Voyager 1

Lịch sử

Vào những năm 60, đề xuất về một chuyến Đại du hành để nghiên cứu các hành tinh khí bên ngoài đã khiến NASA khởi động một phi vụ không gian mới vào những năm đầu thập niên 70. Những thông tin thu được từ tàu Pioneer 10 sẽ giúp các kĩ sư của Voyager thiết kế con tàu sao cho nó có thể chống chịu tốt hơn môi trường bức xạ cực mạnh quanh Sao Mộc.
Ban đầu, Voyager 1 được dự định là tàu "Mariner 11" thuộc chương trình Mariner. Do ngân sách bị cắt giảm, quy mô của phi vụ đã được thu nhỏ lại và chỉ đi đến Sao Mộc và Sao Thổ.

Thiết kế

Voyager 1 được chế tạo bởi Phòng Thí nghiệm Sức đẩy Phản lực. Thân tàu có hình thập giác rỗng với 10 ngăn ở các cạnh để chứa các thiết bị điện tử, phần rỗng ở giữa được dùng để đặt bình nhiên liệu. Con tàu được trang bị 11 thiết bị khoa học để nghiên cứu các vật thể như hành tinh khi nó bay qua.

Hệ thống liên lạc

Hệ thống liên lạc radio của tàu Voyager 1 được thiết kế để hoạt động ngoài phạm vi Hệ Mặt Trời. Hệ thống bao gồm một ăng-ten chảo có đường kính 3.7m với hệ số khuếch đại lớn dùng để phát và nhận sóng radio từ 3 trạm Deep Space Network trên Trái Đất. Con tàu truyền dữ liệu về Trái Đất qua kênh 18 của trạm Deep Space Network, dùng tần số 2.3 GHz (Băng tần S) và 8.4 GHz (Băng tần X). Tín hiệu từ Trái Đất được phát tới Voyager 1 qua tần số 2.1 GHz.
Khi Voyager 1 không thể liên lạc trực tiếp được với Trái Đất, những băng ghi dữ liệu kĩ thuật số (Digital Tape Recorder - DTR) của nó có thể ghi khoảng 64 kilobyte dữ liệu để truyền về Trái Đất ở thời điểm khác. Vào tháng 2 năm 2016, tín hiệu từ Voyager 1 mất 37 tiếng để đến Trái Đất.

Hệ thống điện

Voyager 1 có ba máy phát nhiệt điện đồng vị phóng xạ (RTG) gắn trên một xà kim loại. Mỗi cái chứa 24 viên nén plutoni-238 ôxít hình cầu. Các cặp nhiệt điện silic-germani sẽ biến đổi nhiệt từ sự phân rã của plutoni-238 thành điện năng. Các máy phát RTG tạo ra khoảng 470 watt điện vào thời điểm phóng, phần điện dư được chuyển thành nhiệt và tỏa vào không gian. Lượng điện phát ra từ các máy phát RTG giảm dần theo thời gian (do chu kì bán rã 87.7 năm của plutoni-238 và sự suy giảm hiệu suất của các cặp nhiệt điện), nhưng các máy phát RTG sẽ vẫn tiếp tục phát đủ điện để duy trì hoạt động của tàu đến năm 2025.
Hiện tại Voyager 1 chỉ còn lại 71.8% lượng plutoni-238 mà nó có lúc phóng. Vào năm 2025, lượng plutoni-238 sẽ giảm xuống còn 68.8%.

Thiết bị khoa học

Voyager 1 mang theo 11 thiết bị khoa học bao gồm hai camera, một phân cực kế quang học, hai quang phổ kế, 3 máy dò hạt, 2 hệ thống đo sóng radio, plasma và một 1 từ kế. Các thiết bị này sẽ nghiên cứu các đặc điểm của những vật thể mà Voyager 1 bay qua như khí quyển, từ quyển, trọng trường, thành phần hóa học, cấu tạo bề mặt,...

Hồ sơ phi vụ

Voyager 1 ban đầu được dự định là Mariner 11 thuộc chương trình Mariner. Từ khi được đặt ra, nó được thiết kế để lợi dụng kỹ thuật tân tiến khi ấy là hỗ trợ trọng lực. May mắn thay, việc phát triển các tàu vũ trụ liên hành tinh trùng với thời điểm các hành tinh thẳng hàng được gọi là Đại Du Hành.
Đại Du Hành là một sự hỗ trợ trọng lực liên kết của các hành tinh, mà chỉ với nhiên liệu tối thiểu để chỉnh hướng, sẽ cho phép một tàu vũ trụ tới thăm cả bốn hành tinh khí khổng lồ của Hệ mặt trời: Sao Mộc, Sao Thổ, Sao Thiên Vương, và Sao Hải Vương và chỉ có thể thật hành khoảng mỗi 176 năm.
Các tàu vũ trụ hầu như giống nhau Voyager 1 và Voyager 2 đã được thiết kế với tính toán trước về Grand Tour, và những thời điểm phóng của chúng được điều chỉnh để chúng có thể lợi dụng tốt được nó nếu mọi việc diễn ra xuôn sẻ. Tuy nhiên, hai tàu vũ trụ chỉ được Nghị viện cấp vốn như các tàu vũ trụ Sao Mộc-Sao Thổ. Ở một thời điểm, chương trình đã được gọi là dự án "Mariner Jupiter-Saturn".
Vì sự kiện các hành tinh thẳng hàng đáng chú ý này, một tàu vũ trụ lớp Voyager có thể tới thăm cả bốn hành tinh bên ngoài kể trên chỉ trong 12 năm thay vì xấp xỉ 30 năm như bình thường.
Tàu Voyager 1 được phóng đi ngày 5 tháng 9 năm 1977, bởi Cơ quan Quản lý Hàng không và Vũ trụ từ Mũi Canaveral, Florida, trên một tên lửa phóng Titan IIIE/Centaur, hai tuần sau đó tàu sinh đôi với nó, Voyager 2 được phóng đi ngày 20 tháng 8 năm 1977. Dù được phóng sau Voyager 1, Voyager 2 bay đi theo một quỹ đạo hơi ngắn hơn và nhanh hơn, vì thế nó tới cả Sao Mộc và Sao Thổ trước con tàu chị em của mình.
Về chi tiết của các gói dụng cụ giống nhau trên các tàu Voyager, xêm bài viết riêng về toàn bộ Chương trình Voyager.

Sao Mộc

Voyager 1 bắt đầu chụp ảnh Sao Mộc tháng 1 năm 1979. Lần tiếp cận gần nhất của nó với Sao Mộc diễn ra ngày 5 tháng 3 năm 1979, ở khoảng cách khoảng 349,000 kilômét (217,000 dặm) từ tâm hành tinh. Vì có được độ phân giải hình ảnh lớn hơn khi tiếp cận gần hơn, đa số các quan sát Mặt Trăng, vành đai, từ trường, và môi trưởng vành đai bức xạ của hệ Sao Mộc được thực hiện trong giai đoạn 48 giờ trong lần tiếp cận gần nhất này. Voyager 1 kết thúc việc chụp ảnh hệ Sao Mộc tháng 4 năm 1979.
Hai tàu vũ trụ Voyager đã thực hiện một số phát hiện quan trọng về Sao Mộc, các vệ tinh của nó, các vành đai bức xạ, và các đĩa hành tinh chưa từng được thấy trước kia của nó. Phát hiện đáng ngạc nhiên nhất về hệ Sao Mộc là sự hiện diện của hoạt động núi lửa trên Mặt Trăng Io, chưa từng được quan sát thấy từ Trái Đất, hay bởi Pioneer 10 hay 11.
 Phương tiện liên quan tới the Voyager 1 Jupiter encounter tại Wikimedia Commons

Sao Thổ

Sự hỗ trợ phóng trọng lực của Sao Mộc đã được cả hai tàu Voyager thực hiện thành công, và hai tàu bắt đầu tới thăm Sao Thổ cùng hệ thống các Mặt Trăng và vành đai của nó. Chuyến bay vào hệ Sao Thổ của Voyager 1 diễn ra tháng 11 năm 1980, với lần tiếp cận gần nhất ngày 12 tháng 11 năm 1980, khi tàu vũ trụ vào trong khoảng cách 124000 km từ các đám mây cao nhất của Sao Thổ. Các camera trên tàu vũ trụ đã phát hiện các kết cấu phức tạp trong các vành đai của Sao Thổ, và các thiết bị cảm biến xa của nó đã nghiên cứu các khí quyển của Sao Thổ cùng vệ tinh Titan lớn của nó.
Vì Pioneer 11 một năm trước đó đã phát hiện một khí quyển dày và nhiều khí trên Titan, các thiết bị điều khiển tàu vũ trụ của Jet Propulsion Laboratory đã được lựa chọn cho Voyager 1 để thực hiện một cuộc tiếp cận gần tới Titan, và cũng là cần thiết để chấm dứt Grand Tour của nó tại đó. (Về sự tiếp tục của Grand Tour, xem các đoạn Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương ở bài Voyager 2.)
Quỹ đạo phóng của nó với một đường bay ngang qua Titan đã tạo ra một sự chệch hướng trọng lực thừa khiến Voyager 1 vượt ra ngoài mặt phẳng Ecliptic, vì thế chấm dứt phi vụ khoa học hành tinh của nó. Voyager 1 đã có thể được đưa vào một quỹ đạo phóng khác, theo đó hiệu ứng súng cao su trọng lực của khối lượng Sao Thổ sẽ lái và phóng Voyager 1 ra ngoài theo đường bay qua Sao Diêm Vương. Tuy nhiên, lựa chọn này đã không được thực hiện, bởi quỹ đạo phóng khác bay qua Titan đã được quyết định để có được thêm giá trị khoa học và giảm bớt nguy cơ.
 Phương tiện liên quan tới the Voyager 1 Saturn encounter tại Wikimedia Commons

Nhật dừng

Khi Voyager 1 hướng tới không gian liên sao, các khí cụ của nó tiếp tục nghiên cứu Hệ mặt trời; các nhà khoa học tại Jet Propulsion Laboratory đang sử dụng các thiết bị sóng plasma trên tàu Voyager 1 và 2 để tìm kiếm nhật dừng.
Các nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm Vật lý Ứng dụng Đại học Johns Hopkins tin rằng Voyager 1 đã vào sốc kết thúc vào tháng 2 năm 2003.
Một số nhà khoa học khác đã bày tỏ sự nghi ngờ, bàn luận trên tờ báo Nature số ngày 6 tháng 11 năm 2003. Trong một buổi họp khoa học tại American Geophysical Union ở New Orleans, Hoa Kỳ sáng ngày 25 tháng 5 năm 2005, Tiến sĩ Ed Stone đã trình bày bằng chứng rằng Voyager 1 đang vượt qua sốc cuối cùng vào tháng 12 năm 2004.
Vấn đề sẽ không được giải quyết cho tới khi có các dữ liệu, bởi thiết bị thám sát gió mặt trời của Voyager 1 đã ngừng hoạt động năm 1990. Hư hỏng này có nghĩa rằng việc thám sát kết thúc sốc cuối cùng phải được suy luận từ dữ liệu từ các thiết bị khác trên Voyager I.
Tuy nhiên, vào tháng 5 năm 2005 một tờ báo của NASA nói rằng có một đồng thuận rằng Voyager 1 hiện ở trong nhật bao. Các nhà khoa học dự đoán tàu vũ trụ sẽ đạt tới nhật dừng vào năm 2015.

Tình trạng hiện tại

từ Mặt trời ở cùng điểm, ở thời điểm năm 2006 nó ở khoảng cách chưa tới 90 AU từ Mặt trời và đang tiếp cận tới điểm cận nhật ở khoảng cách 76 AU.)
Ở khoảng cách trên, sóng ánh sáng hay radio, cả hai đều ở dạng bức xạ điện từ và truyền đi với tốc độ 299.792,5 kilômét trên giây (tốc độ ánh sáng), mất 15,5 giờ để đi từ Voyager 1 tới Trái Đất. Như một cơ sở để so sánh, Mặt Trăng ở khoảng cách khoảng 1,4 giây ánh sáng từ Trái Đất; Mặt trời ở xấp xỉ 8,5 phút ánh sáng; Sao Diêm Vương ở xấp xỉ 4,5 giờ ánh sáng; Các vật thể ngoài Sao Hải Vương 2006 SQ₃₇₂ ở viễn nhật cách khoảng 12,3 ngày ánh sáng; và ngôi sao gần nhất cách 4,22 năm ánh sáng.
Ở thời điểm ngày 9 tháng 10 năm 2009, Voyager 1 đang di chuyển với tốc độ 17.078 kilômét trên giây so với Mặt trời (3,6 AU trên năm hay 61,600 km/h hay 38,400 dặm trên giờ), khoảng 10% nhanh hơn Voyager 2. Ở thời điểm ngày 10 tháng 10 năm 2008, Voyager 1 di chuyển với tốc độ 17,097 kilô mét trên giây so với Mặt trời (giảm 19 m/s trong một năm, vì lực hấp dẫn của Mặt trời). Ngày 29 tháng 1 năm 2010 tàu vũ trụ có tốc độ xấp xỉ 17.073 km/giây.
Ngày 19 tháng 11 năm 2015, Voyager 1 sẽ ở khoảng cách 133.15 đơn vị thiên văn từ Mặt trời. Thông tin khá chính xác liên quan tới vị trí của nó có tại tờ báo này của NASA với các toạ độ nhật tâm của cả hai tàu vũ trụ cho tới năm 2015.
Voyager 1 không hướng về bất kỳ ngôi sao cụ thể nào, nhưng vào khoảng 40,000 năm nó sẽ vượt qua trong khoảng 1.6 năm ánh sáng ngôi sao AC+79 3888 trong chòm sao Camelopardalis bởi AC+79 3888 đang đi về phía Hệ mặt trời với vận tốc khoảng 119 kilômét trên giây.
Ngày 31 tháng 3 năm 2006, những người chơi radio nghiệp dư từ AMSAT ở Đức đã theo dõi và thu nhận sóng radio từ Voyager 1 bằng đĩa ăng ten 20m tại Bochum với kỹ thuật tích hợp dài. Dữ liệu của nó đã được kiểm tra và xác nhận so với dữ liệu từ trạm Deep Space Network tại Madrid, Tây Ban Nha. Đây được cho là lần thán sát đầu tiên như vậy với Voyager 1.
Ở thời điểm tháng 5 năm 2008, Voyager 1 ở góc nghiêng 12.45° và 17.125 giờ lên thẳng, khiến nó đang ở trong chòm sao Ophiuchus khi quan sát từ Trái Đất. NASA tiếp tục việc thám sát hàng ngày của họ với Voyager 1 bằng Deep Space Network của mình. Mạng lưới này đo đạc cả độ cao và góc phương vị của sóng radio tới từ Voyager 1, và nó cũng đo khoảng cách từ Trái Đất tới Voyager 1 bằng cách đo thời gian trễ giữa các tin hiệu radio từ và tới Voyager 1. Sau đó, với khoảng thời gian trễ đó, nhân với tốc độ ánh sáng sẽ được khoảng cách một chiều..
Ngày 20 Tháng 3, năm 2013, Voyager-1 được thông báo là vật thể đầu tiên do con người chế tạo rời khỏi Hệ mặt trời.