Введение

Космический зонд НАСА, запущенный в марте 1972 года, «Пионер-10» (первоначально обозначенный как «Пионер F») — космический зонд НАСА, запущенный в 1972 году, который выполнил первую миссию к планете Юпитер. «Пионер-10» стал первым из пяти планетарных зондов и 11 искусственных объектов, достигших первой космической скорости, необходимой для покидания Солнечной системы. Этот проект по исследованию космоса был осуществлен в Исследовательском центре NASA имени Эймса в Калифорнии. Космический зонд был изготовлен компанией TRW Inc. «Пионер-10» был собран вокруг шестиугольной платформы с параболической антенной высокой направленности большого диаметра, и космический аппарат был стабилизирован вращением вокруг оси антенны. Его электрическая энергия обеспечивалась четырьмя радиоизотопными термоэлектрическими генераторами, которые обеспечивали суммарную мощность 155 ватт на момент запуска. Запуск состоялся 3 марта 1972 года в 01:49:00 UTC (2 марта по местному времени) с помощью ракеты-носителя Atlas Centaur с мыса Канаверал, штат Флорида. С 15 июля 1972 года по 15 февраля 1973 года он стал первым космическим аппаратом, пересекшим пояс астероидов. Фотографирование Юпитера началось 6 ноября 1973 года с расстояния, и было передано около 500 изображений. Наименьшее расстояние до планеты было достигнуто 3 декабря 1973 года. В ходе миссии бортовые приборы использовались для изучения пояса астероидов, окружающей среды Юпитера, солнечного ветра, космических лучей, а также дальних областей Солнечной системы и гелиосферы. Чтобы уложиться в график, первый запуск должен был состояться между 29 февраля и 17 марта, чтобы аппарат мог прибыть к Юпитеру в ноябре 1974 года. Позже эта дата была перенесена на декабрь 1973 года, чтобы избежать конфликтов с другими миссиями при использовании сети дальнего космоса для связи и не попасть в период, когда Земля и Юпитер находились бы на противоположных сторонах Солнца. Траектория полёта «Пионера-10» была выбрана для получения максимального объема информации о радиационной обстановке вокруг Юпитера, даже если это могло привести к повреждению некоторых систем. Предполагалось, что аппарат приблизится к планете на расстояние, равное трём радиусам планеты, что считалось максимально безопасным расстоянием для выживания в радиации. Выбранная траектория обеспечивала хороший обзор освещённой Солнцем стороны планеты.

Конструкция космических аппаратов

Автобус Pioneer 10 имеет значительную глубину и состоит из шести длинных панелей, формирующих шестиугольную структуру. В автобусе размещены запасы топлива для управления ориентацией зонда и восемь из одиннадцати научных приборов. Оборудование размещалось внутри структуры из алюминиевого сотового материала для защиты от метеороидов. Пассивный тепловой контроль обеспечивался слоем изоляции, состоящим из алюминизированных листов милара и каптона. Тепло выделялось за счет рассеивания мощности от 70 до 120 ватт (Вт) от электрических компонентов внутри отсека. Диапазон температур поддерживался в пределах рабочих параметров оборудования с помощью жалюзи, расположенных под монтажной платформой. Гидразиновые двигатели были установлены тремя парами. Первая пара поддерживала постоянную скорость вращения 4,8 об/мин, вторая пара управляла тягой, а третья – ориентацией. Пара двигателей ориентации использовалась для конического сканирования при отслеживании Земли на её орбите. Информацию об ориентации также предоставляли звёздный датчик, способный ориентироваться по Канопусу, и два датчика Солнца.

Запуск и траектория

Пионер-10 был запущен 3 марта 1972 года в 01:49:00 UTC (8:49 вечера по восточному стандартному времени 2 марта) Национальным управлением по аэронавтике и исследованию космического пространства с Космического пускового комплекса 36A во Флориде на борту ракеты-носителя Atlas Centaur. Третья ступень ракеты-носителя состояла из твердотопливной ступени Star 37E (TE M 364 4), разработанной специально для миссий Pioneer. Эта ступень обеспечивала тягу и раскрутила космический аппарат. Начальная скорость вращения космического аппарата составляла 30 об/мин. Через 20 минут после запуска были выдвинуты три стрелы, что замедлило скорость вращения до 4,8 об/мин. Эта скорость поддерживалась на протяжении всего полета. Ракета-носитель разгоняла зонд в течение 17 минут, достигнув скорости в После установления контакта с высокоусиливающей антенной несколько приборов были активированы для тестирования, пока космический аппарат двигался через радиационные пояса Земли. Через 90 минут после запуска космический аппарат достиг межпланетного пространства. Пионер-10 пролетел мимо Луны за 11 часов и стал самым быстрым искусственным объектом, созданным человеком на тот момент. Через два дня после запуска были включены научные приборы, начиная с телескопа для регистрации космических лучей. Через десять дней все приборы были приведены в действие. В течение первых семи месяцев полета космический аппарат трижды корректировал курс. Бортовые приборы прошли проверку, фотометры исследовали Юпитер и зодиакальный свет, а экспериментальные комплексы использовались для измерения космических лучей, магнитных полей и солнечного ветра. Единственной аномалией за этот период времени был отказ датчика Canopus, из-за чего космическому аппарату пришлось поддерживать ориентацию, используя два солнечных датчика. Проходя через межпланетную среду, Пионер-10 стал первой миссией, обнаружившей межпланетные атомы гелия. Он также зафиксировал высокоэнергетические ионы алюминия и натрия в солнечном ветре. Космический аппарат зарегистрировал важные данные по гелиофизике в начале августа 1972 года, зафиксировав солнечный ударный фронт, когда он находился на расстоянии 15 июля 1972 года Пионер-10 стал первым космическим аппаратом, вошедшим в пояс астероидов, расположенный между орбитами Марса и Юпитера. Планировщики проекта ожидали безопасного прохождения через пояс, и ближайшее расстояние, на которое траектория могла приблизить космический аппарат к любому из известных астероидов, составляло 2 декабря 1972 года. Бортовые эксперименты показали дефицит частиц размером менее микрометра (мкм) в поясе по сравнению с окрестностями Земли. Плотность частиц пыли от 10 до 100 мкм существенно не менялась во время полета от Земли к внешнему краю пояса. Только для частиц диаметром от 100 мкм до 1,0 мм плотность увеличилась в три раза в области пояса. В поясе не было обнаружено фрагментов размером более миллиметра, что указывает на их вероятную редкость; безусловно, их было меньше, чем ожидалось. Поскольку космический аппарат не столкнулся с частицами значительного размера, он благополучно прошел через пояс, выйдя на другую сторону примерно 15 февраля 1973 года. Уровень радиации на Юпитере был в десять раз выше, чем предсказывали конструкторы Пионера, что вызвало опасения, что зонд не выживет. Начиная с 3 декабря, радиация вокруг Юпитера вызывала генерацию ложных команд. Большинство из них были исправлены с помощью резервных команд, но изображение Ио и несколько крупных планов Юпитера были потеряны. Подобные ложные команды генерировались и при выходе с планеты. Тем не менее Пионер-10 успешно получил изображения спутников Ганимеда и Европы. На изображении Ганимеда в центре и вблизи южного полюса были видны области с низким альбедо, а северный полюс казался ярче. Европа была слишком далеко для получения детального изображения, хотя некоторые особенности альбедо были заметны. Траектория Пионера-10 была выбрана таким образом, чтобы он проходил за Ио, что позволило измерить эффект преломления атмосферы Луны на радиопередачи. Это показало, что ионосфера Луны находится примерно над поверхностью дневной стороны, а плотность колеблется от 60 000 электронов на кубический сантиметр на дневной стороне до 9 000 электронов на кубический сантиметр на ночной стороне. Неожиданным открытием стало то, что Ио вращался внутри облака водорода, простирающегося примерно на 300 км в ширину и высоту. Меньшее облако, предположительно, было обнаружено вблизи Европы. Только после того, как Пионер-10 покинул пояс астероидов, NASA выбрало траекторию к Юпитеру, которая включала гравитационный маневр для отправки космического аппарата за пределы Солнечной системы. Пионер-10 был первым космическим аппаратом, предпринявшим такую попытку, которая стала образцом для будущих миссий. Такая расширенная миссия не входила в первоначальное предложение, но была запланирована до запуска. В момент наибольшего сближения скорость космического аппарата достигла , и он подошел на расстояние от внешней атмосферы Юпитера. Были получены крупные планы Большого Красного Пятна и терминатора. Связь с космическим аппаратом прервалась, когда он проходил за планетой. Данные радиооккультации позволили измерить температурную структуру внешней атмосферы, показав температурную инверсию на высотах с давлениями 10 и 100 мбар. Температура на уровне 10 мбар колебалась от , а температура на уровне 100 мбар составляла Космический аппарат создал инфракрасную карту планеты, которая подтвердила идею о том, что планета излучает больше тепла, чем получает от Солнца. Затем были получены серповидные изображения планеты по мере того, как Пионер-10 удалялся от нее. Двигаясь наружу, космический аппарат снова прошел ударный фронт магнитосферы Юпитера. Поскольку этот фронт постоянно смещается в пространстве из-за динамического взаимодействия с солнечным ветром, аппарат пересек ударный фронт в общей сложности 17 раз, прежде чем окончательно его покинул.

Текущее состояние и будущее

18 июля 2023 года «Вояджер-2» обогнал «Пионер-10», сделав «Пионер-10» третьим по удалённости от Солнца космическим аппаратом после «Вояджера-1» и «Вояджера-2». Если не вмешиваться, «Пионер-10» и его корабль-близнец «Пионер-11» присоединятся к двум аппаратам «Вояджер» и «Новые горизонты» в покидании Солнечной системы и устремятся в межзвёздное пространство. Ожидается, что траектория «Пионера-10» пролежит в общем направлении к звезде Альдебаран, которая в настоящее время находится на расстоянии около 68 световых лет. Если бы Альдебаран не имел относительной скорости, полёт к ней занял бы у аппарата более двух миллионов лет. Это самое близкое прохождение к звезде за несколько миллионов лет среди всех аппаратов «Пионер», «Вояджер» и «Новые горизонты», покидающих Солнечную систему. Резервный экземпляр Pioneer H в настоящее время экспонируется в галерее «Вехи полёта» Национального музея авиации и космонавтики в Вашингтоне, округ Колумбия. Памятная табличка прикреплена к распоркам антенны, где она защищена от межзвёздной пыли.

Пионер 10 в популярных СМИ

В фильме "Звёздный путь V: Последний рубеж" клингонский "Птица добычи" уничтожает "Пионер-10" в качестве учебной цели. В сериальном научно-фантастическом мультимедийном повествовании 17776 один из главных персонажей — разумный "Пионер-10".