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. 

Missiooni kestuseks planeeriti viis aastat.Mark Kaufman. When will we get the final message from NASA's Voyager spacecraft? Mashable Newsletter 9.03.2024.
Preguseks on Voyager 1 missioon kestnud üle 40 aasta ning sellega peetakse Deep Space Networki kaudu regulaarselt ühendust. 18. detsembril 2020 asus sond 152 aü kaugusel Päikesest. See  on Maast kõige kaugemale 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 möödalennu Titanist. Voyager 1 uuris möödalendude ajal planeetide ilma, magnetvälju ja rõngaid ning tegi detailsed pildid nende kaaslastest.

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 praegu on ta tänu planeetidelt saadud gravitatsioonikiirendusele võrreldes oma sõsarsondiga Päikesest kaugemal .

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
pisi|Voyager 1 start
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
pisi|Päikesesüsteemi "pereportree"
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 foto "Kahvatu sinine täpp", millel on kujutatud Päikesesüsteem 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.
+  Nimi Lühend Töös? Kirjeldus Pildistamisteaduse süsteem  ISS    Pildistamiseks kasutas Voyager 1 kaht erineva fookuskaugusega kaamerat, mille lahutusvõime sõltus konkreetsest trajektoorist pildistatava objekti suhtes, kuid oli maksimaalselt 0,5 kuni 1,0 km. Pildistamise eesmärk oli uurida planeetide atmosfääride liikumist, laike (eriti Jupiteri Suurt Punast Laiku), pöörlemistelje asendit, pilvede moodustumist, optilisi parameetreid, siseenergia vooge, polarimeetriat, kromofooride olemust jpm. Lisaks sooviti uurida planeetide satelliitide üldisi füüsikalisi parameetreid, geoloogilist seisundit ning pinna omadusi ja Saturni rõngaid. Voyageri lisaülesandeks oli otsida uusi komeete ja asteroide. Raadioteaduse süsteem  RSS    Raadioteaduse tarbeks kasutati Voyageri sidesüsteemi. Eksperimendi eesmärgiks oli uurida planeetide ning nende satelliitide ionosfääre ja atmosfääre, teha kindlaks nende massid, gravitatsiooniväljad ja tihedused ning uurida Saturni rõngaste koostist. Infrapunane interferomeeter/spektromeeter  IRIS    Eksperimendis kasutati üheks instrumendiks kombineeritud Michelsoni interferomeetrit ja ühe kanaliga radiomeetrit. Ülesandeks oli uurida globaalset ja lokaalset energiatasakaalu, atmosfääri gaasilist koostist, temperatuuri vertikaalset jaotust ja Saturni rõngaid. Interferomeeter kattis spektriosa lainepikkusega 4–55 μm ja radiomeeter 0,33–2 μm. Planetaarne raadioastronoomia  PRA    Raadioastronoomia tarbeks kasutati raadiovastuvõtjat, mis töötab sagedustel 20 kHz kuni 40,5 MHz. Vastuvõtjateks olid kaks 10 m monopoolantenni. Eksperimendi käigus kogutud Jupiteri ja Saturni raadiosignaalide abil saadi olulist teavet planeetide magnetosfääride kohta. Fotopolarimeeter PPS    Fotopolarimeetrias kasutati 20 cm läbimõõduga teleskoopi, mille vaatlused suunati läbi polarisaatori ja filtri fotokordistisse. Emissiooni intensiivsuse järgi oli võimalik saada teavet planeetide pinnastruktuuri, tiheduse ja koostise kohta, samuti uuriti polarimeetri abil Saturni rõngaid ja kiirguse hajumist planeetide atmosfäärides. Ultravioletne spektromeeter  UVS    UV-spektromeetri ülesandeks oli uurida planeetide atmosfääride omadusi lainepikkuse vahemikus 0,04–0,16 μm. Atmosfääri läbinud valguse neeldumispektrite abil on võimalik määrata planeedi atmosfääri koostist. See katse võimaldas hinnata ka atmosfääri soojusjaotust. Magnetomeeter  MAG    Magnetomeetri eesmärk oli uurida Jupiteri ja Saturni magnetvälju, päikesetuule interaktsioone nende planeetide magnetosfääridega, planeetidevahelist magnetvälja kuni päikesetuule mõjuulatuse piirini ja sellest edasi tähtedevahelise ruumi magnetvälja omadusi. Eksperimendis kasutatakse 4 magnetomeetrit tööpiirkonnaga 0,01 nT kuni 0,002 T ja täpsusega 0,1 nT. Plasma spektromeeter  PLS    Plasma uuringuteks kasutatakse kaht Faraday detektorit. Üks neist teeb kindlaks plasma ioonide makroskoopilised omadused (kiirus, tihedus, rõhk). Uuringuga on kaetud nii üle- kui alla helikiirusega liikuv vool. Teine Faraday detektor mõõdab elektrone, mille energiad jäävad vahemikku 5 eV kuni 1 keV. Madala energiaga laetud osakesed  LECP    Madala energiaga laetud osakesi uuritakse nii planetaarses kui interplanetaarses keskkonnas. Planetaarsete uuringute jaoks kasutati kuut erineva tundlikkusega detektorit, mis võimaldasid uurida madala energiaga osakesi, kui osakeste voog oli parajasti piisavalt suur, et küllastada vastavat detektorit. Interplanetaarses faasis kasutatakse detektoritega varustatud osakeste telekoopi. Selle teleskoobi abil on võimalik tuvastada prootoneid, alfaosakesi ja raskemaid tuumi energiatega vahemikus 0,05–30 MeV. Mootori abil on võimalik detektoreid astmeliselt pöörata, võimaldades 360° vaadet. Kosmilised kiired CRS    Antud uuringu eesmärk on uurida tähtedevaheliste kosmiliste kiirte päritolu ja omadusi, kosmiliste kiirte allikates toimuvat tuumasünteesi ja kiirte käitumist erinevates keskkondades. 
Eksperimenti viivad läbi kõrge (HETS) ja madala energiaga (LETS) teleskoopide süsteemid. HETS katab energiavahemikku 6–500 MeV/tuuma kohta. LETS seevastu tuvastab tuumi, mille energiad jäävad vahemikku 0,15–30 MeV. Mõlemat teleskoopi piirab tuumade suurus – üle 30 prootoniga aatomituumi nad ei tuvasta. Instrumendid mõõdavad ka elektronide ja tuumade anisotroopiat. Plasma lained  PWS    Plasma lainete eksperiment Jupiteri ja Saturni juures andis tulemuseks elektrontiheduse profiilid ning ettekujutuse lokaalsetest laine ja osakeste interaktsioonidest. Katses kasutatakse 16 kanaliga vastuvõtjat, mille sagedusala on 10 Hz kuni 56 kHz ning planetaarseks raadioastronoomiaks vaja läinud 10 m antenne.

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
NASA ennustas, 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. Mõlemal kosmoseaparaadil oli piisavalt kütust, et opereerida vähemalt kuni 2020. aastani. 2004. aastal, olles 94 AU kaugusel Päikesest, läbis Voyager 1 punkti, kus Päikesetuule kiirus muutub väiksemaks helikiirusest (termination shock). Voyager 1 asus detsembris 2020 heliosfääri välimises osas, kus päikesetuule kiirust aeglustab interstellaarse gaasi rõhk. 2020. aasta 18. detsembri seisuga oli Voyager 1 kaugus Maast 152,1 astronoomilist ühikut (0,0019 valgusaastat ehk 17,88 miljardit kilomeetrit). Mõlemad Voyagerid saatsid endiselt väärtuslikke teaduslikke andmeid heliosfääri välimise osa kohta.

2022. aasta mais hakkas Voyager 1 Maale saatma vigaseid andmeid. Augustis 2022 saadeti Maalt korraldus hakata andmete edastamiseks telekommunikatsioonisüsteemile kasutama teist sondi pardal olevat arvutit ja nii saadi sond uuesti korrektselt tööle.

2023. aasta detsembris, kui Voyager 1 oli Maast 160 AU (24 miljardi kilomeetri) kaugusel, hakkas sond edastama vigaseid andmeid. NASA kahtlustas, et probleemid on telemeetriasüsteemi ja kommunikatsioonisüsteemi suhtluses. Kosmosesond võttis endiselt vastu korraldusi Maalt, aga suure vahemaa tõttu kulub Maalt saadetud käsule vastuse saamiseks umbes 45 tundi. Mais 2024 õnnestus suhtlus Voyager 1-ga taastada. Kõigilt veel töötavalt neljalt instrumendilt saadakse jälle andmed kätte.Calla Cofield, Voyager 1 Returning Science Data From All Four Instruments NASA 13.06.2024.

Oktoobris 2024, kui juhtimiskeskusest saadeti korraldus lülitada sisse küttekeha, mille jaoks oli veel piisavalt toiteseadmete võimsust, lülitas automaatne kaitse välja X-riba raadiosaatja, millega Voyager suhtles juhtimiskeskusega, ja viis suhtluse S-riba saatjale, mis tarbib vähem energiat, aga saadab ka nõrgemaid signaale. S-riba saatja ei olnud kordagi töötanud pärast 1981. aastat. 24. oktoobril 2024 saadi uuesti kätte signaal Voyager-1-lt.Tony Greicius. After Pause, NASA’s Voyager 1 Communicating With Mission Team. NASA 28.10.2024.

Voyageri kuldne plaat
pisi|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.

Vaata ka
 Kahvatu sinine täpp
 Pereportree

Viited

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