Voyager 2

Voyager 2 (označovaný niekedy ako VGR 77–3, či Mariner Jupiter/Saturn B alebo 10271) je medziplanetárna kozmická sonda vypustená v roku 1977 určená na prieskum vonkajších planét slnečnej sústavy, ktorá ako prvá a zatiaľ jediná sonda preletela okolo planét Urán a Neptún. Pôvodne mala byť súčasťou programu Mariner ako Mariner 12. Sonda je úplne identická so svojim dvojčaťom Voyagerom 1 (ten sa mal volať Mariner 11). Voyager 2 sa stal prvou a dosiaľ jedinou sondou, ktorá skúmala 4 planéty Jupiter, Saturn, Urán, Neptún a to vďaka priaznivému usporiadaniu planét, ktoré nastáva raz za 175 rokov, a súčasne jedinou, ktorá skúmala Urán a Neptún.

Voyager 2 sa 19. mája 2010 nachádzal 92,21 AU (13 794,42 miliónov kilometrov) od Slnka a vzďaľoval sa rýchlosťou 15,533 km/s smerom do súhvezdia Ďalekohľad. Sonda sa tak radí na tretie miesto medzi najvzdialenejšími objektmi, ktoré kedy človek do kozmického priestoru vypustil. Pred ňou sa nachádzajú sondy Voyager 1 a Pioneer 10. V súčasnosti je sonda stále funkčná a je s ňou udržiavané rádiové spojenie pomocou celosvetovej siete teleskopov v projekte Deep Space Network, prevádzkovaných Laboratóriom prúdového pohonu (Jet Propulsion Laboratory – JPL) s hlavnými centrami v Kalifornii, Španielsku a Austrálii.

Konštrukcia 

Konštrukcia sondy vychádzala zo skúseností s konštrukciou predchádzajúcich sond v programe Mariner. Napriek tomu si jej konštrukcia vyžiadala viac ako päť rokov práce. 
Hlavným riaditeľom projektu sa stal George P. Textor z JPL a projektový konštruktér Edward C. Stone z California Institute of Technology. S riadením sond v priebehu preletu okolo Jupiteru pomáhal Arthur L. Lane (z JPL) a neskôr, pri prelete okolo Saturnu, Uránu a Neptúnu, Ellis D. Miner.

Telo sondy je tvorené desaťbokým hranolom s výškou  a priemerom . Sonda je trojosovo stabilizovaná. Na vrcholku tela sa nachádza parabolická smerová anténa s priemerom , ktorá bola určená na udržiavanie rádiového spojenia s pozemnými teleskopmi a na prenos informácií a príkazov. K telu sondy boli pripevnené tri výklopné tyče, na ktorých sa nachádzalo vybavenie a energetické zdroje sondy. Na prvej výklopnej tyči s dĺžkou približne  sa nachádzalo vedecké vybavenie spoločne s kamerami a spektrometrom, ktoré sa nachádzali na konci tyče na otočnej plošine. Na ďalšej tyči s dĺžkou  boli umiestnené snímače magnetometra. Táto tyč sa nachádzala na opačnej strane, ako predchádzajúca tyč.

Na poslednej tyči boli umiestnené energetické zdroje sondy v podobe 3 rádioizotopových termoelektrických generátorov (RTG), dodaných americkou inštitúciou United States Department of Energy. Generátory zásobili palubné prístroje sondy 3×160W elektrickej energie, získavanej prirodzeným rozpadom. Prísun elektrickej energie postupne s rokmi klesal a v roku 1997 dosahoval iba 335 W. Energetický zdroj bol tvorený jednotkou s hmotnosťou  a priemerom  a dĺžkou  a ako zdroj energie  využíval 238PuO2. Bimetalové termoelektrické zariadenie bolo použité na prevod vznikajúceho tepla na elektrickú energiu.
V prípade sond skupiny Voyager nebolo možné využiť solárne panely, pretože sondy mierili do oblastí tak vzdialených od Slnka, že by ich používanie nebolo efektívne.

Už počas konštrukcie sondy bol veľký dôraz kladený na samostatnosť sondy, keďže bolo zjavné, že riadiace povely budú k sonde smerovať dlhé minúty až hodiny v závislosti na vzdialenosti. Celková prevádzka sondy je riadená zdvojeným palubným počítačom CCS (). Spracovanie vedeckých a telemetrických dát a riadenia vedeckých experimentov zabezpečuje systém spracovania dát FDS () vybavený strojeným počítačom. Dáta môžu byť zaznamenané na magnetopáskovej pamäti DSS () 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 v pásme S (2,3 GHz, rýchlosť prenosu min. 40 bit/s). Stabilizačný digitálny systém AACS (), využívajúci detektor Slnka, sledovačov hviezd a 3 uhlomerných gyroskopov, zabezpečuje orientáciu a stabilizáciu sondy v priestore a natáčanie plošiny s optickými prístrojmi na skúmané ciele. Celkom 16 dýz na jednozložkové kvapalné pohonné látky KPL (hydrazín, celková zásoba ) s ťahom 16×0,9 N slúžia ako výkonné prvky pre korekcie dráhy (4 motory) a pre orientáciu a stabilizáciu sondy (8 motorov).

Predpokladaná životnosť sondy je 40 rokov. Po dobu letu bola sonda riadená z pozemného riadiaceho strediska umiestneného v Jet Propulsion Laboratory v Pasadene, Kalifornia. Pôvodne sa predpokladalo, že životnosť sondy bude ukončená po návšteve Jupitera a Saturnu, ale neskôr bolo rozhodnuté o pokračovaní k Uránu a Neptúnu a nakoniec predĺžená na misiu, ktorá trvá už viac ako tridsaťjeden rokov, od roku 1977 do súčasnosti.

Vedecké vybavenie na palube 
 kamerový systém ISS ()
 komplex pre rádiové merania RSS ()
 ultrafialový spektrometer UVS ()
 trojosý cievkový magnetometer MAG ()
 detektor nízkoenergetických iónov LECP ()
 systém detektorov kozmického žiarenia CRS ()
 detektor rádiových vĺn PRA ()
 fotopolarimeter PPS ()
 prístroj na štúdium vĺn v plazme PWS ()
 infračervený interferometer a spektrometer IRIS ()
 spektrometer plazmových častíc PLS ()

Posolstvo iným svetom 

Voyager 2 podobne ako jeho sesterská sonda Voyager 1 na svojej palube nesú medenú pozlátenú gramofónovú platňu, ktorá obsahuje posolstvo prípadným inteligentným nálezcom sondy. Ide o disk s priemerov  so záznamom 115 obrázkov v analógovom formáte, 55 pozdravov v rôznych jazykoch sveta a 35 rôznych prírodných a umelých zvukov a 27 záznamov hudby zaznamenaný pri rýchlosti 16⅔ otáčok za minútu. Disk je uložený vo vnútri hliníkového puzdra, na ktorého povrchu je vygravírovaná schéma, znázorňujúca pôvod sondy a návod na použitie disku. Súčasťou puzdra je aj vzorka rádioaktívneho 238U (počiatočná aktivita 9,6 Bq), umožňujúca prípadnému nálezcovi určenie veku sondy. Zvyšok nahrávky je zvukový záznam.

Misia

Primárne ciele 

Každá sonda mala stanovené hlavné ciele pri každej planéte, ktorú mala navštíviť. Medzi tieto úlohy patrilo:
 preskúmať prúdenie, dynamiku, štruktúru a zložení planetárnej atmosféry navštíveného telesa
 popísať morfológiu, geológiu a fyzikálne charakteristiky mesiacov planét
 získať ďalšie dáta na určenie hmotnosti, veľkosti a tvaru planéty a ich satelitov, prípadne prstencov
 určiť štruktúru magnetického poľa, zloženie a distribúciu častíc a plazmy.

Plánovanie trasy 

Pri plánovaní budúcej dráhy sondy sa prepočítavalo viac ako 10 000 možných trajektórií, po ktorých by sa mohla sonda vydať, tak aby navštívila Jupiter, Saturn a Titan, ale nakoniec boli vybraté iba dve trajektórie z ktorých jedna potenciálne umožňovala využiť sondu pre ďalšiu cestu k Uránu a Neptúnu. Na začiatku plánovania ale nebolo isté, či sonda bude fungovať dostatočne dlho a panovali obavy, aby konštrukcia sondy nebola príliš veľká a vtedy drahá. Nakoniec bola pre sondu Voyager 2 vybratá trajektórie, ktorá by viedla okolo Saturnu a automaticky by sondu katapultovala na cestu k Uránu. Po úspešnom prevedení manévru bolo jasné, že sonda je schopná aj naďalej pokračovať vo vedeckej práci a tak bolo rozhodnuté o predĺžení jej misie (súčasne sa začalo počítať aj s návštevou Neptúna).

Pre let sondy bola využitá situácia v pozícii 4 planét, ktorá nastáva raz za 175 rokov, keď sú tieto planéty v rovnakej časti slnečnej sústavy. Táto pozícia umožnila sonde pomocou gravitačného urýchľovania „preskakovať“ od jednej planéty k ďalšej a skrátiť tak napríklad cestu k Neptúnu z tridsať rokov na dvanásť. Princíp gravitačného praku bol po prvýkrát použitý sondou Mariner 10, ktorá bola určená na prieskum Venuše a Merkúru.

Aj keď sonda Voyager 2 štartovala o 16 dní skôr ako sesterská sonda Voyager 1, mala sonda Voyager 1 kratšiu a teda rýchlejšiu trasu, ktorá zapríčinila, že pri Jupiteri bola skôr ako sonda Voyager 2 a to v marci 1979 kým Voyager 2 doletel k planéte približne až o 4 mesiace neskôr. Obe sondy využili gravitačný prak tejto planéty a vyrazili smerom k Saturnu, kde bola sonda Voyager opäť vymrštená na ďalšiu cestu smerom k Uránu a následne Neptúnu.

Po úspešnom prelete okolo Neptúnu sonda pokračuje v ceste na okraj slnečnej sústavy, kde pokračuje v zbere vedeckých dát v rámci projektu Voyager Interstellar Mission. Jeho cieľom bolo preskúmať prechod v podobe heliopauzy a pokračovať ďalej smerom preč zo slnečnej sústavy.

Štart 

Voyager 2 odštartoval 20. augusta 1977, z mysu Canaveral na Floride raketou Titan 3E Centaur.
Voyager 2 mala štartovať ako druhá sonda v projekte z Cape Canaveral na Floride, ale počas predštartovej prípravy sa zistilo, že sonda Voyager 1 (VGR 77-2) má niekoľko technických chýb, medzi ktorými bol aj problém so stabilizáciou sondy. Štartovacie okno pre vyslanie sond bolo iba tridsaťdenné a tak došlo k tomu, že sa rozhodlo o vyslaní Voyageru 2 dňa 20. augusta 1977 ako prvej sondy, aj keď mala pôvodne štartovať až ako druhá v poradí. Paradoxne sa tak do vesmíru dostala druhá sonda pred prvou. Sonda bola vypustená pomocou raketového nosiča Titan 3E Centaur

Po 2,5 minútach sa sonda dostala na parkovaciu dráhu vo výške , odkiaľ začala svoju vesmírnu púť. 15. decembra 1977 vstúpili obe sondy do oblasti Pásu planétok, ktorou úspešne preleteli. Po niekoľkých mesiacoch letu počas cesty k Jupiteru došlo v apríli 1978 k technickej poruche na hlavnom rádioprijímači, ktorý následne vypol. Automaticky sa zapojil záložný rádioprijímač, cez ktorý začala úspešne prebiehať komunikácia so sondou, aj keď táto bola zložitejšia. Počas letu v medziplanetárnom priestore v roku 1987 sonda pozorovala supernovu 1987A.

Prelet okolo Jupitera 

Na ceste sa ďalšie komplikácie neobjavili a tak sa mohla sonda pripravovať na prelet okolo najväčšej planéty slnečnej sústavy. Najbližšie priblíženie k Jupiteru sa odohralo 9. júla 1979, keď sa sonda priblížila iba na  od mračien na planéte. Počas preletu bolo objavených niekoľko prstencov okolo Jupitera a súčasne bola pozorovaná vulkanická aktivita na Jupiterovom mesiaci Io. Išlo o prvé pozorovanie vulkanizmu na inom vesmírnom telese než na Zemi, ktoré sa stalo aj najväčším prekvapením misie počas preletu okolo Jupitera. Vďaka postupnému preletu oboch sond sa mohli porovnať zmeny na povrchu mesiaca po časovom odstupe. To umožnilo pozorovať 9 sopiek počas erupcie a porovnaním snímok povrchu potom objaviť ďalšie sopky na povrchu mesiaca.

Podrobné pozorovanie Veľkej červenej škvrny preukázalo, že ide o komplex niekoľkých búrok okolo jednej obrovské búrky zúriacej v atmosfére pohybujúcej sa ľavotočivým smerom. Na zaslaných fotografiách (celkom okolo 18 000 fotografií) boli rozpoznané ďalšie menšie búrky, ktoré ukázali atmosféru Jupitera ako dynamický a búrlivý celok, ktorý nebol do dnešných dní celkom vysvetlený a popísaný.

Voyager 2 súčasne objavil malý mesiac Adrasteu blízko objavených prstencov a druhý mesiac Thebe objavil na dráhe medzi mesiacmi Amalthea a Io. Pri pozorovaní snímok povrchu ďalšieho mesiaca Európy od sondy Voyager 1 bolo rozoznané veľké množstvo zlomových línií, ktoré boli prvotne vyhodnotené ako možné praskliny vzniknuté doskovou tektonikou povrchu mesiaca či tektonickou aktivitou. Snímky povrchu s lepším rozlíšením zo sondy Voyager 2 priviedli vedcov k názoru, že sa pod vrstvou vodného ľadu najskôr nachádza oceán tekutej vody.

Sonda preletela okolo Jupitera a využila jeho gravitáciu na korekciu dráhy a zrýchlenie smerom k ďalšej planéte na svojej ceste.

Prelet okolo Saturnu 

Najbližšie priblíženie k Saturnu nastalo 25. augusta 1981. Počas prelete okolo Saturnu začala sonda s výskumom horných vrstiev atmosféry planéty pomocou radaru. Radarové merania priniesli poznatky o teplote a hustote atmosféry. Na ich základe sa zistilo, že v najvyšších oblastiach je tlak okolo 7 kilopascalov s teplotou −203 °C a najnižších skúmaných oblastiach dochádza k nárastu tlaku a teploty až na 120 kilopascalov a −130 °C. Severný pól vykazoval súčasne rozdielnu teplotu ako obdobné oblasti na juhu. Severné oblasti boli o 10 °C chladnejšie, čo sa následne interpretovalo ako následok sezónnych javov. Počas priblíženia sondy k planéte bolo vyhotovených a odoslaných na Zem okolo 16 000 fotografií.

Potom, čo Voayager 2 preletel okolo Saturnu, došlo k neočakávanej udalosti, keď sa doštička s kamerou krátko uzamkla, čo by bolo komplikáciou pri prieskume ďalších dvoch planét. Našťastie sa tímu podarilo poruchu spôsobenú nadmerným používaním dosky, keď došlo k dočasnému vyčerpaniu maziva, vyriešiť. Sonda sa mohla vydať k ďalším cieľom v prevádzkyschopnom stave. Saturn dal sonde impulz na cestu k Uránu.

Prelet okolo Urána 
Najbližšie priblíženie k Uránu nastalo 24. januára 1986, keď sa sonda nachádzala  nad hornou vrstvou atmosféry Uránu. Počas preletu okolo planéty sonda objavila 10 dovtedy neznámych mesiacov, študovala unikátnu atmosféru planéty a preskúmala prstence planéty a odoslala na Zem okolo 8 000 fotografií.

Voyager 2 podrobne študoval rotáciu tretej najväčšej planéty slnečnej sústavy a na základe pozorovaní vedci zistili, že planéta sa otočí okolo svojej osi za 17 hodín a 14 minút a že súčasne ako jediná planéta slnečnej sústavy rotuje s osou rotácie položenou do roviny obehu (zdanlivo teda planéta „váľa sudy“). Jedna hypotéza hovorí, že táto rotácia je dôsledkom zrážky mladej planéty s väčším telesom v čase formovania planetárnej sústavy.

Voyager 2 zistil, že jeden z najpozoruhodnejších dôsledkov Uránovej polohy na boku je jej vplyv na chvost jeho magnetického poľa, ktoré je samo sklonené o 60 stupňov od jeho osi rotácie. Chvost magnetického poľa je skrútený rotáciou planéty do tvaru dlhej vývrtky. Pred príletom Voyageru 2 nebolo známe, aký charakter má magnetické pole Uránu a či vôbec existuje. Sonda pozorovala aj radiačné pásy okolo Uránu, ktoré sú veľmi podobné tým, ktoré boli pozorované pri Saturne.

Prelet okolo Neptúna 

Najbližšie priblíženie k Neptúna nastalo 25. augusta 1989. Pretože to bola posledná veľká planéta, ktorú mohol Voyager 2 skúmať, bolo rozhodnuté preletieť bližšie pri mesiaci Triton. Počas preletu okolo Neptúna sonda objavila Veľkú tmavú škvrnu, ktorá ale počas neskorších pozorovaní pomocou Hubblovho teleskopu nebola pozorovaná, čo viedlo k názoru, že škvrna už zmizla a že podobne ako pri Jupiteri išlo o atmosférickú poruchu. Pôvodne sa predpokladalo, že ide o obrovský mrak a neskôr, že ide o medzeru v oblačnosti Neptúna, ktorá umožňovala uvidieť nižšie vrstvy atmosféry planéty. V oblasti pólu boli pozorované polárne žiary. Počas preletu okolo planéty sonda odoslala na Zem okolo 10 000 fotografií.

V roku 2006 bolo Pluto rekvalifikované na konferencii Medzinárodnej astronomickej únie z planéty na trpasličiu planétu, čím sa prelet okolo planéty v roku 1989 stal návštevou, ktorá zavŕšila prelety okolo všetkých planét slnečnej sústavy.

Na ceste zo slnečnej sústavy 
11. januára 2005 bol Voyager 2 vo vzdialenosti 75,4 AU a smeroval von zo slnečnej sústavy rýchlosťou 3,3 AU za rok (/s). V auguste roku 2007 sa sonda nachádzala už 12 svetelných hodín ďaleko od Zeme, od ktorej sa vzďaľuje rýchlosťou približne 1 500 000 kilometrov za deň. Počas cesty sonda aj naďalej skúma svoje okolie, uskutočňuje merania magnetického poľa, plazmy. V novembri 2018 opustila sonda heliosféru a putuje v medzihviezdnom priestore. Ide o druhú sondu (prvá bola Voyager 1), ktorá opustila slnečnú sústavu.

Budúcnosť 
Predpokladá sa, že Voyager 2 bude funkčný aspoň do roku 2020, kedy by mu mala dôjsť energia z jeho nukleárnych zdrojov, čo bude mať za následok definitívne ukončenie vysielania sondy. Dovtedy by sonda mala byť schopná naďalej zbierať vedecké údaje a posielať ich na Zem, ale tieto údaje už pravdepodobne nebudú môcť byť zachytené pre nízku kvalitu a intenzitu vysielaného signálu, ktorý sa stratí na pozadí kozmického šumu.

V roku 2012 pravdepodobne dôjde k ukončeniu stabilizačných operácií trasy sondy a tá sa tak stane neriadenou. V rovnakom roku asi dôjde aj k strate rádiového spojenia so sondou, pretože vysielaný signál bude natoľko slabý, že ho už nebude možné úspešne zachytiť. Na udržanie spojenia je potrebných 1,4 kbit/s pri použití antény s veľkosťou  × .

Po vyčerpaní energie sonda prestane fungovať a stane sa úplne neovládateľnou. Mŕtva sonda sa bude aj naďalej pohybovať po trajektórii, na ktorej sa v súčasnosti nachádza a bude sa naďalej vzďaľovať od Zeme aktuálnou rýchlosťou. Pokiaľ sa sonda nestretne so žiadnym telesom, ktoré by ju poškodilo, zničilo či iba zmenilo jej dráhu, tak by sonda mala pokračovať v lete vesmírom veľmi dlhý čas. Predpokladá sa, že by mala minúť hviezdu Sírius vo vzdialenosti 4,3 svetelných rokov približne za 296 000 rokov.

Náklady 
Pôvodne sa predpokladalo, že náklady na obe misie sa budú pohybovať okolo 250 miliónov dolárov a že misia skončí preletom sond okolo Saturnu. Vzhľadom na dobrý stav sondy a možnosť pokračovať v ďalšom prieskume došlo k predĺženiu misie a súčasne aj k zvýšeniu nákladov. Náklady sa vyšplhali pri úspešnom preletu okolo Neptúnu už na 857 miliónov dolárov zahrňujúc náklady na prípravu, konštrukciu, vyslanie a riadenie oboch sond. Dodatočne bolo uvolnených 30 miliónov dolárov na prevádzku oboch sond v rámci Voyager Interstellar Mission na dobu dvoch rokov.

Odraz v kultúre

Filmová a TV tvorba 
Názov Voyager bol niekoľkokrát použitý tvorcami SF seriálu Star Trek. 
 Voyager je kozmická loď stratená hlboko v kozme.
 Zachytená sonda Voyager z 20. storočia a jej rádiové vysielanie zachytené cudzou civilizáciou je pointou celovečerného filmu (Star Trek: The Motion Picture) z roku 1979.

Referencie

Pozri aj 
 Program Voyager
 Voyager 1
 Zlatá platňa Voyageru
 Pioneer 10
 Pioneer 11

Iné projekty

Externé odkazy 
 stránka NASA o Voyageroch 
 Spacecraft Escaping the Solar System  – súčasná pozícia 
 Sonda v encyklopédii SPACE40 

Program Voyager
Prieskum Neptúna
Medziplanetárne sondy
Planetárne sondy
Prebiehajúce misie
Kozmonautika v 1977