Кіріспе
1972 жылы наурыз айында ұшырылған НАСА ғарыш зонды
Pioneer 10 (originally designated Pioneer F) is a NASA space probe launched in 1972 that completed the first mission to the planet Jupiter. Pioneer 10 became the first of five planetary probes and 11 artificial objects to achieve the escape velocity needed to leave the Solar System. This space exploration project was conducted by the NASA Ames Research Center in California. The space probe was manufactured by TRW Inc.
Pioneer 10 was assembled around a hexagonal bus with a diameter parabolic dish high gain antenna, and the spacecraft was spin stabilized around the axis of the antenna. Its electric power was supplied by four radioisotope thermoelectric generators that provided a combined 155 watts at launch. It was launched on March 3, 1972, at 01:49:00 UTC (March 2 local time), by an Atlas Centaur rocket from Cape Canaveral, Florida. Between July 15, 1972, and February 15, 1973, it became the first spacecraft to traverse the asteroid belt. Photography of Jupiter began on November 6, 1973, at a range of , and about 500 images were transmitted. The closest approach to the planet was on December 3, 1973, at a range of During the mission, the on board instruments were used to study the asteroid belt, the environment around Jupiter, the solar wind, cosmic rays, and eventually the far reaches of the Solar System and heliosphere. To meet the schedule, the first launch would need to take place between February 29 and March 17 so that it could arrive at Jupiter in November 1974. This was later revised to an arrival date of December 1973 in order to avoid conflicts with other missions over the use of the Deep Space Network for communications, and to miss the period when Earth and Jupiter would be at opposite sides of the Sun. The encounter trajectory for Pioneer 10 was selected to maximize the information returned about the radiation environment around Jupiter, even if this caused damage to some systems. It would come within about three times the radius of the planet, which was thought to be the closest it could approach and still survive the radiation. The trajectory chosen would give the spacecraft a good view of the sunlit side.
Пионер 10 (алғашқыда Пионер F деп аталды) – 1972 жылы ұшырылған НАСА ғарыш зонды, ол Юпитер планетасына алғашқы миссиясын аяқтады. Пионер 10 – Күн жүйесінен шығу үшін қажетті қашу жылдамдығына қол жеткізген бес планеталық зонд пен 11 жасанды нысанның алғашқысы болды. Бұл ғарыш зерттеу жобасын Калифорниядағы NASA Ames Research Center жүргізді. Ғарыш зондын TRW Inc. компаниясы өндірді. Пионер 10 диаметрі параболалық табақ жоғары пайдалы антеннасы бар алтыбұрышты шинаның айналасына құрастырылды, ал ғарыш кемесі антенна осі бойынша тұрақтандырылды. Оның электр қуатын төрт радиоизотоптық термоэлектр генераторы қамтамасыз етті, олар ұшыру кезінде 155 ватт қуат берді. Ол 1972 жылдың 3 наурызында 01:49:00 UTC (жергілікті уақыт бойынша 2 наурыз) Флорида штатының Канаверал мысынан Atlas Centaur зымыранмен ұшырылды. 1972 жылдың 15 шілдесі мен 1973 жылдың 15 ақпаны аралығында ол астероид белдеуінен өткен алғашқы ғарыш кемесі болды. Юпитер планетасының суреттерін түсіру 1973 жылдың 6 қарашасында басталды, ал шамамен 500 сурет жіберілді. Планетаға ең жақын сәт 1973 жылдың 3 желтоқсанында болды. Миссия барысында борттағы құралдар астероид белдеуін, Юпитер айналасындағы ортаны, күн желiн, ғарыш сәулелерін және соңында Күн жүйесінің алыс бұрыштарын және гелиосфераны зерттеу үшін пайдаланылды. Кестеге сәйкес келу үшін алғашқы ұшыру ақпанның 29-ы мен наурыздың 17-сі аралығында жүзеге асырылуы керек еді, сонда ол 1974 жылдың қарашасында Юпитерге жете алатын еді. Кейіннен бұл 1973 жылдың желтоқсанына өзгертілді, себебі басқа миссиялармен байланыс үшін Deep Space Network пайдаланудағы қақтығыстарды болдырмау және Жер мен Юпитер Күннің қарама-қарсы жақтарында болатын кезеңді өткізіп жібермеу қажет болды. Пионер 10-ның траекториясы кейбір жүйелерге зақым келтірсе де, Юпитер айналасындағы радиациялық орта туралы алынған ақпаратты барынша арттыру үшін таңдалды. Ол планета радиусынан үш есе жақын жерге жетті, бұл радиациядан аман қалуға болатын ең жақын қашықтық деп есептелді. Таңдалған траектория ғарыш кемесіне күнге қараған жағын жақсы көруге мүмкіндік берді.
Pioneer 10 (originally designated Pioneer F) is a NASA space probe launched in 1972 that completed the first mission to the planet Jupiter. Pioneer 10 became the first of five planetary probes and 11 artificial objects to achieve the escape velocity needed to leave the Solar System. This space exploration project was conducted by the NASA Ames Research Center in California. The space probe was manufactured by TRW Inc.
Pioneer 10 was assembled around a hexagonal bus with a diameter parabolic dish high gain antenna, and the spacecraft was spin stabilized around the axis of the antenna. Its electric power was supplied by four radioisotope thermoelectric generators that provided a combined 155 watts at launch. It was launched on March 3, 1972, at 01:49:00 UTC (March 2 local time), by an Atlas Centaur rocket from Cape Canaveral, Florida. Between July 15, 1972, and February 15, 1973, it became the first spacecraft to traverse the asteroid belt. Photography of Jupiter began on November 6, 1973, at a range of , and about 500 images were transmitted. The closest approach to the planet was on December 3, 1973, at a range of During the mission, the on board instruments were used to study the asteroid belt, the environment around Jupiter, the solar wind, cosmic rays, and eventually the far reaches of the Solar System and heliosphere. To meet the schedule, the first launch would need to take place between February 29 and March 17 so that it could arrive at Jupiter in November 1974. This was later revised to an arrival date of December 1973 in order to avoid conflicts with other missions over the use of the Deep Space Network for communications, and to miss the period when Earth and Jupiter would be at opposite sides of the Sun. The encounter trajectory for Pioneer 10 was selected to maximize the information returned about the radiation environment around Jupiter, even if this caused damage to some systems. It would come within about three times the radius of the planet, which was thought to be the closest it could approach and still survive the radiation. The trajectory chosen would give the spacecraft a good view of the sunlit side.
Ғарыш кемелерін жобалау
Пионер 10 автобусы алты ұзын панельден құралған алтыбұрышты құрылымды құрайтын терең және кең өлшемді. Автобуста зондтың бағытын басқаруға арналған жанармай және он бір ғылыми құралдың сегізі орналасқан. Жабдықтар бөлімі метеориттерден қорғану үшін алюминийден жасалған бал ұясы тәрізді құрылымның ішінде орналастырылған. Алюминийленген милар және каптондан жасалған жылу оқшаулағыш қабат пассивті жылуды басқаруды қамтамасыз етеді. Жылу бөлім ішіндегі электрлік компоненттерден 70-120 ватт (Вт) қуатты тарату арқылы пайда болды. Жабдықтың жұмыс шегінде температураны сақтау үшін орнату платформасының астында орналасқан жалюзилер пайдаланылды. Гидразин қозғалтқыштары үш жұпқа орнатылған. Бірінші жұп 4,8 айналым/мин тұрақты айналу жылдамдығын сақтады, екінші жұп алға жылға бағытталған итеру күшін, ал үшінші жұп бағытты басқарды. Бағытты басқару жұбы Жерді орбитада бақылау үшін конустық сканерлеу маневрлерінде қолданылды. Бағдар туралы ақпаратты Канопус жұлдызын және екі күн сенсорын анықтай алатын жұлдыз сенсоры да ұсынды.
Ұшыру және траектория
Пионер 10 1972 жылғы 3 наурызда 01:49:00 UTC (2 наурыздағы 8:49 pm, Шығыс стандартты уақыт бойынша) Ұлттық аэронавтика және ғарыш басқармасы Флоридадағы 36А ғарыш ұшыру кешенінен Atlas Centaur зымырандық-тасымалдау құралымен ұшырылды. Пайдаланудың үшінші сатысы Pioneer миссиялары үшін арнайы әзірленген қатты отынмен жұмыс істейтін Star 37E сатысынан (TE M 364 4) тұрды. Бұл саты жылдамдық күшін қамтамасыз етіп, ғарыш кемесін айналдырды. Ғарыш кемесінің бастапқы айналу жылдамдығы минутына 30 айналымды құрады. Ұшырудан кейін 20 минут өткен соң, көліктің үш тірегі кеңейтілді, бұл айналу жылдамдығын 4.8 айналымға дейін төмендетті. Бұл жылдамдық сапар бойы сақталды. Ұшыру құралы зымыранды 17 минут ішінде жылдамдыққа жеткізді. Жоғары күшейткіш антенна байланысқа шыққаннан кейін, ғарыш кемесі Жердің сәулелену белдеулері арқылы өтетін кезде бірнеше құралдар сынақ үшін қосылды. Ұшырудан кейін 90 минут өткен соң, ғарыш кемесі планетааралық кеңістікке жетті. Пионер 10 Айдың маңынан 11 сағатта өтіп, сол кездегі адам жасаған ең жылдам нысан атанды. Ұшырудан екі күн өткен соң, ғалымдар ғарыштық сәулелер телескопынан бастап ғылыми құралдарды іске қосты. Он күннен кейін барлық құралдар жұмыс істеді. Сапардың алғашқы жеті айында ғарыш кемесі үш рет бағытын түзеді. Борттағы құралдар тексерілді, фотометрлер Юпитер мен Жұлдызды жарықты зерттеді, ал эксперименттік жиынтықтар ғарыш сәулелерін, магниттік өрістерді және күн желiн өлшеу үшін қолданылды. Осы кезеңдегі жалғыз аномалия – Canopus сенсорының істен шығуы, ол ғарыш кемесінің бағытын екі Күн сенсорының көмегімен сақтауын қажет етті. Планетааралық ортадан өтетін кезде Пионер 10 гелийдің планетааралық атомдарын анықтаған алғашқы миссия болды. Сондай-ақ, ол күн желiнде алюминий мен натрийдің жоғары энергиялы иондарын байқады. 1972 жылғы 15 шілдеде Пионер 10 Марс пен Юпитер орбиталарының арасында орналасқан астероидтар белдеуіне кірген алғашқы ғарыш кемесі болды. Жобаны жоспарлаушылар белдеу арқылы қауіпсіз өтуді күтті, және траектория ғарыш кемесін белгілі астероидтардың ең жақын жеріне жеткізеді деп болжаған. Ең жақын өткендердің бірі 1972 жылғы 2 желтоқсанда 307 Nike астероидіне болды. Борттағы эксперименттер белдеуде Жер маңына қарағанда микрометрден (мкм) кішкентай бөлшектердің жетіспеушілігін көрсетті. 10 мен 100 мкм арасындағы тозаң бөлшектерінің тығыздығы Жерден белдеудің сыртқы жиегіне дейінгі сапар кезінде айтарлықтай өзгерген жоқ. Тек 100 мкм-ден 1,0 мм-ге дейінгі диаметрі бар бөлшектердің тығыздығы белдеу аймағында үш есеге артты. Белдеуде миллиметрден үлкен сынықтар байқалмады, бұл олардың сирек кездесетінін көрсетеді; күткеннен әлдеқайда сирек екені анық болды. Ғарыш кемесі едәуір мөлшердегі бөлшектерге соқтығыспағандықтан, ол белдеуден аман-есен өтіп, шамамен 1973 жылғы 15 ақпанда екінші жағына шықты. Юпитердегі сәулелену деңгейі Пионердің жобалаушылары болжағаннан он есе жоғары болды, бұл зымыранның аман қалуына қатысты алаңдаушылық тудырды. 3 желтоқсаннан бастап Юпитер маңындағы сәулелену қате командаларды тудырды. Олардың көпшілігі резервтік командалармен түзетілді, бірақ Ионың суреті және Юпитердің бірнеше жақын суреттері жоғалды. Сол сияқты жалған командалар планетадан шығар кезде де пайда болады. Дегенмен, Пионер 10 Ганимед пен Еуропаның суреттерін алуға сәттілік танытты. Ганимедтің суреті ортасында және оңтүстік полюс маңында альбедоның төмендеуін көрсетті, ал солтүстік полюс жарық көрінді. Еуропа тым алыс болғандықтан егжей-тегжейлі суретке ие бола алмады, бірақ кейбір альбедо белгілері байқалды. Айдың атмосферасының радио толқындарын сындыру әсерін өлшеуге мүмкіндік беру үшін Пионер 10 траекториясы Айдың артына бағытталды. Бұл айдың ионосферасы күндізгі жағының бетінен шамамен 1 км биіктікте орналасқанын және тығыздығы күндізгі жағында бір текше сантиметрге 60 000-нан, түнгі жағында бір текше сантиметрге 9 000-ға дейін өзгеретінін көрсетті. Күтпеген жаңалық – Ио сутегі бұлтының ішінде орналасқаны, оның ұзындығы шамамен 1 км, ені мен биіктігі 1 км. Еуропаның жанында кішірек, 1 км бұлт анықталғанына сенімділік танытты. Пионер 10 астероид белдеуінен өткеннен кейін ғана NASA Юпитерге қарай траекторияны таңдады, ол ғарыш кемесін Күн жүйесінен шығару үшін серпімді әсерді қамтиды. Пионер 10 мұндай маневрді жасаған алғашқы ғарыш кемесі болды, ол болашақ миссиялар үшін үлгі болды. Мұндай кеңейтілген миссия бастапқы ұсыныста қарастырылмаған, бірақ ұшырудан бұрын жоспарланған. Ең жақын жерде ғарыш кемесінің жылдамдығы 0,7 км/с жеткенде, ол Юпитер атмосферасының сыртына кірді. Ұлы Қызыл Дақ пен Терминатордың жақын суреттері алынды. Ғарыш кемесі планетаның артынан өтетін кезде байланыс үзілді. Радио оккультациялық деректер атмосфераның сыртқы қабатының температуралық құрылымын өлшеуге мүмкіндік берді, бұл 10 және 100 мбар қысымдағы биіктіктер арасында температура инверсиясын көрсетті. 10 мбар деңгейіндегі температуралар 0 °C-тан -100 °C-қа дейін, ал 100 мбар деңгейіндегі температуралар -150 °C-тан -200 °C-қа дейін ауытқып келді. Ғарыш кемесі планетаның инфрақызыл картасын жасады, бұл планета Күнден алатынына қарағанда көбірек жылу сәулелендіретінін растады. Пионер 10 планетадан алыстағанда, планетаның жарықша суреттері қайтадан жіберілді. Ғарыш кемесі Юпитердің магнетосферасының алдыңғы жағынан өтетін кезде, ол қайтадан соқтығысты. Бұл фронт күн желiмен динамикалық өзара әрекеттесуге байланысты кеңістікте үнемі өзгеріп отырады, сондықтан көлік толығымен қашып кеткенше 17 рет соқтығысты.
After the high gain antenna was contacted, several of the instruments were activated for testing while the spacecraft was moving through the Earth's radiation belts. Ninety minutes after launch, the spacecraft reached interplanetary space. Pioneer 10 passed by the Moon in 11 hours and became the fastest human made object at that time. Two days after launch, the scientific instruments were turned on, beginning with the cosmic ray telescope. After ten days, all of the instruments were active. During the first seven months of the journey, the spacecraft made three course corrections. The on board instruments underwent checkouts, with the photometers examining Jupiter and the Zodiacal light, and experiment packages being used to measure cosmic rays, magnetic fields and the solar wind. The only anomaly during this interval was the failure of the Canopus sensor, which instead required the spacecraft to maintain its orientation using the two Sun sensors. While passing through interplanetary medium, Pioneer 10 became the first mission to detect interplanetary atoms of helium. It also observed high energy ions of aluminum and sodium in the solar wind. The spacecraft recorded important heliophysics data in early August 1972 by registering a solar shock wave when it was at a distance of On July 15, 1972, Pioneer 10 was the first spacecraft to enter the asteroid belt, located between the orbits of Mars and Jupiter. The project planners expected a safe passage through the belt, and the closest the trajectory would take the spacecraft to any of the known asteroids was One of the nearest approaches was to the asteroid 307 Nike on December 2, 1972. The on board experiments demonstrated a deficiency of particles below a micrometer (μm) in the belt, as compared to the vicinity of the Earth. The density of dust particles between 10 and 100 μm did not vary significantly during the trip from the Earth to the outer edge of the belt. Only for particles with a diameter of 100 μm to 1.0 mm did the density show an increase, by a factor of three in the region of the belt. No fragments larger than a millimeter were observed in the belt, indicating these are likely rare; certainly much less common than anticipated. As the spacecraft did not collide with any particles of substantial size, it passed safely through the belt, emerging on the other side about February 15, 1973. The level of radiation at Jupiter was ten times more powerful than Pioneer's designers had predicted, leading to fears that the probe would not survive. Starting on December 3, the radiation around Jupiter caused false commands to be generated. Most of these were corrected by contingency commands, but an image of Io and a few close ups of Jupiter were lost. Similar false commands would be generated on the way out from the planet. Nonetheless, Pioneer 10 did succeed in obtaining images of the moons Ganymede and Europa. The image of Ganymede showed low albedo features in the center and near the south pole, while the north pole appeared brighter. Europa was too far away to obtain a detailed image, although some albedo features were apparent. The trajectory of Pioneer 10 was chosen to take it behind Io, allowing the refractive effect of the moon's atmosphere on the radio transmissions to be measured. This demonstrated that the ionosphere of the moon was about above the surface of the day side, and the density ranged from 60,000 electrons per cubic centimeter on the dayside to 9,000 electrons per cubic centimeter on the night face. An unexpected discovery was that Io was orbiting within a cloud of hydrogen that extended for about , with a width and height of A smaller, cloud was believed to have been detected near Europa. It was not until after Pioneer 10 had cleared the asteroid belt that NASA selected a trajectory towards Jupiter which included a slingshot effect to send the spacecraft out of the Solar System. Pioneer 10 was the first spacecraft to attempt such a maneuver, a model for future missions. Such an extended mission was not in the initial proposal, but was planned for prior to launch. At the closest approach, the velocity of the spacecraft reached , and it came within of the outer atmosphere of Jupiter. Close up images of the Great Red Spot and the terminator were obtained. Communication with the spacecraft then ceased as it passed behind the planet. The radio occultation data allowed the temperature structure of the outer atmosphere to be measured, showing a temperature inversion between the altitudes with 10 and 100 mbar pressures. Temperatures at the 10 mbar level ranged from , while temperatures at the 100 mbar level were The spacecraft generated an infrared map of the planet, which confirmed the idea that the planet radiated more heat than it received from the Sun. Crescent images of the planet were then returned as Pioneer 10 moved away from the planet. As the spacecraft headed outward, it again passed the bow shock of Jupiter's magnetosphere. As this front is constantly shifting in space because of dynamic interaction with the solar wind, the vehicle crossed the bow shock a total of 17 times before it escaped completely.
Қазіргі жағдай және болашақ
2023 жылдың 18 шілдесінде «Вояджер-2» «Пионер-10» ғарыш кемесін озатып өтті, осылайша «Пионер-10» «Вояджер-1» және «Вояджер-2» ғарыш кемелерінен кейін Күннен үшінші ең алыс ғарыш кемесіне айналды. Егер «Пионер-10» және оның серігі «Пионер-11» өз орнынан қозғалмаса, олар «Вояджер» екі ғарыш кемесімен және «Жаңа көкжиектер» ғарыш кемесімен бірге Күн жүйесінен шығып, жұлдызаралық кеңістікте адасып кетеді. «Пионер-10» траекториясы оны қазіргі уақытта шамамен 68 жарық жылы қашықтықта орналасқан Альдебаран жұлдызына қарай жетелеуі күтілуде. Егер Альдебаранның салыстырмалы жылдамдығы нөл болса, ғарыш кемесіне оған жету үшін екі миллион жылдан аса уақыт қажет болар еді. Бұл «Пионер», «Вояджер» және «Жаңа көкжиектер» ғарыш кемелерінің Күн жүйесінен шығып бара жатқан келесі бірнеше миллион жылдағы ең жақын жұлдызға ұшуы болып табылады. «Пионер Х» деп аталатын қосалқы құрылғы қазіргі уақытта Вашингтондағы Ұлттық әуе және ғарыш мұражайындағы «Ұшу жетістіктері» галереясында қойылған. Плакет антенна тіреу құрылымдарына бекітілген, ол жұлдызаралық шаңнан қорғалған.
Жалпыға ортақ ақпарат құралдарындағы 10 ізашар
"Жұлдыздар жолы V: Соңғы шекара" фильмінде клингондық «Жабық құс» (Bird of Prey) пионерлік 10 ғарыш зондын оқу-жаттығу нысанасы ретінде жояды. 17776 атты сериалдық фантастикалық мультимедиалық оқиғада басты кейіпкерлердің бірі – саналы Пионер 10.