям.

«Пионер-8» был запущен 13 декабря 1967 года. Совместно с «Пионером-7» аппарат изучал параметры магнитного хвоста Земли. Его данные показали, что магнитный хвост Земли короче, чем давали теоретические расчёты. После 1982 года только один инструмент — детектор электрического поля — оставался работоспособным. В описании аппарата на сайте НАСА говорится, что последний контакт с ним был осуществлён в 1996 году и далее связь «не планировалось поддерживать». Однако в заметке, посвященной 50-летию зонда, говорится, что последний сеанс связи был проведён в 2001 году.

«Пионер-9» стартовал 8 ноября 1968 года, он был оборудован наиболее совершенными приборами на тот момент. В мае 1969 года НАСА объявило, что миссия уже достигла всех своих первоначальных целей, было передано более 6 млрд бит данных. В 1980-е годы возникла идея использовать оборудования зонда для поиска внеземных цивилизаций. Однако последний сеанс связи был проведён 19 мая 1983 года и более аппарат не откликался. Он стал единственным из успешно запущенных аппаратов этой серии, неработоспособность которого подтверждена.

В августе 1969 года стартовал последний зонд этой серии, однако запуск был неудачным из‑за отказа ракеты‑носителя и этот «Пионер» не получил очередного номера, его обозначают Pioneer E.

Заключение

В период с 1965 по 1968 год четыре космических зонда «Пионер» вышли на солнечную орбиту, чтобы провести комплексные измерения межпланетных магнитных полей, а также потока и структуры солнечного ветра. Они действовали как первая в мире космическая сеть «солнечной погоды», предоставляющая данные о солнечных бурях, которые влияют на системы связи и электронику на Земле, и которые были опасны для астронавтов, путешествующих на Луну и обратно. Аппараты проработали десятки лет («Пионер-6» — 35 лет).

P. S. Для любителей истории полётов за пределами околоземной орбиты имеется замечательный источник (если кто не знает), где в хронологическом порядке описаны все аппараты (в т.ч. неамериканские) за период 1958–2016 и даны довольно подробные сведения по каждому. Это книга под названием Beyond Earth. A Chronicle Of Deep Space Exploration, 1958–2016.

«Пионеры» космической погоды