Baba o uštipcima a Drago o „Voyagerima“! O njima pišem na sajtu već bezmalo 20 godina a u mojoj knjizi su jedine sonde kojima sam posvetio čitavo jedno poglavlje. U vreme kada su krenuli u misiju, nije bilo događaja od kojega se s naučne tačke više očekivalo. Iako su sonde trebale da rade samo nekoliko godina, za koji mesec će se navršiti 40 godina od kad samostalno lete kroz tminu kosmosa. Danas je jedna od njih već debelo zagazila u međuzvezdani prostor, a i druga će uskoro, ali ono što fascinira to je da i dalje održavaju radio kontakt sa Zemljom! Kako?
Možda je bolje okrenuti pitanje i pitati ne kako „Voyageri“ mogu da šalju dovoljno snažne signale, već kako Zemlja uspeva da uhvati tako slabe signale. Signal koji polazi sa „Voyagera“ samo oko 6 puta jači od signala običnog mobilnog telefona. Kad stigne na Zemlju, mnogo,mnogo puta je slabiji ...
NASA poseduje sofistikovanu komunikacionu mrežu koju naziva Deep Space Network (DSN). Sastoji se od antena smeštenih u Kaliforniji, Španiji i Australiji (razlikuju se za 120 stepeni geografske dužine, te tako pokrivaju čitavu planetu). Tamo se nalaze džinovski tanjiri antena, prečnika od 26 do 70 metara. Sve antene su parabolične – što znači da su konstruisane tako da se svaki signal koji padne na njih reflektuje ka centru (zapravo žiži), gde se stiču i čine signal jačim.
Jedan od pet ogromnih tanjira antena u Goldstoneu u pustinji Mohava u Kaliforniji. Čitav DSN sistem u svakom trenutku održava veze sa makar 30 letilica u kosmosu.
Poređenje veličine 70-metarske DSN antene.
Te gigantske antene su tako konstruisane da mogu da „hvataju“ čak i najslabije siglane. Fascinantno je da će antene moći da primalu signale sa „Voyagera“ čak i ako ovi nastave s radom i u sledećem veku, iako proračuni pokazuju da će nuklearni izvor energije moći da stvara i tu minimalno neophodanu struju do ~2025. godine. Sećamo se da se „Voyageri“ napajaju energijom nastalom u procesu konvertovanja termo-energije koja se oslobađa u procesu plutonijumskog raspada. Trenutno, nuklearni termoelektrični generator stvara malo ispod 250 vati struje. Na početku misije, 1977. godine, stvarano je 470 W.
Kada jedan od „Voyagera“ pošalje signal, preko svoje glavne antene okrenute precizno ka Zemlji, signal ima snagu od svega 22,4 vata, ali putujući sve dalje i dalje postaje sve slabiji i slabiji. Danas, „Voyager 1“ se nalazi na 137,85 AJ (20,62 milijarde km) od Sunca, a „Voyager 2“ na 113,73 AJ (17,02 mld. km)[1]. U momentu kada pogodi neku od DSN antena na Zemlji, signal ima snagu od samo 10-18 vati. Na sreću, „Voyageri“ šalju signale na vrlo velikoj frekvenciji (X talasi na 8,4 GHz) koji se ne koriste na Zemlji, tako da se signali ne gube u gužvi koju prave mobilni telefoni, TV i GPS.
Nažalost, DSN je akutno nedovoljno finansiran, pa je većina opreme prilično stara, te se povremeno događa da se podaci koji stižu sa sondi jednostavno izgube. Čak su i kapi kiše koji se odbijaju od tanjira dovoljne da izgubimo signale.
NA KOJI NAČIN SE PRIMAJU PODACI SA 'VOYAGERA 1 i 2'?
Kao što smo videli, od starta misije 1977. godine, komunikacija sa sondama se odvija preko antena DSN. „Voyager 1“ je 25. avgusta 2012. prešao granicu heliopauze i zvanično ušao u međuzvezdani prostor. „Voyager 2“ će to uraditi 2019. ili 2020.
DSN Madrid ima 7 antena u sastavu: DSS-61, DSS-54, DSS-55, DSS-63, DSS-65 i DSS-66.
Velika kalifornijska antena.
DSN sadrži najveće antene i najosetljiviju komunikacionu opremu na Zemlji. Čini najveću kosmičku komunikacionu mrežu u čiji sastav ulazi tri kompleksa, smeštenih tako da je moguće non-stop pratiti bilo koji satelit u Zemljinoj orbiti, istraživati solarni sistem i, kao u ovom slučaju, pratiti sonde i u međuzvezdanom prostoru. Kompleksi se nalaze u Goldstoneu (Kalifornija), u blizini Madrida (Španija) i u blizini Kambere (Australija), i svi su povezani sa laboratorijom JPL. Manje se zna da slične mreže poseduju i Rusi, Kinezi, Evropljani, Japanci i Indusi. Zajedničko svakom ovom kompleksu je da se nalazi u nekoj velikojdolini u brdovitom kraju, da bi se štop više zaštitio od okolnih smetnji.
Svaki komunikacioni kompleks pruža sledeće usluge:
- Obrađuje telemetrijske podatke;
- Hvatanje i pojačavanje signala;
- Demoduliranje i dekodiranje signala;
- Vađenje podataka;
- Slanje komandi ka sondama „Voyager“.
Treba znati da su od vremena lansiranja sondi pomenuti antenski kompleksi doživeli brojna usavršavanja i da je to jedan od glavnih razloga zbog kojih je moguće i danas pratiti sonde na daljinama od više desetina milijardi kilometara. „Voyageri“ će biti praćeni još najmanje desetak godina, i nastaviti da budu najdalje praćene sonde u istoriji. Podsećam da „Vojager 1“ već decenijama beži od nas brzinom od preko 61.000 km/h!
Te nove tehnike, kao što je umrežavanje antena i kombinovanje slabih signala, omogućavaju DSN-u da nastavi da podržava „Voyagere“, koji funkcionišu već 40 godina. Nažalost, ako „Voyageri“ budu morali da se presele u istoriju pre dosezanja tehničkih limita biće to zbog para. NASA sve mane dobija za svoje potrebe – na vrhuncu, 1966. godine, NASA je dobijala 4,41% američkog budžeta, a 2014. samo 0,50%. Mislim da se za „voyagere“ svake godine jedva nađe $4 miliona.
ŠTA SADRAŽE PRIMLJENI PODACI?
Jednom nedeljno „Voyager 1“ snima 48 sekundi podataka (oko 5 MB). Dvaput godišnje ti prikupljeni podaci se šalju na Zemlju[2], a za taj posao se uvek na vreme pripremi jedna od raspoloživih 70-metarskih antena DSN mreže. „Voyager 2“ je isključio svoj DTR još 2007. godine. Ove sonde su mogle da šalju određene naučne podatke i u realnom vremenu, ali mnogo manjom brzinom (160 bita u sekundi). Ti podaci su mogli da se hvataju i 34-metarskim antenama.
Treba da kažem da su informacije o tome šta trenutno rade „Voyageri“ vrlo oskudne ili, još češće, stare nekoliko godina. „Voyageri“ su nosili po 10 instrumenata koji su obavljali 11 eksperimenata. Prema informacijama od pre 3-4 godine, samo 5 naučnih timova još uvek obrađuju neke podatke o magnetnom polju i česticama međuzvezdanog kosmosa, mada podaci stižu i sa još dva instrumenta. Ne računajući instrument za merenje plazme PLS na „Voyageru 1“, svi ostali su radili korektno.
Kako sonde raspolažu sa sve manje struje, jedna po jedna funkcija na sondama se isključuje. Kažu da je na „Voyageru 1“ pre dve godine isključen magnetofon, prošle godine žiroskopi za orijentaciju, a za 3 godine će početi da se isključuju i instrumenti. Vrlo sličan raspored je i za „Voyager 2“. Kaže se da do 2025. neće više raditi nijedan naučni uređaj
Sve sekvence i kontrolne funkcije smeštene su u komandnom računaru (CCS). Taj podsistem sadrži rutine kao što su dekoderi komandi, detektori kvarova i rutine za popravke, informacije za okretanje antene ka Zemlji, i sl.
Jedna od sondi „Voyager“. Sva tri karakteristična nosača su sklopljena radi lansiranja. U prvom planu levo vide se nuklearni izvori energije.
Podsistem za kontrolu položaja i orijentaciju (AACS) održava glavnu antenu okrenutu ka Zemlji i kontroliše poziciju sonde.
Slanje signala ka sondama obavlja se preko S talasnih dužina (brzina slanja komandi 16 bita/sec), dok se telemetrija šalje na Zemlju na X talasnim dužinama brzinom od 160 bita/sec i 1,4 kb/sec za slanje izveštaja o talasima plazme. Sve komunikacija se obavlja preko glavne HGA antene prečnika 3,66 m.
Konstrukcija „Voyagera“ je jedinstvena jer su svi instrumenti bili fiksirani, a usmeravanje pojedinih je obavljano preko pokretne naučne platforme, koja je isključena radi štednje struje. Isključeni su i svi instrumenti na platforni, sem UVS.
| ISTRAŽIVAČKI TIMOVI | INSTRUMENTI MERENJA |
| Plasma Science (PLS) | Svojstva i radijalna evolucija olarnog vetra (joni 10 eV - 6 keV, elektroni 4 eV-6 keV) |
| Low-Energy Charged Particles (LECP) | Energetski spektar niskoenergetskih čestica (elektroni 10-10,000 keV, joni 10-150,000 keV/n) |
| Cosmic Ray Sub-system (CRS) | Energetski spektar visoko- i niskoenergetskih elektrona (3-110 MeV) i jezgara kosmičkog zračenja (1-500 MeV/n) |
| Magnetometer (MAG) | Magnetno polje visoke (50,000 - 200,000 nT) i niske (8-50,000 nT) snage |
| Plasma Wave Subsystem (PWS) | Električne komponente talasa plazme u frekv. rasponu od 10 Hz do 56 kHz |
Nisam siguran da li svi ovi uređaji i dalje rade, ali su svakako to poslednji koji su radili i prikupljali podatke i biće poslednji koji će biti isključeni.
DA LI ĆE I 'NEW HORIZONS' MOĆI DA RADI TAKO DUGO KAO 'VOYAGERI’?
Najverovatnije hoće, sem ako dođe do gubitka kontakta kao u slučaju „Pioneera“. „New Horizons“ je opremljen RTG izvorom struje koje je na početku davao 250 W. Ali pošto je čitav sistem proizvodne struje baziran na radioaktivnom raspadu plutonijuma, izlazna snaga vremenom mora da opada. Očekuje se da će to ići po stopi od oko 5% svake 4 godine. Sada je nešto ispod 200 W. Ali ne postoji jednostavna formula za određivanje koliko će još godina „New Horizons“ slati podatke. To zavisi od instrumenata koji će biti uključivani tokom ostatka misije. Videli smo da je NASA vremenom polako isključivala jedan po jedan sistem, jedan po jedan instrument da bi sačuvala struju. Nije nebitno i da se zna da je glavna antena prečnika svega 2,1 metar, a da je predajnik snage svega 12 W. Već sada signal koji stiže na Zemlju ima manje od 10-15 W.
[1] Godinama NASA je sa svakog „Voyagera“ primala jednom nedeljno izveštaje o njihovom statusu. Međutim, pre par godina ta praksa je prekinuta, kaka piše u izveštaju Nase „zbog manjka interesovanja i otpuštanja nekih od članova tima zbog manjka posla“. Koga interesuju detalji, evo Sequence of Events and Space Flight Operations Schedule.
[2] Jedan od kurioziteta ove misije je i da svaka sonda poseduje staromodne 8-kanalni digitalni magnetofon (DTR), na koji su tokom planetne faze misije snimani telemetrijski i naučni podaci i slike a onda „na tenane“ slati na Zemlju. Razlog za to je što sonde imaju samo po 69,63 KB memorije.
KOJI TELESKOP DA KUPIM?
