Как мы уже знаем, 24 января 1986 г. Voyager 2 прошел по тщательно рассчитанной траектории мимо Урана, на расстоянии 107100 км от его центра, и повернул к Нептуну. Формальной границей этапа пролета и этапа перелета стало 25 февраля, когда в два дублированных компьютера подсистемы летных данных FDS была загружена полетная программа В801.


    Незадолго до этого, 14 февраля 1986 г. была проведена коррекция ТСМ-В15, задающая время и предварительные условия пролета Нептуна. В результате ее Voyager 2 должен был достичь восьмой планеты Солнечной системы 25 августа 1989 г. в 16:00 UTC и пройти на высоте всего 1300 км над облаками Нептуна. У этого решения была своя история и свое продолжение.
    Поскольку Нептун уже не должен был послужить 'опорой' для гравитационного маневра к следующей цели, баллистические ограничения при выборе новой траектории были минимальными. В августе 1980 г., когда был в принципе решен вопрос о полете второго 'Вояджера' к Урану и Нептуну, баллистики предложили траекторию, проходящую на удалении 1.3 радиуса от центра планеты и примерно в 7000 км над ее поверхностью и обеспечивающую наблюдение ее крупнейшего спутника Тритона с почтительного расстояния 44000 км. Встреча с Нептуном должна была состояться 24 августа 1989 г. в 23:12 UTC. Пройдя по этой трассе, Voyager 2 должен был аккуратно довернуть в сторону Сириуса с прохождением на расстоянии в 0.8 св. года от этой звезды через 358000 лет.
    Научное сообщество было недовольно таким консервативным вариантом, и в сентябре 1985 г. настояло на прохождении в 10000 км от Тритона на отлетной ветви траектории, при меньшей угловой скорости движения последнего и лучших условиях для съемки. Для этого, однако, нужно было пройти над Нептуном вдвое ниже - на высоте 3400 км.

Композитный вид (ПК модель по данным с аппарата Вояджер 2), показывающий Нептун на горизонте его спутника Тритона. Южный полюс Нептуна показан слева, отчетливо просматривается Большое Темное Пятно. На переднем плане обработанная компьютером поверхность Тритона с высоты в 45 км.

АМС "ВОЯДЖЕР-2"

    Не успели согласовать этот план, как в конце 1985 г. авторы используемой JPL динамической модели Солнечной системы 'выкатили' данные о Нептуне, дающие наилучшее согласование расчетных движений небесных тел с реальными. В их новой версии масса Нептуна была на 1.5% меньше, чем считалось ранее, радиус на 1000 км больше (!), а наклонение оси вращения на 4њ больше. После перерасчета выяснилось, что в заданный день и час Тритон будет находиться примерно в 8000 км к югу от принятой ранее точки. Эксперт по траекториям Роберт Сезароне (Robert J. Cesarone) определил: чтобы сохранить столь желанную для ученых дистанцию 10000 км, нужно пройти сквозь область колец и затем еще ближе к планете - на высоте всего 1250 км. Этот план и реализовала коррекция 14 февраля 1986 г.
    Предусмотренную в июле 1986 г. следующую коррекцию ТСМ-В16 проводить не стали, и первая коррекция перелетного этапа ТСМ-В17 была выполнена 13 марта 1987 г. В соответствии с заложенными Землей инструкциями Voyager 2 развернулся на +60њ по крену и на -175њ по рысканью и включил двигатели на 70 мин ЗО сек, получив приращение скорости 9.2 м/с. ЖРД работали с 10:00 до 11:10 UTC бортового времени, что соответствовало времени прихода сигнала на Землю с 13:06:28 до 14:16:55. В результате расчетное время прибытия к Нептуну 25 августа 1989 г. сдвинулось на 12 часов - с 16:00 на 04:00 UTC.
    Эта коррекция имела целью в корне изменить сценарий встречи с Нептуном, столь аккуратно выстроенный годом раньше. Руководители полета были обеспокоены наличием у планеты колец, причем асимметричных и потому плохо предсказуемых, а также вероятностью потери ориентации и даже поражения высоковольтным разрядом при пролете во внешней части холодной атмосферы Нептуна. После продолжительных расчетов и дискуссий минимально допустимой высотой пролета было признано 3100 км, а минимальным расстоянием от центра планеты в экваториальной плоскости - 67000 км. Ниже и ближе риск потери аппарата становился слишком высоким.
    С идеей близкого пролета Тритона пришлось распрощаться. Новую траекторию искали с учетом всех ограничений, таких как необходимость захода КА в тень и радиотень Нептуна и Тритона для зондирования их атмосфер. 'Фотографы' выставили требованием пройти хотя бы в 25000 км от Тритона, чтобы заснять в деталях его поверхность. 'Радистов' устраивало расстояние от 55000 км и выше - при этом снижались ошибки наведения на лимб Нептуна. Окончательное решение вынес научный руководитель проекта Эдвард Стоун: пусть будет посередине между крайними заявками сторон - 40000 км. От чего ушли, к тому и вернулись...
    Новая трасса получила известность под именем Polar Crown ('Полярная корона'). Voyager 2 должен был пересечь экваториальную плоскость Нептуна на расстоянии свыше 71000 км от центра планеты и затем промчаться над ее северной полярной областью на высоте 5000 км, а еще через пять часов пройти мимо Тритона на расстоянии около 40 000 км.

При планировании встречи с Нептуном приходилось учитывать многие ограничения, как баллистические (слева), так, например, и радиационные (справа).

АМС "ВОЯДЖЕР-2"

    В новом варианте Нептун разворачивал траекторию аппарата на 45њ и направлял его не в сторону Сириуса, как планировалось раньше, а под 48њ к югу от плоскости эклиптики - но этот побочный результат возражений не вызвал (Voyager 1 в результате пролета Сатурна и Титана в ноябре 1980 г. приобрел скорость, направленную под 35њ к северу от плоскости эклиптики).
    Интересно, что именно при подготовке мартовской коррекции узкоугольная камера на борту 'Вояджера' сделала первый навигационный снимок Нептуна и Тритона. Съемка состоялась 16 января 1987 г. с огромной дистанции - 1373 млн км - и по детальности примерно соответствовала возможностям наземных телескопов. Фотографирование велось за прозрачным светофильтром с выдержкой 5.76 сек - достаточно большой, чтобы изображение Нептуна оказалось чуть-чуть смазанным.
    Три следующие коррекции должны были возвращать Voyager 2 на расчетную траекторию в случае серьезных отклонений. Однако в сентябре 1987 г. они были еще слишком малы, и маневр ТСМ-В17А проводить не стали.
    Коррекция 11 ноября 1988 г., получившая обозначение ТСМ-В17В, была проведена на расстоянии 414.7 млн км от Нептуна для ликвидации отклонения в 9875 км и сдвига на 90 сек вперед времени прилета. Гидразиновые двигатели КА были включены в 11:06 UTC бортового времени (14:55 по времени прихода сигнала) на 209 секунд, выдав приращение скорости 0.45 м/с. Высота пролета над Нептуном осталась прежней, а минимальное расстояние до Тритона пятью часами позже получилось примерно 38000 км.
    Третья и последняя 'коррекция дальнего прицела' ТСМ-В17С состоялась 20 апреля 1989 г. в 16:20 UTC по бортовому времени на расстоянии 183 млн км от цели. Аппарат выдал приращение скорости около 0.35 м/с, сдвинув точку прицеливания на 3800 км и время - на 58 сек назад. Коррекция обеспечила пролет планеты 25 августа в 04:00 UTC на высоте 4850 км с последующим сближением с Тритоном до 39000 км.
    Апрельский маневр одновременно служил контрольным упражнением для последней подлетной коррекции за четверо суток до Нептуна. Для организации пролета, включая задействование аварийных вариантов программы, операторам требовалось сохранение радиоконтакта во время и после маневра, а при стандартной коррекции приемник нагревался от работающих двигателей, и его частота 'уплывала', делая невозможным измерение дальности. Однако имелся 'трюк' с выдачей продольного импульса в процессе разворота КА вокруг оси, при котором эта проблема не возникала. Для измерения величины этого импульса в план коррекции 20 апреля была заложена серия разворотов по крену на 180њ туда и обратно.


    Как и раньше, по пути от Юпитера к Сатурну и от Сатурна к Урану, Voyager 2 периодически сканировал своими приборами небесную сферу. Как правило, такой 'мини-маневр перелетного этапа' (Mini Cruise Maneuver) проводился раз в три месяца и включал четыре полных оборота КА вокруг оси рысканья и четыре - вокруг оси вращения (крена) на протяжении нескольких часов. В 1986 г. их было пять - 5 февраля, 23 апреля, 16 июля, 30 сентября и 5 декабря.
    Кроме того, 23 апреля проводился сеанс съемки звезд УФ-спектрометром UVS и фотополяриметром PPS. Фотополяриметр также наблюдал Уран 6 мая и пыль в плоскости эклиптики - с 23 по 26 июня. 10 июня была даже сделана попытка увидеть Нептун, но цель была еще слишком далека.
    21 февраля и 21 марта 1986 г. были выполнены развороты по оси крена с целью калибровки магнитометров и бортового радиокомплекса. В последнем случае целью было определить точную ориентацию остронаправленной антенны HGA диаметром 3.65 м, необходимую для правильной обработки данных экспериментов по радиозатмению. В программе полета они фигурировали под обозначениями MAGROL и ABCCAL соответственно.
    В процессе маневра 21 февраля аппарат переориентировался с Фомальгаута на Ахернар, а после научного сеанса 30 сентября - на Канопус. Последний стал его навигационной звездой на два с половиной года, почти до встречи с Нептуном.
    23 февраля 1987 г. в Большом Магеллановом облаке вспыхнула сверхновая, видимая невооруженным глазом. К наблюдениям объекта SN 1987А были привлечены все наличные космические средства, в том числе и Voyager 2, который вел их с помощью фотополяриметра PPS и ультрафиолетового спектрометра UVS с 25 февраля по 12 марта, затем 29 марта и в последующие месяцы до июня-июля включительно. Увы, эти наблюдения не были удачными: PPS не удалось навести на объект, а поиск на UVS в коротковолновом УФ-диапазоне (50-120 нм) не дал результата из-за ограниченной чувствительности прибора и сильной фоновой засветки.
    В 1987 г. состоялось также четыре 'мини-маневра' - 11 февраля, 13 мая, 13-14 июля и 7 октября. Кроме того, были сделаны три разворота для калибровки фотополяриметра по звездам - 18 марта, 15 мая и 19 октября.
    Научная программа 1988 г. включала четыре 'мини-маневра' (15 января, 28-29 марта, 2 сентября и 26 октября) и калибровку фотополяриметра 14 июля. Для полноты упомянем здесь же два 'мини-маневра' 1989 года - 2 февраля и 15 июня. С помощью УФ-спектрометра UVS велись регулярные наблюдения в интересах звездной астрономии.
    14 июля 1988 г. и 8 мая 1989 г. были выполнены развороты MAGROL и ABCCAL в интересах эксперимента с магнитометром и по радиозатмению, но в обоих случаях данные оказались не записанными.
    Первые результаты исследований этого этапа NASA опубликовало 15 мая 1987 г. Их представили научный руководитель проекта профессор Эдвард Стоун и д-р Алан Каммингс (Alan С. Cummings) из Калифорнийского технологического университета. Ученые сообщили, что измерения, проводившиеся на обоих 'Вояджерах' в течение года начиная с октября 1985 г., позволили обнаружить новые ядра среди космических лучей - ядра углерода и аргона. До этого в составе космических лучей были известны ядра гелия, водорода, азота, кислорода и неона - три последних элемента были впервые найдены в 1973 г. на спутниках IMP и на КА Pioneer 10.
    Отсутствие углерода, широко распространенного в природе, оставалось загадкой, пока не была выдвинута гипотеза о внесолнечном происхождении т.н. аномальных космических лучей. В рамках ее источником является набегающий поток нейтрального межзвездного газа. По мере проникновения внутрь Солнечной системы со скоростями порядка 15 км/с атомы ионизируются, подхватываются солнечным ветром и выносятся обратно к гелиопаузе - границе сферы влияния солнечного вещества - уже со скоростью порядка 400 км/с. Попадая в ударную волну на границе гелиосферы, они разогреваются до очень высоких энергий, соответствующих скоростям порядка 30000 км/с.
    Углерод, однако, и в набегающем потоке в основном ионизирован и поэтому проникает во внутренние области системы в меньших количествах. Обнаружить следы углерода и аргона удалось благодаря высокой чувствительности приборов 'Вояджеров', значительно большему, чем в предшествующих экспериментах, удалению от Солнца и низкому уровню солнечной активности. Приборы двух КА принесли наиболее точные измерения количества ядер поступающего межзвездного вещества.
    В связи с этим открытием Эдвард Стоун предсказал, что 'Вояджеры' могут достичь ударной волны примерно через 10 лет, а два 'Пионера' - еще раньше. Примерно через 20 лет, заявил научный руководитель проекта, аппараты должны добраться до гелиопаузы. Вероятно, заметил Стоун, в это время 'Вояджеры' все еще будут работоспособны и смогут впервые непосредственно изучить межзвездную среду. Он оказался оптимистом во всех смыслах слова - в реальности 'Вояджеру-1' предстояло лететь до входа в ударную волну 17 лет, а до гелиопаузы - 25. И оба аппарата действительно проработали вплоть до этого момента!
    Годом позже, 15 июля 1988 г., появилась еще одна интересная публикация, в которой первую роль играли Джон Михалов (John D. Mihalov) и Аарон Барнс (Aaron Barnes) из Исследовательского центра имени Эймса, отвечавшие за обработку данных с КА Pioneer 10 и 11. Они сравнили результаты измерений скорости солнечного ветра на 'Пионерах' и на 'Вояджере-2' в 1985 г., в период минимума солнечной активности.
    В это время Pioneer 10 и Voyager 2 двигались от Солнца примерно в его экваториальной плоскости, a Pioneer 11 после пролета Сатурна в 1979 г. ушел резко 'вверх' и поднялся уже примерно на 15њ выше по широте. Два экваториальных аппарата отмечали периодические 'порывы' в скорости солнечного ветра - потока солнечных протонов и электронов плотностью около 5 частиц на 1 см³. Эта скорость резко возрастала, а потом быстро снижалась с периодом в 27 суток, то есть с частотой вращения Солнца вокруг оси. В июне 1985 г., однако, находившийся в 17.7 а.е. от светила Voyager 2 перестал регистрировать быстрый солнечный ветер, в то время как Pioneer 11, находившийся на расстоянии 19.0 а.е. от Солнца, продолжал 'ощущать' его 'порывы'. Через некоторое время скорость потока солнечного вещества у 'Вояджера-2' стала вдвое ниже, чем у 'Пионера-11'.
    Так продолжалось до августа, когда замедление достигло КА Pioneer 10 на дистанции 36.2 а.е. от Солнца - вдвое дальше, чем Voyager 2. В общем-то, было понятно, что 'медленные' частицы солнечного ветра, покинувшие корону Солнца в марте 1985 г., к началу июня достигли места нахождения Voyager 2, а в конце августа догнали Pioneer 10. Но почему Pioneer 11 продолжал видеть 'быстрый' солнечный ветер, скорость которого даже выросла (Voyager 1, четвертый уходящий от Солнца аппарат, участвовать в расследовании не мог - на нем плазменный инструмент PLS отказал еще в ноябре 1980 г.)?
    Оказалось, дело в изменении структуры магнитного поля Солнца и его магнитосферы. Ученые знали, что быстрый солнечный ветер истекает через корональные дыры, распределение которых по диску светила меняется в течение 11-летнего солнечного цикла. В норме они находятся в высоких широтах и только вблизи максимума приближаются к солнечному экватору 'языками' по 10-20њ длиной. Вместе с дырами мигрируют и источники быстрого солнечного ветра (а точнее, наоборот).
    Структура магнитного поля Солнца также влияет на солнечный ветер. В норме оно образует два сектора, положительный и отрицательный, примерно соответствующие полушариям; в первом магнитные линии выходят из Солнца, а во втором - входят. Поверхность раздела двух секторов, нестабильная и неровная, опирается на магнитный 'экватор' и уходит в пространство. Она называется токовым слоем, так как вдоль нее положительные заряды уходят от Солнца, а отрицательные - приходят.
    В 1985 г., в конце 21-го солнечного цикла, северный сектор был отрицательным, а южный - положительным. Pioneer 11, находящийся в 15њ севернее солнечного экватора, пребывал в отрицательном секторе большую часть времени, а с середины 1985 г. - постоянно: к этому времени токовый слой ниже его оказался сглажен и 'прижат' к экватору. Здесь господствовал быстрый солнечный ветер. А область токового слоя - это по определению область медленного солнечного ветра. Именно в таких условиях и оказались два остальных аппарата. Так удалось установить, что магнитное поле Солнца контролирует состояние среды вплоть до дистанции в 36 а.е.
    В сообщении от 15 июля 1988 г. даты достижения 'Вояджерами' гелиопаузы уже не назывались, а относительно ее местонахождения было высказано лишь предположение. 'Никто не знает точно, как далеко... распространяется этот поток частиц. Одна недавняя догадка говорит примерно о 18 млрд миль, или вчетверо дальше, чем Нептун от Солнца'. Если вспомнить, что Нептун обращается на расстоянии 30 а.е. от светила, то есть 4.5 млрд км, становится ясно, что имелась в виду отметка 18 млрд км, то есть 120 а.е. 'Одна недавняя догадка' оказалась абсолютно точной: Voyager 1 прошел гелиопаузу в конце августа 2012 г. на расстоянии 122 а.е. от Солнца!

Летом 1988 г. научная команда проекта Voyager понесла неожиданную утрату: скончался руководитель эксперимента PWS по плазменным волнам Фредерик Скарф (Frederick L. Scarf). Он умер 17 июля в Москве, где участвовал в научной конференции, приуроченной к старту к Марсу двух советских аппаратов 'Фобос'. Кстати, именно Фред Скарф был 'движущей силой' решения о перенаправлении околоземного научного аппарата ISEE-3 к комете Джакобини-Циннера.

    Добавим, что в декабре 1987 г. во время соединения 'Вояджера-2' с Солнцем состоялся эксперимент по приему сигналов на малом угловом расстоянии от светила с использованием нового приемника на станциях DSN. Аппарат успешно отслеживался на расстоянии от 11њ в начале эксперимента до менее 1њ от Солнца в конце.

Научная группа 'Вояджера' за обсуждением свежих снимков

АМС "ВОЯДЖЕР-2"

    Во время следующего соединения, с 15 декабря 1988 по 9 января 1989 г., проводилось уже обычное радиопросвечивание солнечной короны с целью картирования плотности плазмы и изучения ее маломасштабных (порядка 100 км) вариаций.


    Нептун и его главный спутник Тритон были открыты в 1846 г., через 65 лет после Урана. Судя по записям Галилея, изобретатель первого телескопа видел Нептун 233 годами раньше, но не опознал в тусклой звездочке восьмую планету. В 1795 г. аналогичное 'достижение' записал на свой счет Жозеф Лаланд, а в середине XIX века история повторилась в еще более драматичной форме.
    В 1845-1846 гг. англичанин Джон Коуч Адамс (John Couch Adams) и француз Урбен-Жан-Жозеф Леверрье (Urbain Jean Joseph Le Vender) независимо друг от друга рассчитали орбиту и положение пред