Voyager 1

Voyager 1 (po slovensky Cestovateľ) je medziplanetárna kozmická sonda pre výskum vonkajšej časti slnečnej sústavy. Váži , bola vypustená 5. septembra 1977 a je stále funkčná. Sonda je od Zeme najvzdialenejší ľudský výtvor. 

Voyager 1 sa v súčasnosti dostáva na hranice slnečnej sústavy, kde sa vplyv Slnka stretáva s medzihviezdnym priestorom. Vo vzdialenosti 17,6 miliárd kilometrov (90 AU) od Slnka (v lete 2012) je pred vstupom do helioplášťa, oblasti za rázovou (terminačnou) vlnou. Vedci nevedia presne určiť za aký čas hranicu dosiahne. V tejto vzdialenosti trvá signálom zo sondy viac ako 13 hodín než dorazia na Zem, do riadiaceho strediska Laboratória prúdového pohonu blízko Pasadeny v Kalifornii. Voyager 1 je na hyperbolickej dráhe a pohybuje sa únikovou rýchlosťou, čo znamená, že sa naspäť do slnečnej sústavy nevráti.

Vzdialenosť Voyageru 1 k 25. júlu 2014 činila takmer 128 AU (19,2 miliárd km), čo predstavuje len 0,002 ly (svetelný rok). Aktuálny stav vzdialenosti oboch sond Voyager od Zeme a Slnka je možné sledovať na tejto stránke agentúry NASA.

Hlavným cieľom Voyageru 1 bol prieskum planét Jupiter, Saturn, ich mesiacov a prstencov. V súčasnosti sonda študuje heliopauzu a výplň medzihviezdneho priestoru. Pre oba Voyagery sú zdrojom energie tri rádioizotopové termoelektrické generátory, ktoré síce už prekonali minimálnu plánovanú životnosť, ale predpokladá sa, že budú schopné generovať dostatok energie pre komunikáciu so Zemou aj po roku 2020.

V septembri 2013 NASA potvrdila, že sonda 25. augusta 2012 opustila priestor, kde prevláda pôsobenie slnečného vetra a v podstate sa tak dostala do medzihviezdneho priestoru.

Plánovanie misie 
Voyager 1 bol plánovaný ako Mariner 11, súčasť programu Mariner. Od začiatku sa počítalo s využitím gravitačných manévrov. S ich pomocou je možné navštíviť viac planét s minimálnou spotrebou paliva. 

Voyager 1 bol vypustený 5. septembra 1977 z mysu Canaveral raketou Titan 3E Centaur. Aj keď bol vypustený až po svojom dvojčati Voyageru 2, kvôli chybe objavenej až na poslednú chvíľu je jeho rýchlosť asi o 10 % vyššia a planéty Jupiter a Saturn dosiahol skôr.

Popis telesa 

Základnú časť trojosovo stabilizovanej sondy tvorí služobná časť v tvare nízkeho desaťbokého hranolu z hliníkových rúrok o výške  a s priemerom . Na jeho bokoch je pripevnených 10 schránok s elektronikou sondy. Uprostred hranolu v ťažisku sondy je posadená guľová nádrž s priemerom , ktorá pri vypustení sondy obsahovala  paliva sondy – hydrazínu. Na hornej podstave hranolu je umiestnená parabolická smerová anténa s priemerom . Väčšina vedeckého vybavenia je umiestnená na výklopnej tyči o dĺžke , ukončenej otočnou plošinou s kamerami a spektrometrami. Časť plazmových a časticových detektorov je rozmiestnená pozdĺž tejto tyče. Na opačnej strane sondy na ďalšej  dlhej tyči sú umiestnené 2 magnetometre.

Na tretej výklopnej konštrukcii sú umiestnené 3 rádioizotopové termoelektrické generátory (priemer , dĺžka , hmotnosť , zdroj tepla 238PuO2, počiatočný tepelný výkon 2.4 kW), elektrický 3×160 W elektrickej energie na začiatku letu.

Súbor vedeckých prístrojov tvorí: 
 kamerový systém ISS (Imaging Science System); vypnutý
 komplex pre rádiové meranie RSS (Radio Science System); vypnutý
 ultrafialový spektrometer UVS (Ultraviolet Spectrometer); funkčný
 trojosový cievkový magnetometer MAG (Magnetometer); funkčný
 detektor nízkoenergetických iónov LECP (Low-Energy Charged Particles); funkčný
 systém detektorov kozmického žiarenia CRS (Cosmic Ray System); funkčný
 detektor rádiových vĺn PRA (Planetary Radio Astronomy); vypnutý
 fotopolarimeter PPS (Photopolarimeter System); chybný
 prístroj pre štúdium vĺn v plazme PWS (Plasma Wave System); funkčný
 infračervený interferometer a spektrometer IRIS (Infrared Interferometer Spectrometer); vypnutý
 spektrometer plazmových častíc PLS (Plasma Spectrometer). chybný

Celková prevádzka sondy je riadená zdvojeným palubným počítačom CCS (Computer Command Subsystem). Jeho napevno zabudovaný program obsahuje dekódovanie príkazov, detekciu chýb, opravné postupy, počítanie zameriavania antény a počítanie ďalších sekvencií a rutín na prevádzku sondy. Tento počítač je zdokonalenou verziou počítača zo sond Viking 1 alebo 2.

Spracovanie vedeckých a telemetrických dát a riadenie vedeckých experimentov zaisťuje digitálny systém spracovania dát FDS (Flight Data Subsystem). Dáta môžu byť zaznamenané na magnetopáskovú pamäť DSS (Data Storage Subsystem) s kapacitou 536 Mbit. Komunikačný systém pracuje v pásme "X" (8.4 GHz, rýchlosť prenosu 8 bit/s až 115.2 kbit/s, výkon 23 W) a "S" (2.3 GHz, rýchlosť prenosu min. 40 bit/s), v praxi dovtedy ešte nevyskúšaný. Rovnako bol po prvýkrát použitý aj stabilizačný digitálny systém AACS (Attitude and Articulation Control Subsystem), využívajúci detektory Slnka, sledovače hviezd a 3 uhlomerných gyroskopov, zaisťujúci orientáciu a stabilizáciu sondy v priestore a natáčanie plošiny s optickými prístrojmi na skúmané ciele. Celkom 16 stabilizačných trysiek na jednozložkové palivo KPL (hydrazín) (každá s ťahom 0.9 N) slúži ako výkonný prvok pre korekciu dráhy (4 motory) a pre orientáciu a stabilizáciu sondy (8 motorov). 

Celá sonda váži  a pri štarte bola poskladaná vo valci vysokom  s priemerom . Viac ju zložiť nebolo možné, pretože anténa s priemerom  je nezložiteľná. Prvé štyri minúty letu bola sonda uzavretá v špičke rakety Centaur. Raketa potom odhodila aerodynamický kryt a až po 49 minútach, keď už bola sonda navedená na dráhu k Jupiteru, začala vysúvať všetky nosníky a antény.

Priebeh letu 
Po desiatich minútach od štartu bola dosiahnutá parkovacia dráha, po ďalších 50 minútach medziplanetárna dráha. V priebehu štartu došlo k predčasnému vypnutiu motorov na pevné palivo. Táto strata bola kompenzovaná dlhším horením ďalšieho stupňa Centaura a nakoniec bola potrebná rýchlosť dosiahnutá len 3,4 sekundy pred úplným spotrebovaním paliva. 

Po dvoch hodinách letu bola sonda stabilizovaná v dvoch osiach na Slnko a za niekoľko ďalších hodín bola stabilizovaná aj v tretej osi na hviezdu Canopus. Dvojka mala pred ňou náskok 14 miliónov kilometrov, ale bola vyslaná na pomalšiu dráhu. 11. septembra bola vykonaná korekcia dráhy +2,45 m/s a 13. septembra korekcia dráhy +10,11 m/s. V obidvoch prípadoch bola zmena rýchlosti o 20% nižšia ako bolo plánované. 

Bradforda Smitha, vedúceho tímu pre snímkovanie kozmických telies hneď po štarte sondy Voyager 2 napadlo, že by bolo zaujímavé vidieť, ako vyzerá pohľad na Zem - Mesiac. Ešte pred štartom boli narýchlo naprogramované palubné počítače a 18. septembra 1977 vznikla farebná fotografia kosáčika Zeme a kosáčika Mesiaca zložením snímok z 18 pozícií v troch farbách. Všetko bolo nahrané na palubný magnetofón a 7. a 10. októbra prehrané na Zem. Bola to prvá snímka z Voyagerov a prvá takáto snímka našej planéty a jej prirodzenej družice vôbec, odfotená zo vzdialenosti .

Posledný novembrový týždeň prekrížili obidve sondy dráhu planéty Mars. Boli od neho vzdialené 137 miliónov km, čo je približne toľko, ako vzdialenosť Zeme od Slnka. 15. decembra 1977 jednotka predbehla dvojku, pričom ich vzájomná vzdialenosť bola 17 miliónov kilometrov. Začiatkom decembra 1977 sa obidve sondy vnorili do pásu asteroidov medzi Marsom a Jupiterom.

Problémy s natáčaním plošiny 
22. februára 1978 nastala na Voyageri 1 prvá vážna porucha. Pri kalibračných skúškach otočnej plošiny a príkazu o otočenie o 62 stupňov došlo po 27 stupňoch k spomaleniu pohybu a po ďalších 5 stupňoch sa plošina zastavila úplne. Nefunkčnosť plošiny by znamenala, že pri snímkovaní by sa musela otáčať celá sonda, nielen plošina s kamerami. Dáta by sa museli najprv nahrávať na magnetofónovú pásku, ktorej kapacita je ale obmedzená, pretože otáčaním by sonda stratila rádiový kontakt so Zemou. Na identickom exemplári sondy, ktorý zostal v Pasadene, sa poruchu nepodarilo nasimulovať. Táto porucha spôsobila, že sonda nevyfotografovala planétku Medeu, ktorú minula vo vzdialenosti 15,9 mil. km. 

Plošinu sa napokon podarilo opakovaným zapínaním elektromotora rozhýbať. Predpokladanou príčinou poruchy boli úlomky mäkkého poddajného materiálu, ktoré sa tam dostali zrejme z viacerých zdrojov pri zostavovaní jednotky a pôvodne boli zistené na výstupnom ozubenom prevode a tiež v predposlednom prevode. Úlomky boli ozubenými kolesami prevodu pravdepodobne rozdrvené a technici už neočakávali žiadne ďalšie ťažkosti.

Prelet okolo Jupitera 
4. januára 1979 sa začalo nepretržité pozorovanie Jupitera vzdialeného 60 mil. km počas 60 dní. Ultrafialový spektrometer monitoroval Jupiter 8-krát denne, každý deň bola vyhotovená stovka infračervených spektier. Fotopolarimeter zisťoval elektromagnetické vlastnosti prostredia, kde sa sonda nachádzala. Merania boli celý deň zaznamenávané na magnetofónovú pásku dlhú  a schopnú uložiť 536 miliónov bitov informácií, čo je asi 100 kvalitných snímok. Nazbierané údaje sa vysielali na Zem jedenkrát denne, v trojhodinovej sekvencii. Pri každom zapnutí alebo prevíjaní pásky prístrojom trochu trhlo a museli sa na chvíľu zapnúť stabilizačné trysky sondy, aby snímkovanie mohlo byť plynulé. Pôvodne mala NASA v pláne len výskum planéty. Bradford Smith nakoniec presadil, aby sonda mohla uskutočniť aj výskum jeho mesiacov. 

13. januára 1979 sa začalo intenzívne snímkovanie. Počas nasledujúcich 100 hodín a 10 otočiek planéty vznikol každých 96 sekúnd jeden snímok. Spolu bolo zachytených 3750 snímok, z ktorých poskladaním sa vytvoril prvý film tohto druhu. Kotúč Jupitera sa postupne zväčšoval, až sa napokon nevošiel do zorného poľa kamery a snímky bolo nutné skladať. Od 21. februára 1979 sa na zachytenie celého disku muselo použiť 9 obrázkov.

3. marca 1979 bolo kvôli 3 hodiny trvajúcej búrke s bleskami nad austrálskou pozorovacou stanicou v Tidbinbille prerušené spojenie so sondou. Tým boli nenávratne stratené výsledky spektrometrického sledovania mesiaca Io v oblasti ultrafialového žiarenia. 4. marca 1979 o 19:13 hod bol ukončený snímok s veľmi dlhou expozíciou 672 sekúnd, z dôvodu spresnenia polohy sondy. V tej dobe nepracoval automatický kontrolný systém polohy plošiny, preto sa musela za hviezdami v otvorenej hviezdokope M44 natáčať celá plošina s kamerami. Vďaka tomu boli na fotografii objavené prstence, doteraz známe len u Saturna. Stephen Synnott na snímkach Voyagera 1 neskôr objavil aj nový malý mesiac pomenovaný Metis. 

5. marca 1979 prebehlo snímkovanie malého mesiaca Amalthea a najtesnejší prelet okolo Jupitera vo vzdialenosti  od jeho oblakov. Prebiehal detailný fotografický a rádiový prieskum, v činnosti boli postupne všetky prístroje. 6 hodín po najväčšom priblížení asi o 18:00 hod. boli v atmosfére Jupitera zaznamenané blesky. Keď bola sonda ukrytá za Jupiterom, bolo s ňou stratené spojenie na 2 hodiny. 

Snímky mesiaca Io priniesli prekvapivé zistenie, že toto teleso má aktívny vulkanizmus. Rovnako neočakávané boli zábery na ľadom pokrytý mesiac Európa. K 15. marcu 1979 odoslala sonda Voyager 1 viac ako 15 000 fotografií Jupitera a jeho mesiacov a nespočítateľné množstvo ďalších meraní. 9. apríla 1979 prebehla ešte malá korekcia dráhy a Voyager 1 urýchlený Jupiterom bol na ceste k Saturnu.

Prelet okolo Saturna 

24. marca 1980 vo vzdialenosti  začal Voyager 1 fotografovať Saturn, hlavne kvôli vyhodnoteniu a upresneniu dráhy. 22. augusta 1980 nastal začiatok pozorovania a prieskumu planéty. 12.–14. októbra 1980 vznikol počas 42 hodín každých 288 sekúnd jeden snímok Saturnu. 24. októbra 1980 predstavovala vzdialenosť k Saturnu . 3. novembra 1980 prebehlo snímkovanie Saturna a prstencov s cieľom objaviť nové družice. 12. novembra 1980 sonda pozorovala najväčší Saturnov mesiac Titan s najväčším priblížením o 7:05 hod vo vzdialenosti . Tethys minula asi 23:40 hod. vzdialenosť . 13. novembra 1980 nastalo najväčšie priblíženie k atmosfére Saturnu vo vzdialenosti . 

18. novembra 1980 bola misia pri Saturne ukončená, boli odoslané posledné fotografie. Voyager tak veľmi úspešne zakončil svoju úlohu v slnečnej sústave. Dodatočne na základe jeho dát boli nájdené 3 nové družice Saturna. Za 38 mesiacov cesty sa Voyager 1 oneskoril len o 2 minúty a vo vzdialenosti 1,5 miliardy kilometrov minul vypočítaný preletový bod len o 19 kilometrov. 

14. februára 1990 urobil Voyager 1 zo vzdialenosti 6 miliárd kilometrov snímky všetkých planét našej slnečnej sústavy okrem Merkúra, ktorý bol príliš blízko pri Slnku.

Súčasný stav 
Voyager 1 sa 8. septembra 2012 nachádzal 121,7958 AU (18 220,39 miliónov kilometrov) od Slnka, čo predstavuje 0,001926 ly (svetelný rok). Je ďalej, než akákoľvek známa planéta v našej sústave, vrátane planétok Eris a 90377 Sedna. Nie je však ďalej, ako Oortov mrak či dlhoperiodické kométy. Signály z Voyageru 1 prídu na Zem za 16,8 hodiny. Jeho rýchlosť je približne  (o 10% rýchlejšie ako Voyager 2.) 19. novembra 2015 bude Voyager 1 133.15 AU od Slnka.

V lete roku 2012 sa sonda nachádzala na hraniciach heliosféry, čo bolo zrejmé z prístrojových údajov. V máji 2012 bolo zaznamenané zvýšenie množstva kozmických lúčov, čo dopadajú na sondu. Ukazovatele sa však odvtedy pohybujú hore aj dolu, nie je jasné, kedy sonda definitívne opustí solárny priestor, či "o dni, mesiace, alebo roky". Možné je aj to, že sa sonda nachádza v novej oblasti prepojenej s heliopauzou.

Za predpokladu normálneho fungovania sondy budú musieť byť v roku 2015 vypnuté ďalšie senzory. V roku 2025 sa očakáva úplné vyčerpanie energie.

NASA si všimla, že Voyager 1 prichádza o svoju schopnosť natáčať sa vo vesmíre. Ak by sa sonda nebola schopná natočiť tak aby jej anténa smerovala k Zemi, NASA by nebola schopná zachytávať jej signály. Dôvodom bolo opotrebovanie drobných orientačných trysiek. Úrad prišiel s riešením, že sonda by mohla používať inú súpravu trysiek – také, ktoré sa pôvodne používali na korekciu dráhy pri preletoch okolo planét našej slnečnej sústavy. Naposledy však Voyager 1 letel okolo Saturnu v roku 1980 a od 8. novembra toho roku sonda trysky nepoužila. Dňa 28. novembra 2017 napokon NASA vyslala na diaľku takmer 21 miliárd kilometrov signál, aby sa trysky nakrátko spustili. Na ďalší deň v NASA zistili, že všetko funguje. Signál k sonde "cestoval" 19 hodín a 35 minút a taký istý čas NASA čakala na spätnú väzbu od sondy.

Referencie

Pozri aj 
 Voyager 2

Iné projekty

Zdroje 
 Zdeněk Pokorný – Příběh nesmrtelných poutníku, Rovnost 1995 internet: 
 http://voyager.jpl.nasa.gov/index.html
 http://www.lib.cas.cz/

Externé odkazy 
 voyager.jpl.nasa.gov – Oficiálne stránky projektu Voyager (po anglicky)
 Informácie o misii na stránkach aldebaran.cz (po česky)
 Sonda v encyklopédii SPACE40 (po česky)

Program Voyager
Medziplanetárne sondy
Planetárne sondy
Prebiehajúce misie
Kozmonautika v 1977