Введение
Космический зонд, запущенный НАСА в 1973 году, «Пионер-11» (также известный как «Пионер-G») — это роботизированный космический зонд НАСА, запущенный 5 апреля 1973 года для изучения пояса астероидов, окрестностей Юпитера и Сатурна, солнечного ветра и космических лучей. «Пионер-11» был построен компанией TRW и находился под управлением NASA Ames Research Center в рамках программы «Пионер». Резервный аппарат «Пионер-H» в настоящее время экспонируется в Национальном музее авиации и космонавтики в Вашингтоне, округ Колумбия, на выставке «Вехи авиации и космонавтики». Многие элементы этой миссии оказались критически важными при планировании программы «Вояджер».
Pioneer 11 (also known as Pioneer G) is a NASA robotic space probe launched on April 5, 1973, to study the asteroid belt, the environment around Jupiter and Saturn, the solar wind, and cosmic rays. Pioneer 11 was built by TRW and managed as part of the Pioneer program by NASA Ames Research Center. A backup unit, Pioneer H, is currently on display in the "Milestones of Flight" exhibit at the National Air and Space Museum in Washington, D. C. Many elements of the mission proved to be critical in the planning of the Voyager program.
Конструкция космических аппаратов
Автобус Pioneer 11 имеет значительную глубину и состоит из шести панелей, образующих шестиугольную структуру. В автобусе размещены запасы топлива для управления ориентацией зонда и восемь из двенадцати научных приборов. Масса космического аппарата составляет 259 килограммов. Двигатели на монопропелланте гидразин: первая пара поддерживает постоянную скорость вращения 4,8 оборота в минуту, вторая пара управляет тягой, третья пара – ориентацией. Информация об ориентации поступает от системы конического сканирования для отслеживания Земли на ее орбите, звездного датчика, ориентирующегося на Канопус, и двух датчиков Солнца. Гелиевый векторный магнитометр (HVM) измеряет структуру межпланетного магнитного поля, картографировал магнитное поле Юпитера и предоставляет измерения магнитного поля для оценки взаимодействия солнечного ветра с Юпитером. Квадрисферический плазменный анализатор "заглядывает" через отверстие в большой антенне параболической формы для обнаружения частиц солнечного ветра, исходящих от Солнца. Прибор для регистрации заряженных частиц (CPI) обнаруживает космические лучи в Солнечной системе. Космический лучевой телескоп (CRT) собирает данные о составе частиц космических лучей и их энергетических диапазонах. Телескоп с трубкой Гейгера (GTT) проводит обследование интенсивности, энергетических спектров и углового распределения электронов и протонов вдоль траектории космического аппарата через радиационные пояса Юпитера и Сатурна. Детектор захваченного излучения (TRD) включает нефокусированный счетчик Черенкова, который регистрирует свет, излучаемый при прохождении через него частиц, фиксируя электроны с энергией от 0,5 до 12 МэВ, детектор рассеяния электронов для электронов с энергией от 100 до 400 кэВ и минимальный ионизирующий детектор, состоящий из твердотельного диода, измеряющего минимально ионизирующие частицы (<3 МэВ) и протоны в диапазоне от 50 до 350 МэВ. Детекторы метеороидов: двенадцать панелей детекторов, работающих под давлением, установленных на задней части основной антенны, регистрируют проникающие удары небольших метеороидов. Астероидно-метеороидный детектор (AMD) сканирует космос с помощью четырех неизображающих телескопов для отслеживания частиц, от близлежащих частиц пыли до удаленных крупных астероидов. Ультрафиолетовый фотометр определяет количество водорода и гелия в космосе, а также на Юпитере и Сатурне, посредством регистрации ультрафиолетового излучения. Имиджинговый фотополяриметр (IPP) использует вращение космического аппарата для сканирования небольшим телескопом по планете узкими полосами шириной всего 0,03 градуса, наблюдая за планетой в красном и синем свете. Затем эти полосы обрабатываются для создания визуального изображения планеты. Инфракрасный радиометр предоставляет информацию о температуре облаков и тепловом излучении Юпитера и Сатурна. Триаксиальный магнитометр измеряет магнитные поля Юпитера и Сатурна. Этот прибор не установлен на Pioneer 10.
Запуск и траектория
Зонд «Пионер-11» был запущен 6 апреля 1973 года в 02:11:00 UTC Национальным управлением по аэронавтике и исследованию космического пространства с Космического пускового комплекса 36A на мысе Канаверал, штат Флорида, на борту ракеты-носителя Atlas Centaur с двигательным модулем Star 37E. Его двойник, «Пионер-10», был запущен 3 марта 1972 года. «Пионер-11» был запущен по траектории, непосредственно направленной к Юпитеру, без использования гравитационных маневров. В мае 1974 года зонд был перенаправлен для пролета мимо Юпитера по траектории с севера на юг, что позволило осуществить пролет мимо Сатурна в 1979 году. Этот маневр, использовавший двигательную установку, длился 42 минуты и 36 секунд и увеличил скорость «Пионера-11» на 230 км/ч. Также были выполнены две корректировки траектории в полете 11 апреля 1973 года и 7 ноября 1974 года.
Встреча с Юпитером
Пионер-11 пролетел мимо Юпитера в ноябре и декабре 1974 года. Во время максимального сближения, 2 декабря, он прошел над верхними слоями облаков.
НАСА прекращает работу
К 1995 году "Пионер-11" больше не мог обеспечивать питание своих детекторов, поэтому было принято решение о завершении его работы. 29 сентября 1995 года исследовательский центр NASA Ames, ответственный за управление проектом, опубликовал пресс-релиз, начинавшийся словами: "После почти 22 лет исследований самых дальних пределов Солнечной системы одна из самых надежных и результативных космических миссий в истории подходит к завершению". В нем сообщалось, что NASA будет использовать антенны сети дальней космической связи для прослушивания сигнала аппарата "один или два раза в месяц" до "конца 1996 года", когда "его передатчик полностью перестанет работать". Администратор NASA Дэниел Голдин охарактеризовал "Пионер-11" как "маленький, но упорный космический аппарат, почтенный исследователь, который многому нас научил о Солнечной системе и, в конечном итоге, о нашем врожденном стремлении к познанию. "Пионер-11" – это суть NASA, это исследование за пределами известных границ". Помимо объявления о прекращении работы, в пресс-релизе был представлен исторический список достижений миссии "Пионер-11". NASA прекратил регулярную связь с аппаратом 30 сентября 1995 года, но продолжал устанавливать контакт примерно на два часа каждые две-четыре недели.
Хронология
Временная линия путешествия Дата Событие 1973 04 06 Космический аппарат запущен в 02:11:00. 1974 04 19 Прохождение через пояс астероидов. 1974 11 03 Начало фазы наблюдения Юпитера. Время Событие 1974 12 02 Встреча с системой Юпитера. 08:21:00 Пролёт мимо Каллисто на расстоянии 786 500 км. 22:09:00 Пролёт мимо Ганимеда на расстоянии 692 300 км. 1974 12 03 03:11:00 Пролёт мимо Ио на расстоянии 314 000 км. 04:15:00 Пролёт мимо Европы на расстоянии 586 700 км. 05:00:21 Вход в тень Юпитера. 05:01:01 Вход в оккультацию Юпитера. 05:21:19 Наименьшее расстояние до Юпитера – 42 828 км. 05:33:52 Выход из тени Юпитера. 05:43:03 Выход из оккультации Юпитера. 22:29:00 Пролёт мимо Амальтеи на расстоянии 127 500 км. 1975 01 01 Окончание фазы. 1979 07 31 Начало фазы наблюдения Сатурна. Время Событие 1979 08 29 Встреча с системой Сатурна. 06:06:10 Пролёт мимо Япета на расстоянии 1 032 535 км. 11:53:33 Пролёт мимо Фебы на расстоянии 13 713 574 км. 1979 08 31 12:32:33 Пролёт мимо Гипериона на расстоянии 666 153 км. 1979 09 01 14:26:56 Пересечение плоскости колец в нисходящем направлении. 14:50:55 Пролёт мимо Эпиметея на расстоянии 6676 км. 15:06:32 Пролёт мимо Атласа на расстоянии 45 960 км. 15:59:30 Пролёт мимо Дионы на расстоянии 291 556 км. 16:26:28 Пролёт мимо Мимаса на расстоянии 104 263 км. 16:29:34 Наименьшее расстояние до Сатурна – 20 591 км. 16:35:00 Вход в оккультацию Сатурна. 16:35:57 Вход в тень Сатурна. 16:51:11 Пролёт мимо Януса на расстоянии 228 988 км. 17:53:32 Выход из оккультации Сатурна. 17:54:47 Выход из тени Сатурна. 18:21:59 Пересечение плоскости колец в восходящем направлении. 18:25:34 Пролёт мимо Тефии на расстоянии 329 197 км. 18:30:14 Пролёт мимо Энцелада на расстоянии 222 027 км. 20:04:13 Пролёт мимо Калипсо на расстоянии 109 916 км. 22:15:27 Пролёт мимо Реи на расстоянии 345 303 км. 1979 09 02 18:00:33 Пролёт мимо Титана на расстоянии 362 962 км. 1979 10 05 Окончание фазы. 1979 10 05 Начало межзвёздной миссии "Пионер". 1990 Прошёл орбиту Плутона. 1995 09 30 Прекращены регулярные ежедневные операции миссии. "Пионер-11" находится в 6,5 миллиардах километров от Земли. 1995 11 24 Получен последний сигнал.
Текущий статус
Из-за ограничений по мощности и огромного расстояния до зонда, последний регулярный контакт с космическим аппаратом был 30 сентября 1995 года, а последние качественные инженерные данные получены 24 ноября 1995 года. По состоянию на 20 января 2023 года, оценивается, что «Пионер-11» находится на расстоянии от Земли и от Солнца. Он двигался относительно Солнца со скоростью и удалялся от него примерно на 2,36 а.е. в год. Космический аппарат направляется в сторону созвездия Щита вблизи текущей позиции (январь 2023) RA 18h 54m dec 8° 59' (J2000.0), недалеко от Месье 26. Через 928 000 лет он пройдёт на расстоянии от карлика спектрального класса K TYC 992-192-1 и приблизится к звезде Lambda Aquilae примерно через четыре миллиона лет. «Пионер-11» был обгонен двумя зондами «Вояджер», запущенными в 1977 году, и «Вояджер-1» стал самым удалённым объектом, созданным человеком, и останется таковым в обозримом будущем, поскольку ни один зонд, запущенный после «Вояджера», не обладает достаточной скоростью, чтобы его обогнать.
Пионерская аномалия
Анализ данных радиослежения с космических аппаратов Pioneer 10 и 11 на расстояниях от 20 до 70 а.е. от Солнца последовательно указывал на наличие небольшого, но аномального сдвига частоты Доплера. Этот сдвиг можно интерпретировать как результат постоянного ускорения (8,74 ± 1,33) × 10−10 м/с², направленного к Солнцу. Несмотря на подозрения о систематической природе эффекта, его источник обнаружить не удалось. В результате сохранялся устойчивый интерес к природе так называемой "аномалии Pioneer". Более детальный анализ данных миссии, проведенный Славой Турышевым и его коллегами, показал, что источником аномалии является асимметричное тепловое излучение и возникающая вследствие этого сила тепловой отдачи, действующая на обращенные от Солнца стороны аппаратов Pioneer.
Пионерская доска
Пионер-10 и Пионер-11 оба несут золотистую анодированную алюминиевую пластину на случай, если один из этих космических аппаратов будет когда-либо обнаружен разумными существами из других планетных систем. На пластинах изображены обнаженные фигуры мужчины и женщины, а также несколько символов, призванных предоставить информацию о происхождении аппарата.
Празднование
В 1991 году «Пионер-11» был увековечен на одной из 10 почтовых марок Почтовой службы США, посвященных беспилотным космическим аппаратам, исследовавшим тогдашние девять планет и Луну. На марке с «Пионером-11» был изображен Юпитер. Плутон был обозначен как «Не исследовался».