„Wielka Wyprawa” nadal trwa
Waldemar Zwierzchlejski
„Wielka Wyprawa” nadal trwa
W historii wielkich odkryć geograficznych istnieją rzeczy, które nigdy nie zostaną zapomniane, takie jak wyprawa Kolumba do Ameryki, czy wokółziemski rejs Magellana. W awiacji dobrym przykładem będzie przelot Lindbergha przez Atlantyk, w astronautyce załogowej lot Gagarina, czy pierwsza podróż ludzi ku Księżycowi. Natomiast w astronautyce bezzałogowej istnieje wyprawa, która do historii badań wielkich planet Układu Słonecznego i jego krańców nie tylko wniosła przed laty olbrzymią porcję wiedzy, lecz wnosi ją nadal.
Słusznie zwana „Wielką Wyprawą” (Grand Tour) rozpoczęła się przed trzydziestu pięciu laty i powinna potrwać jeszcze kilkanaście. Wyprawa trwająca pół wieku, która nie powróci do miejsca jej rozpoczęcia, lecz zakończy się hen, w zimnych i pustych otchłaniach dalekiego kosmosu. Opowiedzmy o jej dwóch uczestniczkach, sondach kosmicznych Voyager.
Przymiarki do Wielkiej Wyprawy
W 1961 r. student matematyki Uniwersytetu Kalifornijskiego (UCLA) Michael Minovitch, pracujący równocześnie w znamienitym Jet Propulsion Laboratory (JPL), opracował metodę zwiększania prędkości sond kosmicznych, zwaną asystą grawitacyjną. Rozwiązanie to, które jest obecnie powszechnie wykorzystywane do żeglugi w Układzie Słonecznym, było wówczas nowością, zresztą dość długo jedynie teoretyczną. W 1964 r. M. Hunter zasugerował wykorzystanie pola grawitacyjnego Jowisza do skrócenia czasu przelotu do planet zewnętrznych względem niego. Rok później G. A. Flandro zauważył, że w drugiej połowie lat siedemdziesiątych dojdzie do niezwykle interesującego ustawienia czterech gigantów – Jowisza, Saturna, Urana i Neptuna. Wykorzystując pola grawitacyjne tych planet, można by skrócić czas przelotu próbnika z Ziemi do Neptuna z trzydziestu, do zaledwie ośmiu czy dziewięciu lat. Ponieważ ustawienie takie powtarza się co około 176 lat, należało się śpieszyć, by nie zmarnować okazji. Szczegółowe trajektorie lotu próbników, startujących w 1977 r. w ramach Grand Tour, przeprowadził L. Kingsland, zmodyfikowane zaś (Jowisz-Uran-Neptun i Jowisz-Saturn-Pluton) – R. Wallace (łącznie przeanalizowano ponad 10 000 różnorakich trajektorii). NASA szybko postanowiła zrealizować misję i rozpoczęła projektowanie próbników.
Początkowo wydawało się, że będzie można tego dokonać w ramach realizowanego od 1962 r. programu Mariner, ukierunkowanego na badania Wenus i Marsa. Jednak nieco dokładniejsza analiza wykazała, że konstrukcja Marinerów będzie dalece niewystarczająca dla przeprowadzenia tak długotrwałej i skomplikowanej wyprawy. Po pierwsze musiały one mieć żywotność kilkunastu lat, co trzykrotnie przekraczało ówczesne osiągnięcia. Po drugie nie mogły czerpać energii elektrycznej za Słońca, gdyż w tamtych rejonach Układu Słonecznego świeci ono dalece za słabo. Po trzecie zaś musiały one być odporne na działanie skrajnie niskich temperatur, odległych od zera absolutnego o zaledwie kilkadziesiąt kelwinów, czy bardzo silnych rejonów radiacji, których – słusznie – spodziewano się przy Jowiszu i Saturnie. Wszystko to spowodowało, że rozpoczęto projektowanie zupełnie nowych obiektów, pod roboczą nazwą TOPS (Thermoelectric Outer Planets Spacecraft – termoelektryczny próbnik planet zewnętrznych).
Najważniejszą cechą TOPS był sposób zasilania – zastosowano baterię ogniw radioizotopowych, sprzężonych z przetwornikami termoelektrycznymi RTG (Radioisotope Thermoelectric Generator). Pozwalały one na stabilne zasilanie próbników niezależnie od odległości od Słońca, czy ich usytuowania w przestrzeni. W „Wielkiej Wyprawie” miała wziąć udział cała flotylla. Pierwsza para miała zostać wystrzelona na przełomie lat 1976 i 1977 i podążyć po trasie Jowisz-Saturn-Pluton, druga zaś w 1979 r. i skierowana ku planetom Jowisz, Uran i Neptun. Niestety na przeszkodzie stanął budżet NASA, który pozwolił na zbudowanie jedynie dwóch próbników. W dodatku oba miały zbadać jedynie Jowisza i Saturna, a drugi z nich, ale tylko warunkowo, Urana i – być może – Neptuna. Szansę dotarcia sprawnego próbnika do tej ostatniej planety oceniano jedynie na 40%. Wpierw sondy chciano nazwać Viking, jednak później nazwa ta została nadana dwóm próbnikom Marsa. Dwie jednostki dla „Wielkiej Wyprawy” nazywano najpierw roboczo Mariner Jupiter/Saturn (po starcie dostałyby numery porządkowe 11 i 12), ale około pół roku przed startem przemianowano je na Voyager.
Pełna wersja artykułu w magazynie Lotnictwo 10/2012