«Пионеры» космической погоды

Американские аппараты программы "Пионер" (Pioneer) хорошо известны любителям космонавтики прежде всего по космическим станциям "Пионер-10" и "Пионер-11". Они первыми достигли "дальних" планет Солнечной системы - Юпитера и Сатурна, ставили различные рекорды дальности и "долгожительства", а также памятны по загадочному "эффекту Пионера". Миссии первых "Пионеров" были по большей части неудачны, они были предназначены для исследования Луны и поэтому часто упоминаются в связи с "лунной гонкой" между СССР и США.

Остальные "Пионеры" незаслуженно забыты, хотя это были очень интересные программы, давшие массу научных результатов. Во-первых, это "Пионер-5", впервые измеривший межпланетные магнитное поле (весьма необычную субстанцию) и ряд других характеристик. Во-вторых, это 12-й и 13-й апараты, позже названные "Пионер Венера Орбитальный" (Pioneer Venus Orbiter) и "Пионер Венера Мультизонд" (Pioneer Venus Multiprobe), успешно исследовавшие Венеру в конце 1970-х. В-третьих, это "Пионеры" с шестого по девятый, ставшие первыми космическими "долгожителями", - им и посвящена данная статья.

Задачи миссий и научные исследования

"Пионеры" с шестого по девятый запускались с 1965 по 1968 год, они стали первыми аппаратами, для которых вывод на солнечную орбиту, исследование Солнца и межпланетного пространства изначально были основными задачами. Правда, похожие задачи выполнял и "Пионер-5", однако он был спроектирован для исследования Венеры (из-за задержки запуска "окно на Венеру" закрылось и цели миссии были изменены).

"Пионеры" с шестого по девятый впервые образовали "космическую сеть солнечной погоды", предоставляя данные о солнечных бурях, которые посредством геомагнитных бурь влияют на связь и электронику на Земле. Они позволили объединить космические наблюдения с наземными на долговременной основе, аппараты в течение многих лет изучали солнечный ветер, космические лучи и солнечную плазму, а также микрометеоритные потоки и магнитные возмущения.

Измерения, проводимые четырьмя "Пионерами", использовались для предсказания геомагнитных бурь для примерно тысячи пользователей (преимущественно в США), включая Федеральное авиационное агентство, коммерческие авиалинии, энергетические компании, провайдеры услуг связи, военные организации и др.

Во время полётов астронавтов на Луну зонды "Пионер" предоставляли ежечасные данные об активности Солнца. Эти сведения обеспечивали ранние предупреждения о вспышках на Солнце, которые могли бы поставить под угрозу здоровье и даже жизни астронавтов (из-за резкого возрастания получаемой ими дозы радиации во время прохождения радиационных поясов). 

В августе 1972 года были получены уникальные данные о самой мощной солнечной буре в XX веке (более мощная буря наблюдалась лишь в 1859 году). К счастью, основной поток частиц был направлен в сторону от Земли. Тем не менее, последствия той вспышки были весьма серьезными: повсеместно фиксировалось нарушение связи, американские спутники ложно детектировали ядерные взрывы, сдетонировали тысячи морских мин, реагирующих на магнитные поля (тогда шла война во Вьетнаме). Пространственные параметры бури в космосе и направление основного потока частиц были зафиксированы и измерены именно "Пионерами" (и плюс ещё и "Пионером-10", что было особенно ценно, поскольку этот аппарат находился гораздо дальше).

Устройство и работа аппаратов

Все четыре аппарата имели схожую конструкцию, они представляли собой цилиндры диаметром 94 см и массой 62-65 кг. Стабилизация "Пионеров" достигалась вращением со скоростью около 60 об/мин, ось вращения была перпендикулярна плоскости эклиптики.

Несмотря на небольшие размеры, аппараты несли довольно много научных приборов, причем на разных "Пионерах" они несколько различались. Всего на четырех аппаратах было 17 инструментов, которые измеряли электрические и магнитные поля, параметры солнечного ветра, космических лучей, космической пыли и др.

"Пионеры" могли передавать данные со скоростью до 512 бит в секунду, такая скорость использовалась, в частности, при передаче измерений в реальном времени. Зонды были способны хранить данные в памяти и передавать их в разных режимах со скоростями 512, 256, 64, 16 и 8 бит/с. Скорость зависела от расстояния до Земли и от формата научных данных (в т.ч. их чувствительности к искажениям). Данные были организованы в 7-битные "слова" и в пакеты по 32 "слова".

"Пионер-6" был запущен 16 декабря 1965 года ракетой-носителем "Дельта". К 2 марта 1966 года он провёл уже около 250 миллионов научных измерений. Зонд впервые передал непосредственные данные о разрежённой солнечной атмосфере, а позже провёл измерения при прохождении хвоста кометы Когоутека в 1974 году (совместно с "Пионером-8") на расстоянии около 100 миллионов километров от ядра кометы.

Первоначально планировалось, что срок службы аппарата составит всего шесть месяцев. Однако к декабрю 1990 года "Пионер-6" совершил 29 оборотов вокруг Солнца (преодолев 24,8 миллиарда километров) и проработал непрерывно более двадцати лет, что на тот момент стало рекордом для космического зонда. К этому моменту большая часть научных приборов перестала работать, но НАСА проводила с аппаратом сеансы связи один-два раза в год в течение всех 1990-х годов, собирая данные с работоспособных инструментов. После выхода из строя основного передатчика, в октябре 1997 года был установлен контакт с резервным передатчиком в рамках учебного упражнения. К этому моменту солнечные панели зонда сильно износились, хотя передатчик все еще можно было включить в перигелии, когда солнечный поток был достаточно силён, чтобы обеспечить необходимое количество энергии. 8 декабря 2000 года удалось провести двухчасовой сеанс в честь 35-летия эксплуатации аппарата. После этого новые попытки установить связь не предпринимались по финансовым соображениям.

"Пионер-7" начал свою миссию 17 августа 1966 года. Аппарат регулярно находился в "магнитном хвосте" Земли, измеряя его форму и параметры. 20 марта 1986 года зонд пролетел в 12,1 миллионах километров от кометы Галлея и наблюдал взаимодействие между хвостом кометы и солнечным ветром. Контакты с аппаратом были прекращены в 1995 году по финансовым соображениям.

"Пионер-8" был запущен 13 декабря 1967 года. Совместно с "Пионером-7" аппарат изучал параметры магнитного хвоста Земли. Его данные показали, что магнитный хвост Земли короче, чем давали теоретические расчёты. После 1982 года только один инструмент - детектор электрического поля - оставался работоспособным. В описании аппарата на сайте НАСА говорится, что последний контакт с ним был осуществлён в 1996 году и далее связь "не планировалось поддерживать". Однако в заметке, посвященной 50-летию зонда, говорится, что последний сеанс связи был проведён в 2001 году.

"Пионер-9" стартовал 8 ноября 1968 года, он был оборудован наиболее совершенными приборами на тот момент. В мае 1969 года НАСА объявило, что миссия уже достигла всех своих первоначальных целей, было передано более 6 млрд бит данных. В 1980-е годы возникла идея использовать оборудования зонда для поиска внеземных цивилизаций. Однако последний сеанс связи был проведён 19 мая 1983 года и более аппарат не откликался. Он стал единственным из успешно запущенных аппаратов этой серии, неработоспособность которого подтверждена.

В августе 1969 года стартовал последний зонд этой серии, однако запуск был неудачным из-за отказа ракеты-носителя и этот "Пионер" не получил очередного номера, его обозначают Pioneer E.

Заключение

В период с 1965 по 1968 год четыре космических зонда "Пионер" вышли на солнечную орбиту, чтобы провести комплексные измерения межпланетных магнитных полей, а также потока и структуры солнечного ветра. Они действовали как первая в мире космическая сеть "солнечной погоды", предоставляющая данные о солнечных бурях, которые влияют на системы связи и электронику на Земле, и которые были опасны для астронавтов, путешествующих на Луну и обратно. Аппараты проработали десятки лет ("Пионер-6" - 35 лет).

P.S. Для любителей истории полётов за пределами околоземной орбиты имеется замечательный источник (если кто не знает), где в хронологическом порядке описаны все аппараты (в т.ч. неамериканские) за период 1958-2016 и даны довольно подробные сведения по каждому. Это книга под названием Beyond Earth. A Chronicle Of Deep Space Exploration, 1958–2016 (автор Asif A. Siddiqi).