Voyager 1

Voyager 1 on NASA kosmosesond, mis startis 5. septembril 1977. Sond on osa Voyageri programmist, mille raames uuritakse Päikesesüsteemi välisosa ning on seni kõige pikema kestusega kosmoseprogramm. Voyager 1 missioon on kestnud üle 40 aasta ning sellega peetakse Deep Space Networki kaudu regulaarselt ühendust. 18. detsembril 2020 asus sond 152 aü kaugusel päikesest ning see on Maast kaugeimale jõudnud kosmoseaparaat.

Sondi esialgne eesmärk oli lennata mööda Jupiterist, Saturnist ja Titanist. Enne möödalendu Titanist, kaalus NASA võimalust suunata sond Pluutole, kuid otsustas sellest loobuda, sest see oleks välistanud möödumise Titanist. Voyager 1 uuris möödalendude ajal planeetide ilma, magnetvälju ja rõngaid ning tegi detailsed pildid nende kuudest.

Pärast põhimissiooni lõppu, sai Voyager 1 kolmandaks Päikesesüsteemist lahkuvaks sondiks ning 25. augustil 2012 sisenes sond tähtedevahelisse ruumi. Voyager 1 startis kosmosesse pärast Voyager 2-te, kuid tänapäeval on ta võrreldes oma sõsarsondiga Päikesest kaugemal tänu planeetidelt saadud gravitatsioonikiirendusele.
 
Voyager 1 pikendatud missioon peaks kestma 2025. aastani.

Missioon
Voyager 1 esialgseks missiooniks oli uurida Päikesesüsteemi välisplaneete (Jupiteri ja Saturni) ja 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.
Voyager 1 lõpetas oma esialgse missiooni Saturni uurimisega, mille järel otsustati Voyageri missiooni tähtedevahelise ruumi uurimiseks pikendada . 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.

Ajalugu

Missiooni planeerimine

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 . 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. 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.

Start
Esialgse kava kohaselt pidanuks Voyager 1 startima 16 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.

Teekond läbi Päikesesüsteemi

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

Kosmoselaeva ehitus ja alamsüsteemid
Voyageri kosmoselaevad on ehituselt identsed. Kosmoseaparaadi põhiosaks on kümnetahuline 47 cm kõrgune ja 1,78 m läbimõõduga alus.

Side
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.

Last
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.

Toiteallikas
Kolmandal platvormil (suunatud eemale mõlemast eelnenust) paikneb 3 termoelektrilist radioisotoopgeneraatorit (RTG), mis varustavad kogu kosmoselaeva energiaga. 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, väheneb ka generaatorite võimsus. Stardihetkel oli generaatorite võimsus umbes 470 W, 1997. aastaks oli see langenud umbes 335 W-ni. Sellele vastavalt on aja jooksul vähenenud (ja väheneb veelgi) aktiivsete vaatlusinstrumentide hulk.

Asendi määramine ja kontroll
Mõlemal Voyageril on kolme telge stabiliseerivad güroskoobid. Asendit aitavad kontrollida sensorid, mis tuvastavad täht Canopuse (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.

Käsu- ja andmehaldus
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.

Teadusseadmed

Voyager 1 pardal on 11 teadusseadet, millest neli on endiselt töös.

Vaatlused

Jupiter
Voyager 1 alustas Jupiteri pildistamist 1979. aasta jaanuaris. Kõige lähemal oli ta Jupiterile 5. märtsil 1979 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. Voyagerid tegid ootamatu avastuse Iol, kui selgus, et sellel Jupiteri kaaslasel toimub aktiivne vulkaaniline tegevus, mida seni polnud väljaspool Maad avastatud. Veel avastasid Voyagerid Jupiteri virmalised.

Saturn
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. Voyageri missiooni tulemusel avastati Saturnil ka virmalised. Planeedi rõngaste uurimisel selgus, et B-rõngad sisaldavad kodaralaadseid ja F-rõngad punutisesarnaseid 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. Kokku tegi Voyager 1 Jupiterist, Saturnist ja nende kaaslastest umbes 32 000 fotot.

Praegune seis
Voyager 1 asus detsembris 2020 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). 2020. aasta 18. detsembri seisuga oli Voyager 1 kaugus Maast 152,1 astronoomilist ühikut (0,0019 valgusaastat ehk 17,88 miljardit kilomeetrit). Elektromagnetkiirguse edasi-tagasi saatmiseks Maalt kulus 18. detsembril 2020 21 tundi, 5 minutit ja 34 sekundit. 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. Mõlemad Voyagerid saadavad senini väärtuslikke teaduslikke andmeid läbi süvakosmose võrgu DSN-i (Deep Space Network). 
Mõlemal kosmoseaparaadil peaks olema piisavalt kütust, et opereerida vähemalt kuni 2020. aastani, selleks ajaks peaks Voyager 1 olema 22,5 miljardi kilomeetri kaugusel Päikesest.

Voyageri kuldne plaat

Nii Voyager 1 kui ka 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. Plaadi ümbrisel on illustreeritud mängujuhis. Helisalvestised ja kujutised valis välja komitee, mida juhtis Cornelli ülikooli professor dr Carl Sagan. Plaadi "pealkirjaks" (kantud plaadi keskele) on ingliskeelne tekst "The Sounds of Earth" (eesti keeles "Maa helid"), mille alla on kirjutatud väiksemas kirjas "United States of America" (Ameerika Ühendriigid) ja "Planet Earth" (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 Berry. 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 ning looduse ja inimkultuuride mitmekesisust.

Viited

Kosmoseaparaadid
NASA kosmosesondid
Voyageri programm
Marineri programm
Jupiteri missioonid
Saturni missioonid
1977