Naukowcy z Laboratorium Napędów Odrzutowych przez długi czas byli pozbawieni spokojnego wypoczynku. Podekscytowani odkryciami spali w napadach, a kiedy się obudzili, pospieszyli z powrotem do Centrum Kontroli Lotów automatycznej międzyplanetarnej stacji Voyager. Tutaj maszyny cyfrowe działały z niesamowitą szybkością, przekształcając tysiące bitów informacji, zniekształconych przez zakłócenia przestrzeni i atmosfery, w telechroniczne ramki, smukłą grafikę i niekończące się rzędy liczb. Ludzie z zapartym tchem patrzyli na kolorowe obrazy zbliżającego się Saturna na ekranach.
33 miliony kilometrów pozostał na kosmicznej planecie rozpoznawczej. Od jego startu w kosmodromie minęły 4 lata, a za Voyagerem ciągnie się długa droga na 2 miliardy kilometrów. Niebezpieczny Pas Asteroid z niekończącymi się strumieniami ciał meteorytów został bezpiecznie przekroczony. Delikatne urządzenia elektroniczne wytrzymywały dotkliwe zimno kosmosu i burze elektromagnetyczne w pobliżu największej planety Układu Słonecznego - Jowisza.
A dalej? Ryzyko kolizji ze skałami i kry w pobliżu Saturna przed wyruszeniem Voyagera w 8-letnią podróż do najbardziej odległych planet - Urana i Neptuna.
[…] Przed oczami tych, którzy byli w Centrum Kontroli, pojawił się wspaniały obraz. Saturn, zwieńczony ogromnym „naszyjnikiem”, zajmował już niemal całą ramę telewizyjnego obrazu. Złoto-żółta planeta z szarawymi biegunami i barwnymi pasami ledwo dostrzegalnymi we mgle pędziła i wirowała w czarnej otchłani nieba.
Naukowcy wpatrują się w słynne pierścienie Saturna, które od kilku stuleci nawiedzają astronomów.
Wielki Galileusz jako pierwszy zauważył coś dziwnego w wyglądzie Saturna. Teleskop Galileusza był zbyt słaby i naukowcowi wydawało się, że Saturn ma uchwyty jak cukiernica. Dopiero pół wieku później Christian Huygens udowodnił, że dziwne półkola na bokach planety to nic innego jak cienkie, ale bardzo szerokie pierścienie.
Odległość do planety wynosi 33 miliony kilometrów. Na ekranie znajdują się trzy pierścienie Saturna, od dawna odkryte za pomocą teleskopów: A, B i C. Jednak na zdjęciach kosmicznych można zobaczyć coś, czego nie można zobaczyć z Ziemi. Przede wszystkim złożoność struktury pierścionków i ich niesamowity kolor.
Największy pierścień - zewnętrzny - mieni się srebrzystym kolorem, środkowy lekko czerwonawy, a wewnętrzny ciemnoniebieski, półprzezroczysty, jakby wykonany z cienkiej, ledwo namacalnej materii.
8 milionów kilometrów. Tylko jedna czwarta półkuli Saturna mieści się na obrazie telewizyjnym. Z boku planety świeciły dwa ciasno przyciśnięte do siebie księżyce - Tetyda i Dione. Ale naukowcy uporczywie wracają do badania pierścieni. Widoczne są nie trzy, ale siedem pierścieni, zagnieżdżonych jeden w drugim. Oto one, nowo odkryte: F - poza starym A, G - poza nowym F, E - najszerszy pierścień najdalej od planety, D - najbliżej Saturna.
Ale co to jest? Porównując zdjęcia, eksperci widzą, że każdy z dużych pierścieni rozpada się na wiele wąskich, ledwo zauważalnych „obręczy”. Na jednym zdjęciu policzono ich 95! Nawet w czarnej „luce” o szerokości 4 tysięcy kilometrów między pierścieniami A i B, która zawsze była uznawana za pustą, naukowcy policzyli dziesiątki cienkich „obręczy”.
2 miliony kilometrów. Instrumenty Voyagera mają na celu szybkie zbliżenie się do Tytana, największego księżyca Saturna. Jest większa niż planeta Merkury. Ekscytację astronomów łatwo zrozumieć. Tytan jest jedynym satelitą w całym Układzie Słonecznym z potężną atmosferą, która jest 10 razy grubsza niż Ziemia. Voyager przeleciał obok Tytana w odległości 6, 5 tysięcy kilometrów - 60 razy bliżej niż odległość od Ziemi do Księżyca. A jednak naukowcy niewiele widzieli na ekranie - zapobiegała gęstej mgle atmosfery Tytana, podobnej do chemicznego smogu.
1 milion kilometrów. Na ekranie olśniewająco jasna Rhea jest drugim co do wielkości księżycem Saturna. Całość jest usiana kraterami – ciągłe bombardowanie kosmosu trwało miliardy lat. W polu widzenia kamery pojawił się kolejny satelita lśniący w aksamitnej czerni kosmosu. To Dione, który jest bardziej podobny do naszego Księżyca niż inne obiekty w układzie Saturna, ale „morze” na Dione nie są pokryte zastygłą lawą. Lód wodny jest widoczny wszędzie, twardy jak kamień. Sieć białych „sznurów” mówi o miejscach, w których wytryskująca z wnętrzności woda natychmiast zestalała się, spowita srogim mrozem. Temperatura powierzchni Dione wynosi minus 180 ° С - tutaj słońce świeci 900 razy słabiej niż na orbicie Ziemi.
Przed oczami badaczy unosi się nieznany wcześniej satelita Saturn-12 (S-12). Co zaskakujące, znajduje się na tej samej orbicie co Dione. Jednocześnie S-12 zawsze leci przed Dione w odległości 1/6 obwodu orbity. W mechanice nieba takie zjawisko nazywa się zwykle rezonansem orbitalnym.
300 tysięcy kilometrów. Już wkrótce randka z Saturnem. Z lewej strony zwiadowcy, jakby witając jego przybycie, pojawił się Mimas. Wygląda dziwnie. Miliardy lat temu ten satelita zderzył się z dużym ciałem niebieskim - eksplozja kolosalnej siły wyrwała tyle lodu i kamieni z ciała Mimasa, że powstał krater głęboki na 9 i szeroki na 130 kilometrów. Krater zajmuje jedną czwartą półkuli satelity!
101 tysięcy kilometrów. W takiej odległości gigantyczna planeta i posłaniec Ziemi spotkali się i rozstali. Saturn jest tak duży, że podczas godzin najbliższego zbliżenia w kadrze telewizyjnym widać było jedynie niewielki skrawek zachmurzenia. Chmury o żółto-brązowym kolorze, nieprzeniknione dla oka, są wszędzie. Wśród zmieniających się białych pasów, wirów i aureoli biegną niebiesko-zielone plamy wielkości Grenlandii lub Australii - to „okna”, przez które przebijają się wiry gazowe z głębi planety.
Ze wszystkich planet Układu Słonecznego Saturn ustępuje tylko Jowiszowi wielkością. W środku zmieściłoby się trzysta kul. Ale średnia gęstość olbrzyma jest bardzo niska - gdyby gdzieś istniał fantastyczny, nieskończony ocean, Saturn unosiłby się na jego powierzchni jak korek.
Zgodnie z nowym modelem, stworzonym przez instrumenty Voyagera, planeta jawi się nam na biegunach jako spłaszczona kula wodoru i helu. Potężna gazowa otoczka Saturna wraz ze wzrostem ciśnienia przechodzi w stan ciekły bliżej środka. Płynna planeta do samego rdzenia!
A co z solidnym rdzeniem? Jest wielkości Ziemi, ale ma masę 15-20 razy większą. Tak wysoka jest gęstość materii w centrum planety, gdzie ciśnienie wynosi 50 milionów ziemskich atmosfer! A temperatura wynosi + 20 000 stopni! Płynna kula wrze, aw górnej warstwie chmur planety panuje dotkliwy chłód. Jak powstaje ta ogromna różnica temperatur? Ze względu na ogrom wnętrza planety i jego kolosalną grawitację, przepływy gazu potrzebują setek lat, aby przenieść ciepło z głębin do górnej warstwy chmur atmosfery Saturna.
Dziwny deszcz
Saturn emituje w kosmos trzy razy więcej energii niż otrzymuje od Słońca. Po pierwsze, ciepło powstaje w wyniku stopniowego kurczenia się gazowego giganta - jego średnica zmniejsza się o milimetry rocznie. Ponadto Saturn ma jeszcze jedno fantastyczne źródło energii. Rozgrzana do czerwoności kula Saturna stygnie od samego początku Układu Słonecznego. Według obliczeń astrofizyków, 2 miliardy lat temu na dużej głębokości planety ciśnienie we wnętrzu spadło poniżej krytycznego punktu koncentracji helu. I zaczęło padać… Dziwny deszcz, który leje do dziś. Krople helu spadają przez wiele tysięcy kilometrów w grubości ciekłego wodoru, podczas gdy powstaje tarcie i pojawia się energia cieplna.
Burzowa pogoda
Pod wpływem szybkiego obrotu planety (dowolny punkt na równiku Saturna porusza się 14 razy szybciej niż na równiku Ziemi) w tajemniczym świecie wieją wiatry o potwornej sile – w jednym miejscu sprzęt Voyagera rejestrował prędkość obłoków 1600 km/h. Jak ci się podoba ta orzeźwiająca bryza?
Obiektywy aparatu Voyagera wsuwają się na południową półkulę Saturna. Nagle na ekranach Centrum Kontroli Misji pojawiła się owalna plama o długości kilkudziesięciu tysięcy kilometrów - kopia Wielkiej Czerwonej Plamy na Jowiszu. Planeta Ziemia może swobodnie zmieścić się w miejscu. Ale to tylko szalejący wir atmosferyczny w atmosferze Saturna, który nie ma końca.
Rozbić się
Voyager kontynuował lot obok Saturna, gdy nagle przerwano łączność radiową. Naukowcy nie martwili się - według obliczeń urządzenie zniknęło w "radiowym cieniu" planety. Kiedy zwiadowca „wyszedł” z drugiej strony Saturna, sytuacja stała się naprawdę poważna. Mechanizm sterujący gramofonu z instrumentami jest zakleszczony. Czy nie byłoby możliwe sfotografowanie nocnej strony planety?! Szkoda, że z powodu awarii technicznej planowane spotkanie z dużymi satelitami – Enceladusem i Tethys – będzie musiało zostać odwołane.
Sygnały płynęły z Centrum Sterowania do komputera pokładowego stacji międzyplanetarnej. Kontrolę nad naprawą mechanizmu komplikowała kosmiczna odległość - czas opóźnienia sygnału radiowego między Ziemią a Saturnem wynosi 1,5 godziny. W końcu cyfrowy mózg Voyagera odblokował napędy celownicze kamer telewizyjnych, ale stracono czas i tylko Tetyda poznała się bliżej.
Kiedy urządzenie oddalało się już od Saturna z prędkością 22 km/s, naukowcy zauważyli burzę elektryczną w pierścieniach Saturna. Błyskawica, oświetlająca cień strony, rzuca czerwone refleksy na nocne chmury planety…
Finał kosmicznej zabawy
Opisane powyżej wydarzenia miały miejsce w latach 1980-1981, kiedy dwie automatyczne stacje międzyplanetarne Voyager 1 i Voyager 2 przeleciały obok Saturna. Aby uniknąć powtórzeń, postanowiłem nie mówić o nich osobno - wszystkie wiadomości o systemie Saturn, przekazywane na Ziemię przez dwa urządzenia, warunkowo "wkładane do ust" jednego pod nazwą "Voyager" (bez numeru).
Uświadomienie sobie, że po trzech dekadach nasze technologie kosmiczne pozostały na tym samym poziomie, staje się nieco obraźliwe.
Każdej nocy, gdy zachodzi słońce, a ciemniejące niebo pokrywają rozrzucone gwiazdy, widzimy Kosmos. Eksploracja kosmosu wymaga fantastycznie wyrafinowanej technologii opartej na zaawansowanych osiągnięciach rakiety, elektroniki, technologii jądrowej i innych naukowo-intensywnych gałęzi nauki i techniki. Dlatego loty sond międzyplanetarnych, mimo pozornego nierealizmu i braku jakichkolwiek praktycznych korzyści, wymagają rozwiązania wielu stosowanych problemów: stworzenia potężnych i kompaktowych źródeł energii, rozwoju technologii komunikacji kosmicznej dalekiego zasięgu, doskonalenia konstrukcji i silników, opracowanie nowych metod manewrów wspomagania grawitacyjnego, w tym.h. za pomocą punktów Lagrange'a. Cały ten front badań może stać się „lokomotywą” współczesnej nauki, a uzyskane wyniki mogą być przydatne w rozwiązywaniu bardziej palących problemów. Niemniej jednak większość problemów pozostaje nierozwiązanych.
Wszystkie współczesne, nieśmiałe próby eksploracji planet zewnętrznych (misje Ulysses, Cassini, New Horizons) opierają się na tych samych technologiach i rozwiązaniach, które zastosowano w projekcie Voyager. Przez 30 lat nie powstał ani jeden nowy typ silnika, nadający się do lotów międzyplanetarnych. Na przykład silniki jonowe japońskiej sondy badawczej Hayabusa, reklamowane jako ultranowoczesne, zaawansowane technologicznie, są w rzeczywistości dobrze zapomnianymi rozwiązaniami z połowy XX wieku - silniki jonowe były szeroko stosowane w systemach kontroli położenia sowieckiego Satelity meteorologiczne Meteor. Po drugie, silniki jonowe są dość specyficznym narzędziem: mają naprawdę zdumiewająco niskie zużycie paliwa (kilka miligramów na sekundę), ale w związku z tym wytwarzają ciąg rzędu kilku miliniutonów. Przyspieszenie statku kosmicznego zajmuje wiele lat, w wyniku czego nie uzyskuje się żadnych realnych korzyści.
Konwencjonalne silniki odrzutowe na paliwo ciekłe (LPRE) są nie tylko bardzo żarłoczne - ich praca ogranicza się do dziesiątek (setek) sekund, ponadto nie są w stanie rozpędzić statku kosmicznego do wymaganej prędkości, np. do osiągnięcia orbita Saturna. Podstawowym problemem jest zbyt mała prędkość przepływu gazu. I nie da się go w żaden sposób podnieść.
Szczyt mody w latach 50. - atomowy silnik odrzutowy nie został opracowany z powodu braku znaczących zalet. Pomimo nieugaszonego płomienia reaktora jądrowego, taki silnik wymaga płynu roboczego - tj. w rzeczywistości jest to konwencjonalny silnik rakietowy na paliwo ciekłe ze wszystkimi wynikającymi z tego konsekwencjami i wadami.
Oryginalny sposób podróżowania w kosmosie za pomocą impulsów wybuchów jądrowych, zaproponowany przez Freemana Dysona w 1957 roku (Project Orion), pozostał na papierze – zbyt odważny i, szczerze mówiąc, wątpliwy pomysł.
„Zdobywcy kosmosu” (tu jest to ironia w stosunku do całej ludzkości) przez 50 lat ery kosmicznej nie byli w stanie stworzyć skutecznego silnika do poruszania się w przestrzeni międzyplanetarnej. Nigdy byśmy nie widzieli ani Jowisza, ani Saturna, gdyby nie wskazówka specjalistów od mechaniki nieba - jak wykorzystać grawitację planet do przyspieszenia AMS. „Międzyplanetarny bilard” pozwala na uzyskanie ogromnej prędkości (15-20 km/s) bez użycia silnika i eksplorację obrzeży Układu Słonecznego. Jedynym problemem jest ściśle ograniczone „uruchamianie okien” – kilka dni (tygodni) raz na kilka lat. Nie ma miejsca na najmniejszy błąd. Długie lata lotu i kilka godzin na spotkanie z obiektem badań.
Przy pomocy manewrów grawitacyjnych „Voyagers” poleciały, według tego samego schematu, nowoczesna sonda „New Horizons” leci do Plutona, ale tylko po to, by przekroczyć Układ Słoneczny, zajmie to 9 lat. A wtedy ekspedycja będzie miała tylko jeden dzień na zbadanie odległej planety! Sonda przeleci obok Plutona z wielką prędkością i na zawsze zniknie w przestrzeni międzygwiezdnej.
