После Сатурна пути близнецов разошлись. Пройдя мимо окольцованной планеты 12 ноября 1980 г., Voyager 1 направился в бесконечное путешествие к звездам. А вот Voyager 2, сблизившийся с Сатурном 26 августа 1981 г., выполнил программу изучения планет-гигантов лишь наполовину. Для него изначально была рассчитана траектория, позволяющая продолжить полет к Урану и Нептуну. Выбор ее, однако, зависел от целого ряда условий.


    Во-первых, Voyager 1 должен был изучить Титан, крупнейший спутник Сатурна, и неудача потребовала бы повторения этой программы вторым аппаратом. К счастью, в ноябре 1980 г. первый 'выжал' из Титана все, что можно, и эта проблема была снята.
    Во-вторых, нужно было убедиться в безопасности пролета на расстоянии порядка 160000 км от центра Сатурна, необходимого для гравитационного маневра с выходом на траекторию полета к Урану. Это было доказано 1 сентября 1979 г., когда Pioneer 11 прошел у Сатурна по аналогичной траектории.

Уран, телескоп Кек. 11 июля 2004 г.

"ВОЯДЖЕР-2": УРАН

    В-третьих, требовалось политическое решение - ведь при запуске 'Вояджеры' были заявлены как зонды для изучения Юпитера и Сатурна, и финансирование было заложено лишь на срок до 1981 г. Эта проблема оказалась самой неприятной, и решение ее сильно затянулось.
    В ноябре 1980 г. администрация президента Джеймса Картера разрешила продление полета Voyager 2 вплоть до встречи с Ураном, согласившись выделить дополнительно 85 млн$, необходимые для планирования, управления полетом и обработки научной информации. Увы, за неделю до встречи первого 'Вояджера' с Сатурном Картер проиграл выборы Рональду Рейгану, который имел обширные планы перестройки экономики США и пересмотра бюджетных приоритетов.
    Последний внесенный Картером в Конгресс проект бюджета (на 1982 финансовый год) предусматривал выделение NASA 6722 млн$. В начале февраля 1981 г. Дэвид Стокман, глава бюджетного управления новой администрации, предложил в порядке экономии сократить эту сумму более чем на 9%, или на 629 млн, причем если программа Space Shuttle теряла всего 5.3%, то космическая наука - 28.8%. Это означало, что невозможно будет начать ни один новый проект. 'Под нож' попали американский зонд из совместного с Европой проекта исследования Солнца ISPM и аппарат для изучения кометы Галлея. Предлагалось также отсрочить начало работ по проекту VOIR для картографирования Венеры и прекратить создание аппарата Galileo для подробного изучения системы Юпитера.
    Массовые протесты научной общественности привели к тому, что в официально внесенном 10 марта бюджете Рейгана сокращения оказались поскромнее. Проект Galieo сохранили, но космическая наука должна была получить 584 млн$ вместо 757 млн в ставшем неактуальным плане Картера.
    В те долгие месяцы, когда Конгресс рассматривал законопроект Рейгана, бюджетное управление не унималось. В октябре 1981 г. оно предложило срезать с NASA 367 млн$ сразу (в дополнение к сокращению, объявленному ранее) и еще по 1 млрд$ за каждый год из двух последующих лет. В частности, Стокман вновь предложил закрыть проект Galileo и отказаться от межпланетной программы как таковой. Но тогда автоматически становилась ненужной Сеть дальней связи DSN, и возникал соблазн прекратить ее финансирование. Это означало, что оба 'Вояджера' придется просто выключить и встреча с Ураном и Нептуном не состоится. Как сообщила 7 октября Washington Post, суммарная экономия за восемь лет должна была составить внушительную сумму - 222 млн$...
    19 октября новый администратор NASA Джеймс Беггс заявил о решительном несогласии агентства с планами 'похоронить' уникальный проект: 'К настоящему времени КА пересекли пояс астероидов и встретили гигантскую планету Юпитер, и совсем недавно Сатурн, а теперь [Voyager 2] находится в полете к Урану и, может быть, к Нептуну, -сказал он и, перефразируя Джона Кеннеди, добавил: - Я верю, что до конца этого десятилетия мы увидим Нептун'. А директор JPL Брюс Мюррей поставил вопрос так: 'Действительно ли мы настолько поражены текущими проблемами, что должны отказаться от инвестиций в будущее?'
    Конгресс выдержал второй натиск крохоборов и выделил NASA на начавшийся финансовый год 6020 млн$, хотя отстоять экспедицию к комете Галлея не смог. Однако в ноябре стали известны наметки бюджета-1983: его составители по-прежнему хотели избавиться от Galileo и VOIR, хотя уже не ставили вопрос о ликвидации сети DSN и закрытии миссии Voyager. 4 января советник Рейгана по науке Джордж Киуорт подтвердил, что такой шаг не планируется: 'Сеть DSN, необходимая для приема данных с 'Вояджера', будет по-прежнему получать средства на прием и анализ данных, - сказал он. - Отказавшись от финансирования этих работ, мы бы выбросили на ветер миллиарды, сэкономив несколько миллионов'.
    Окончательно угроза проекту отступила 3 февраля 1982 г., когда Рейган направил в Конгресс проект бюджета-1983. Документом предусматривалось дальнейшее финансирование Galileo, санкционировались совместные работы с ЕКА над европейским зондом проекта ISPM и выделялись средства на эксплуатацию сети DSN, включая работу с 'Вояджерами' до марта 1986 г.
    В-четвертых, вызывало опасения техническое состояние КА. За четыре года полета Voyager 2 испытал серьезный, почти смертельный отказ бортового радиокомплекса и частичный отказ привода сканирующей платформы - застревание по азимуту. Первую неисправность операторы научились обходить, со второй тоже удалось справиться, а в случае повторения ее в принципе можно было компенсировать разворотами всего 'Вояджера' вокруг продольной оси. На это, конечно, пришлось бы тратить драгоценное топливо, но его хватило бы по крайней мере на 150 разворотов - и на вполне достойную программу съемки Урана и его спутников.
    Когда же в свете всего сказанного выше было принято и реализовано решение о полете к Урану? Парадоксально, но - намного раньше!
    Определяющим обстоятельством стал отказ в апреле 1978 г. командного приемника на борту 'Вояджера-2'. В любой момент могла быть утрачена способность принимать команды с Земли, а значит желаемую траекторию нужно было выбрать как можно раньше. Только при этом условии аппарат смог бы выполнить хотя бы 'аварийную' версию программы в автономном режиме.
    Фактически траектория полета 'Вояджера-2' мимо Сатурна к Урану была сформирована коррекциями 10 и 23 июля 1979 г' сразу после пролета Юпитера. Именно тогда время встречи с Сатурном приблизили примерно на 33 часа, на один орбитальный период Энцелада, по сравнению с первоначальным планом полета GB23/TB20 (эти обозначения расшифровывались так: КА встречается с Ганимедом ранее Юпитера и с Титаном ранее Сатурна через 23 и 20 витков после определенных базовых дат соответственно. Траектория, по которой проследовал Voyager 1, имела обозначение IA19/TB2, что соответствовало пролету Ио после Юпитера и встрече с Титаном ранее Сатурна). Как следствие, была сохранена встреча с Энцеладом вблизи перицентра и улучшены условия наблюдений Тефии; пожертвовать же, помимо Титана, пришлось близким (30000 км) пролетом Мимаса.
    Однаколишь в ноябре 1980 г. штаб-квартира NASA утвердила предложение руководителей проекта Voyager продлить работу второй станции и направить ее от Сатурна к Урану. Официальное сообщение о выборе траектории в системе Сатурна и последующем полете к Урану было опубликовано еще позже - 8 января 1981 г. В нем говорилось, что Voyager 2 продолжит идти по существующей трассе и что если бы потребовался второй пролет Титана, с нее пришлось бы уходить, причем не позднее начала 1981 г. Теперь же прибытие к Урану было намечено на 24 января 1986 г. с пролетом на минимальном расстоянии 107 000 км.
    Вот почему между 23 июля 1979 г. и 26 февраля 1981 г. не было проведено ни одной коррекции траектории 'Вояджера-2'. Руководители проекта изначально 'поставили на Уран', и, к счастью, никакие последующие события не заставили от этого отказаться.
    Сближение с Сатурном прошло успешно, и в результате гравитационного маневра - пролета 26 августа 1981 г. на высоте около 101000 км над вершинами его облаков - Voyager 2 изменил направление движения почти на 90њ, а его гелиоцентрическая скорость увеличилась с 16.5 км/с на подлете до 20.7 км/с на отлете. Так аппарат вступил в новую стадию своего полета, названную не без пафоса 'межзвездной миссией 'Вояджера' к Урану'.


    Путешествие к седьмой планете предстояло долгое - более четырех лет. По оценке руководителей полета, оглашенной после визита в систему Сатурна, вероятность сохранения работоспособности станции до пролета Урана в январе 1986 г. составляла 65%, а до встречи с Нептуном в августе 1989 г. - не более 40%. Вряд ли они поверили бы летом 1981-го, что пройдет тридцать лет и три года, а оба 'Вояджера' все еще будут работать на благо науки!
    29 сентября 1981 г. аппарат успешно выполнил коррекцию ТСМ-В10, целью которой было скомпенсировать полученное у Сатурна отклонение от расчетной траектории и направить ее в точку прицеливания у Урана. Выбор траектории пролета предопределял условия гравитационного маневра для дальнейшего полета к Нептуну. Поскольку необходимое расстояние от центра Урана было близким к радиусу орбиты Миранды, оставалось лишь подобрать удобное время прибытия, чтобы заснять с близкой дистанции саму Миранду, а заодно и Ариэль. Все это было сделано в ходе длительного (на 5754 секунды) включения двигателей, обеспечившего приращение скорости около 15 м/с.
    20 октября в память компьютера FDS была заложена новая версия аварийной программы BML (Back-up Mission Load), позволяющая аппарату провести съемку Урана и его спутников и доложить результаты на Землю в случае полного отказа командной радиолинии. Аппарат должен был активировать ее по факту отсутствия новых команд с Земли в течение четырех недель.
    Уран, новая цель 'Вояджера', был первой планетой, открытой в эпоху телескопов. Его обнаружил в 1781 г. британский астроном сэр Уилльям Гершель, но за прошедшие 200 лет узнать о седьмом спутнике Солнца удалось немного. Зеленовато-голубая планета из группы газовых гигантов имела период обращения 84.014 года при среднем расстоянии от Солнца 19.18 а.е. (2870 млн км). Удивительным оказалось положение оси вращения Урана - она почти лежала в плоскости ее орбиты, будучи отклоненной на 98њ от 'вертикального' направления, и во время предстоящего сближения 'Вояджера' с планетой должна была смотреть почти точно на Солнце. Период вращения не был достоверно установлен: кривая блеска давала 10 час 50.4 мин, допплеровские измерения - что-то близкое к 24 часам, а самые последние наблюдения дали третий вариант - 16-17 часов. Для планирования пролета был принят период 15.57 час.
    Радиус Урана оценивался разными авторами в 25400-26200 км (4.0-4.1 земного). Благодаря наличию спутников масса была известна точнее - 14.54 земных. Средняя плотность получалась в диапазоне 1.19-1.27 г/см³, что заставляло предположить в составе планеты значительную долю аммиака и метана наряду с водородом и гелием. Водород и метан уверенно определялись спектроскопическими методами. В отличие от Юпитера, Сатурна и даже Нептуна, собственное излучение Урана было слабее, чем приток энергии от Солнца.

Выписка из программы работы КА за 6 сентября - 17 октября 1983 г.

"ВОЯДЖЕР-2": УРАН

    Уилльям Хаббард (William В. Hubbard) и Дж. МакФарлейн (J.J.MacFarlane) в 1980 г. предложили такую модель внутреннего строения Урана: железосиликатное ядро размером примерно с Землю, в котором сконцентрировано 24% массы планеты, ледяная и жидкая мантия из воды, метана и аммиака глубиной около 10500 км (65% массы) и плотная атмосфера толщиной порядка 7600 км (11%, преимущественно из молекулярного водорода и гелия).
    О наличии магнитного поля и магнитосферы в 1981 г. еще ничего не было известно, но спутник IUE зафиксировал на Уране свечение водорода, которое связывали с полярными сияниями.
    Два самых далеких и крупных спутника Урана - Титания и Оберон - были замечены Гершелем в 1787 г. Две луны поменьше и поближе - Ариэль и Умбриэль - нашел Уилльям Лассел в 1851 г. Еще более миниатюрная Миранда обязана своим открытием в 1948 г. Герарду Койперу. Всем им были даны имена героев пьес Шекспира (Г. Стейгманн (G.A.Steigmann) в 1978 г. предположил существование шестого спутника, малютки диаметром всего 30 км, на орбите радиусом 105221 км, но эта гипотеза не нашла подтверждения).
    10 марта 1977 г. Джеймс Эллиотт (James L. Elliott) с коллегами вылетели из Перта на борту самолетной обсерватории имени Койпера, чтобы на высоте 12 300 м над Индийским океаном в 2000 км юго-западнее Австралии пронаблюдать с помощью ИК-телескопа покрытие Ураном звезды 9-й величины в созвездии Весов с обозначением SAO 158687. К удивлению ученых, на кривой блеска звезды было пять отчетливых провалов до начала покрытия и пять симметричных им - после. Это могло означать только одно: Уран имеет кольца, как и Сатурн, но узкие и очень темные - настолько, что с Земли они не видны. Внешнее, самое заметное кольцо имело в ширину 50-60 км, а внутренние и того уже - вплоть до 0.5 км. На фоне великолепного 'ожерелья' Сатурна они выглядели очень бледно... если, конечно, так можно говорить об объектах, которые удалось впервые увидеть лишь семью годами позже.
    Кольца занумеровали греческими буквами от α до ε, но позднее более точная обработка данных выявила шестое кольцо между вторым и третьим. Переименовывать их не стали, и кольцо η 'незаконно' прописалось между β и γ. Другая группа астрономов при наблюдении покрытия 10 апреля 1978 г. увидела уже девять колец; три из них оказались круглыми, а остальные были слегка эксцентричны. Трем внутренним кольцам были даны числовые обозначения: 6, 5 и 4. Почему не буквенные, тем более что они предлагались? Потому что так они были занумерованы в первой публикации. Астрономы чтут право первооткрывателей...
    Объем знаний о системе Урана ровно через 200 лет после открытия планеты был очень наглядно описан руководителем фотографической группы проекта Voyager Брэдфордом Смитом (Bradford A. Smith). На пресс-конференции после пролета Сатурна он заявил буквально следующее: 'Теперь мы летим вслепую. Мы не знаем даже, какие вопросы можно задать нашим камерам. И не уверены в том, какие фильтры использовать'. Правда, научный руководитель проекта Эдвард Стоун (Edward С. Stone) видел в этом не проблему, а возможность: 'Мы определенно сможем увидеть новые явления, которые невозможно наблюдать с Земли'.
    Научное сообщество проекта Voyager надеялось, что на часть вопросов об Уране успеет ответить Космический телескоп имени Хаббла, запуск которого на шаттле ожидался тогда в январе 1985 г. По первым наблюдениям орбитальной обсерватории предполагалось откорректировать программу наблюдений в системе Урана. В действительности 'Хаббл' не помог 'Вояджеру' исследовать ни Уран, ни даже Нептун - он был выведен на орбиту лишь в апреле 1990 г. Поэтому существенные данные для подготовки программы изучения Урана удалось получить лишь наземными средствами.
    Так, 23 июня 1982 г. были анонсированы данные наблюдений спутников планеты на ИК-телескопе IRTF на горе Мауна-Кеа на Гавайях, выполненных по гранту NASA. Проведя фотометрию и радиометрические измерения в ИК-диапазоне, Хэмилтон Браун (R. Hamilton Brown), Дейл Круйкшенк (Dale Р. Cruikshank) и Дэвид Моррисон (David Morrison) определили с погрешностью не более 5%, что диаметр Оберона достигает 1690 км, при том что предыдущая оценка составляла лишь 900 км. Титания получилась немного меньше - 1590 км вместо 1000 км. Диаметр Ариэля исчислили в 1410 км, а Умбриэля - в 1160 км, чуть ли не вдвое увеличив предыдущие оценки. О сложности измерений с дистанции в почти 3 млрд км наглядно говорил такой факт: к моменту официальной публикации 2 декабря в Nature авторы пересмотрели уже объявленные данные - почти 'уравняли' в размерах Оберон и Титанию (1630 и 1600 км) и сделали 'усушку' двум остальным спутникам до 1330 и 1110 км. Надежно определить размер Миранды не удалось вообще.
    Стоит заметить, что прежние оценки делались исходя из видимой звездной величины в предположении об определенном альбедо вещества поверхности спутников. Теперь были получены независимые данные о размерах и соответственно пересчитана отражательная способность. Она оказалась весьма низкой: Умбриэль, Титания и Оберон были сходны со спутником Юпитера Каллисто, а Ариэль яркостью и цветом походил на Гиперион, самый темный в системе Сатурна. Природа того агента, который затемнил ледяные поверхности лун Урана, оставалась загадкой.
    В апреле 1984 г. Ричард Террайл (Richard J.Terrile) и Брэдфорд Смит (Bradford A. Smith) впервые смогли сфотографировать кольца Урана. Добиться этого удалось, так как наблюдения проводились на высокогорной обсерватории Лас-Кампаньяс в Чили, а изображения регистрировались на ПЗС-матрицу с последующей компьютерной обработкой. Кольца оказались чернее угля: они отражали всего 2% солнечного света. В октябрьской публикации исследователи предположили, что ответственность за это несет 'темное органическое вещество, распространенное во внешней части Солнечной системы'. Как вариант они были готовы рассматривать налет из замерзшего метана.
    С учетом всех доступных данных на специальной конференции в феврале 1984 г. ученые скомпоновали программу изучения системы Урана из четырех основных разделов (планета и ее атмосфера, спутники, кольца, магнитосферу, космическая среда), сформулировали 30 основных целей исследований и взялись вместе с инженерами за превращение всех этих 'хотелок' в расписанную поминутно программу наблюдений. Помимо выполнения очевидных ограничений на токопотребление и скорость передачи данных, они должны были использовать только медленные развороты сканирующей платформы.
    Как мы помним, ее азимутальный привод застрял во время съемки Сатурна на отлете. Моделирование на Земле и осторожное тестирование на борту выявило проблему со смазкой механизма привода, решением которой оказалось изменение теплового режима вместе с ограничением на угловую скорость разворотов. Режим максимальной скорости (1њ в секунду) просто запретили, а среднюю скорость (0.33 њ/с) разрешалось задействовать лишь при самой крайней необходимости. А она была: Voyager 2 подходил к Урану со стороны его условно южного полюса, почти перпендикулярно к плоскости колец, и оптимальные условия для съемки всех объектов наступали практически одновременно, на протяжении каких-то пяти часов. С учетом всех обстоятельств пришлось все-таки ввести в программу восемь разворотов самого КА, заменив ими повороты платформы на большие углы.
    Конкретная программа работы механизмов и приборов КА должна была храниться в свободных словах памяти компьютерной командной подсистемы CCS (Computer Command Subsystem) - суммарно их было около 2500 в двух запоминающих устройствах емкостью по 4096 слов. Пожелания ученых материализовались примерно в 18000 слов кода, которые пришлось поделить на девять последовательных программ на четырех временных этапах сближения и пролета. Они включали получение примерно 7000 снимков, в том числе около 500 непосредственно на этапе пролета. Основные съемки вблизи момента встречи с Ураном были скомпонованы в восьмичасовой 'подвижный блок', время начала которого можно было смещать с шагом 48 секунд с учетом реальной баллистической ситуации. В свою очередь, время начала радиозондирования атмосферы планеты выбиралось отдельно уже в пределах 'подвижного блока' с точностью до секунды.
    Резервные программы готовились на случай отказа CCS или одного из каналов компьютера подсистемы летных данных FDS (Flight Data System), ответственного за сбор и форматирование данных научных приборов. Кроме того, если бы азимутальный привод сканирующей платформы заклинило вновь в ходе 'генеральной репетиции', пришлось бы использовать резервную программу съемки с разворотами самого КА.
    А тем временем Voyager 2 взял за опорную звезду Канопус и продвигался к Урану. Текущие программы его работы, каждая на несколько недель, готовились на Земле и загружались на борт для исполнения в оперативном режиме. Загрузка программы занимала около 90 минут, не включая время ожидания 'квитанции' борта об ее приеме.
    Например, программа В602 действовала с 26 октября по 23 ноября 1981 г. и предусматривала 'малый научный маневр' 29 октября и калибровку УФ-спектрометра UVS и фотополяриметра PPS 2-5 ноября. Маневр Mini-CRSMVR (Mini Cruise Science Maneuver) включал два последовательных разворота КА - сначала на 1440њ по рысканью, затем на 1440њ по крену, то есть по четыре кувырка в каждом направлении. Записанные научные данные были переданы на Землю на следующие сутки. При калибровке опорными звездами были Вега и Канопус, а сканирующая платформа последовательно наводила приборы на Вегу, Сириус, Регул и звезду δ Скорпиона.
    Следует отметить, что астрономические наблюдения с использованием UVS велись регулярно в течение всех 4.5 лет полета к Урану. За это время были открыты два новых белых карлика, наблюдались катаклизмические переменные и цефеиды, изучалось распределение звезд по энергиям в диапазоне от 91.2 нм до видимого спектра.
    В 1982 г. активность аппарата была минимальна. Voyager 2 выполнял программы с В602 по В607. 13 апреля был проведен 'большой научный маневр' CRSMVR - 10 оборотов по рысканью и 25 по крену, а 20 октября - еще один 'малый'. (Разница между ними состояла в основном в объеме записанных данных: большой занимал ленту записывающего устройства почти полностью, а малый - лишь на 40%.) Кроме того, 20 сентября проводилась пробная съемка Урана и Нептуна узкоугольной телекамерой в составе съемочной системы ISS.
    29 апреля состоялся тест механизма фильтров фотополяриметра в ходе наблюдений δ Скорпиона. Ученые надеялись, что воздействие энергичных электронов за время полета могло улучшить его поведение, однако проба показала, что доступным остался все тот же неполный набор фильтров.
    6-7 декабря в память компьютера подсистемы летных данных FDS (канал В) был загружен и 8 декабря испытывался алгоритм кодирования данных Рида-Соломона.

Расчетная траектория пролета КА Voyager 2 в системе Урана

"ВОЯДЖЕР-2": УРАН

    Год 1983-й начался с тестирования гироскопов 20-21 января, дополненного калибровкой фотополяриметра по α Лиры и УФ-спектрометра по σ Стрельца, с возвращением в штатную ориентацию по Канопусу. 6-16 июня после временной переориентации КА на Фомальгаут проводилась калибровка спектрометров по ε Персея, а вот еще одна серия калибровочных снимков 19 октября не получилась. 12 мая и 9 ноября были выполнены малые научные маневры, а 7 июля - калибровка магнитометра (четыре оборота КА по крену). В сентябре также проводился тест приводов сканирующей платформы при малой скважности управляющих импульсов - это был вновь разработанный метод контроля их фактического состояния. Все перечисленные операции содержались в рабочих программах от В607 до В612.
    В 1984 г. разворотов для калибровки магнитометра было проведено два, 20 января и 24 июля, причем в первом случае было сделано четыре полных оборота, а во втором шесть. Дважды проводился и малый научный маневр - 24 мая и 20 ноября; после первого из них считать записанную информацию удалось лишь 10 июля, со второй попытки. 11-12 апреля проводилась съемка Урана, а 20 ноября отрабатывался алгоритм конического сканирования фотополяриметром.
    В осенней программе В615 было два важных события. Первое: 13 ноября была проведена первая за три года коррекция ТСМ-В12 (предыдущая, с номером В11, была отменена ввиду малого отклонения траектории от расчетной). Второе: 1 и 2 октября в память бортового компьютера FDS-В загрузили версию программы 1708, обеспечивающую сжатие изображений, а в память FDS-A - программу 1808 с кодированием данных по Риду-Соломону. За 5 октября набрали необходимые данные, и 8-10 октября выполнили четыре сброса информации на Землю. По окончании эксперимента 12 октября прежнее состояние памяти было восстановлено.

"ВОЯДЖЕР-2": Обеспечение передачи информации от Урана

Мероприятия, имеющие целью прием информации с 'Вояджеров' от Сатурна, не были достаточны для полноценной работы с КА Voyager 2 в системе Урана на вдвое большем расстоянии и при вчетверо меньшей мощности принимаемого сигнала.     Камера ISS, самый 'прожорливый' научный прибор 'Вояджера', выдавала изображение в 800 линий по 800 точек с 256 градациями (8 бит) яркости - в современных терминах это соответствовало 5 Мбит. Оно вполне умещалось в канал 115200 бит/с при передаче в реальном масштабе времени по 48 секунд на кадр, оставляя некоторое место для информации с остальных инструментов. При пролете Сатурна пропускная способность радиолинии уменьшилась до 44800 бит/с, и пришлось снизить скорость формирования изображения втрое - до 144 секунд на кадр. (Эта возможность была ранее продемонстрирована при съемке Меркурия камерой 'Маринера-10'.) Для Урана при ожидаемой скорости 21600 бит/с (или в лучшем случае 29860 бит/с) эта технология уже не была достаточной, но были предложены две новые.     Во-первых, было решено 'сжимать' изображения. Если передавать не полный 8-битный код яркости элемента, а лишь разность уровней соседних точек в пределах строки, то объем данных типового снимка, содержащего 'пустой' космос или низкоконтрастные облачные структуры, уменьшался на 60-70% без потери информации. Во-вторых, использовавшееся до сих пор конволюционное кодирование данных по Голею требовало передачи двух битов на каждый информационный при весьма жестких требованиях к соотношению сигнал/шум. Перед пролетом Урана было впервые задействовано имеющееся на борту устройство 'внешнего' блочного кодирования Рида-Соломона (с одним контрольным битом на пять информационных). Благодаря этому необходимое соотношение сигнал/шум удалось снизить до 2.4 дБ и одновременно уменьшить частоту ошибок с 5*10-3 до 10-6.     Проблема состояла в том, что алгоритмы, обеспечивающие оба этих решения, не удавалось вписать в 8192 слова памяти каждого из двух каналов компьютера FDS. Пришлось пойти на распараллеливание их функций: основной канал FDS-А специализировался на кодировании Рида-Соломона, а дублирующий FDS-B - на сжатии изображений. В случае отказа основного канала во время выполнения этой программы дело могло кончиться не только потерей ценной информации, но и гибелью аппарата.     На комплексе Сети дальней связи DSN в Канберре, где условия видимости во время максимального сближения с Ураном были наилучшими, организовали совместную обработку сигналов, приходящих на основную 64-метровую антенну DSS-43 и две дополнительные 34-метровые, в том числе одну новую 'высокоэффективную' антенну DSS-45, и за счет этого общее увеличение коэффициента усиления составило 1.2 дБ. Кроме того, было осуществлено сопряжение по радиолинии с 64-метровым радиотелескопом в Парксе, в 320 км от основного комплекса, который также работал на прием. Аналогичным образом в Голдстоуне были объединены 64-метровая антенна DSS-14 и две 'тридцатьчетверки' - старая DSS-12 и новая DSS-15.     Еще одной нетривиальной проблемой была неточность прогноза положения Урана (а также Нептуна и его главного спутника Тритона). Модели движения этих тел, составленные на основе телескопических наблюдений с Земли, имели ошибки порядка 5000, 10000 и 6700 км, хотя для Сатурна они не превышали 800 км, а для Юпитера - 400 км. Предпринятые усилия по уточнению эфемерид за счет расширения базы наблюдений и использования подходящих методик динамического моделирования не были достаточны, так что Voyager 2 в значительно большей мере, чем при встрече с Юпитером и Сатурном, должен был полагаться на данные оптической навигации.

"ВОЯДЖЕР-2": Обеспечение передачи информации от Урана

    В 1985-м темп жизни резко ускорился. Было сделано два малых научных маневра, 30 мая и 26 ноября, и четыре калибровки магнитометра. Правда, первая попытка 5 февраля не удалась (не была выдана разрешающая команда), но развороты 2 мая, 19 июня, 19 августа и 18 сентября были успешны. Три последних совместили с подготовкой экспериментов по радиопросвечиванию: уточнялась информация о направлении оси остронаправленной антенны HGA.
    Но главные усилия были направлены, конечно же, на подготовку к встрече с Ураном. 30 марта и 1 апреля была произведена загрузка программ 1709 и 1808 в память компьютеров FDS-B и FDS-A соответственно, и со 2 апреля Voyager 2 начал постоянную работу в недублированном режиме.
    2-10 января в рамках программы В616 выполнялись тесты сканирующей платформы со съемкой Урана и Нептуна. Ожидаемое разрешение узкоугольной камеры ISS уже сравнялось с лучшими показателями земных обсерваторий, но Уран все еще выглядел как однородный туманный серый диск размером в несколько пикселов. 4 апреля прошли калибровочные съемки звезд широкоугольным объективом ISS, а 6-10 мая на α Павлина отрабатывалось построение 'мозаичных' изображений. Фотополяриметр PPS 28 января калибровали по звездам, выбранным для просвечивания колец Урана, а с 26 февраля по 18 марта многократно отрабатывали коническое сканирование.
    Добавим, что до калибровки УФ-спектрометра очередь дошла лишь 24 сентября. Долго мучились с ИК-радиометром и интерферометром IRIS и колдовали с его нагревателями. В самом конце года при проверке он выдал ненормальные данные, но после дополнительных тестов 13 января прибор признали годным к работе. Вслед за IRIS взбрыкнул 4 января фотополяриметр: не переключился по команде на заданный размер поля зрения. Принятыми мерами прибор также был приведен 'к послушанию'.
    Низкая освещенность объектов системы Урана диктовала увеличение экспозиции при съемке с риском смазывания изображения. Чтобы повысить стабильность КА и его камеры, предусмотрели компенсацию возмущающих моментов (например, ввели импульс двигателем одновременно с включением привода записывающего устройства) и снизили вдвое штатную продолжительность включений двигателей в процессе поддержания ориентации в заданных пределах. Последнее решение в марте 1985 г. с успехом опробовали на 'Вояджере-1', но лишь 31 июля реализовывали на 'Вояджере-2'. В итоге была достигнута стабильность ориентации на уровне 0.5' в секунду.
    7 июня 1985 г. с дистанции 302 млн км были сделаны первые навигационные снимки системы Урана, а 13 июня эти изображения поступили на Землю. 15 июля из трех новых кадров с цветными светофильтрами было синтезировано и 12 сентября опубликовано первое цветное изображение Урана.

Кольца Урана и спутники-пастухи Корделия (внизу) и Офелия (вверху). Снимок сделан 21 января 1986 г. с расстояния 4.1 млн км, разрешение - 36 км.

"ВОЯДЖЕР-2": УРАН

    Уран все еще выглядел как ровный голубой шарик, были видны четыре больших спутника, а Миранда оказалась слишком тусклой. Между тем она была основной целью 'Вояджера' - планировался пролет на дистанции 29 000 км при относительной скорости около 20 км/с. Чтобы 'поймать' Миранду в кадр и качественно отснять, нужно было знать ее положение с ошибкой не более 100 км. Только наземными средствами, без съемки Урана и его спутников на подлете с определением их координат на фоне звезд, получить такую точность было немыслимо.
    Далее, для компенсации смаза за время длительной экспозиции были предусмотрены развороты КА с нужной угловой скоростью под управлением гироскопов. Поскольку необходимая навигационная информация ожидалась всего за двое суток до пролета или даже позже, впервые были предусмотрены оперативно загружаемые дополнения LSU (Late Stored Update) к рабочей программе. Именно в них содержалась информация о направлении и скорости вращения КА для компенсации смаза изображения при съемке Миранды, Ариэля, Титании, а также точная временная привязка разворотов КА при радиозаходе за Уран. План предусматривал загрузку LSU за 30 часов до пролета. 9-11 сентября процедура их расчета и подготовки была с успехом 'проиграна' на Земле.
    24-25 октября на расстоянии 117 млн км от Урана в рамках программы В624 была проведена генеральная репетиция пролета планеты. В 'боевом' режиме работали центр управления в Пасадене и приемная станция в Австралии, a Voyager 2 выполнил запланированный разворот на 115њ и реализовывал восемь часов пролетной программы - два до сближения с 'виртуальным' Ураном и шесть после. 28 и 30 октября результаты были получены на Земле. Сканирующая платформа работала без замечаний, а вот подготовка дополнений LSU прошла не совсем удачно: они были приняты на борту всего за 10 минут до расчетного времени использования. Процедуру подготовки пришлось отрепетировать еще раз 9 ноября.


    В первых числах ноября 1985 г. на борт была загружена первая 'урановская' программа В701, и 4 ноября в 12:42 UTC по бортовому времени (время распространения сигнала от КА до Земли в период встречи с Ураном изменялось от 2 час 40 мин до 2 час 45 мин, здесь и далее приводится бортовое время, если не оговорено иначе) на расстоянии 103.5 млн км от Урана с построения ориентации КА по звезде Алькаид (η Большой Медведицы) началось ее исполнение.
    Режим обсервации был запланирован до 10 января и имел своей основной научной задачей изучение динамики атмосферы Урана - то есть съемку системой ISS 'мультфильмов' движения облачности планеты. Каждый из семи циклов продолжался около 38 часов - немного больше двух периодов обращения Урана - с частотой съемки 12 кадров в час. Еще до первого из них начал работать УФ-спектрометр с задачей поиска водородной короны планеты в линии 121.6 нм, однако ее удалось заметить лишь 18-19 декабря. Камера приступила к съемкам 6 ноября, а с 8 ноября проводились также фотополяриметрические наблюдения атмосферы Урана. Проводилась калибровка приборов, регистрирующих поля и частицы, а также блока автоматической регулировки усиления радиокомплекса, антенны и солнечного датчика.
    Навигационная съемка 7 ноября принесла приятный сюрприз: на кадре с 15-секундной экспозицией было замечено самое широкое кольцо ε. На снимках за 28 ноября с дистанции 72.3 млн км оно было видно уже в деталях: с одной стороны от планеты пошире, с другой - поуже. Уран при разрешении 1400 км все еще не давал никаких деталей.
    Аппаратура PRA для регистрации излучения в радиодиапазоне ничего не 'слышала' ни в ноябре, ни в декабре, ни в первой половине января. Для сравнения: радиоизлучение Земли стихло только после орбиты Марса, а радиошум Юпитера начался в день запуска и с тех пор не прекращался! Так что же - у Урана нет магнитного поля? 3 декабря д-р Майкл Кайзер (Michael L. Kaiser) из Центра космических полетов имени Годдарда провидчески заметил: 'Немного нужно, чтобы сформировать магнитосферу, которая будет создавать шум на том расстоянии, которое отделяет нас от Урана. Поэтому мы полагаем: или нам встретилась планета без магнитного поля, или оно настолько странное, что мы просто не знаем, что искать'.
    С 30 ноября по 20 декабря планета и Voyager 2 проходили за Солнцем, и нормальная двусторонняя связь с аппаратом была невозможна. Тем не менее на 'Вояджере' активно работали передатчики обоих диапазонов - они использовались для радиопросвечивания короны Солнца и для экспериментов по теории относительности, предсказывающей отклонение и замедление радиолуча при прохождении на малом угловом расстоянии от светила. В период с 29 ноября по 22 декабря в когерентном режиме проводились высокоточные измерения времени прохождения радиосигнала до КА и обратно. Максимальная релятивистская задержка сигнала составила 230 мкс, что соответствовало 'виртуальному' смещению КА на 35 км. После обработки информации ученые заключили, что так называемый постньютоновский параметр γ равен 1 с погрешностью не более 3%.
    Окончательная версия программы наблюдений при пролете была утверждена 13 декабря. Однако к 20 декабря на основании траекторных измерений и снимков ISS навигационная группа пришла к выводу, что масса Урана на 0.3% больше, чем закладывалось в расчеты. Пришлось сместить точку прицеливания на 340 км от планеты, чтобы обеспечить желаемую выходную траекторию в сторону Нептуна.
    С учетом принятого решения 23 декабря в 17:16 UTC была проведена коррекция TCM-B13. Двигатели КА были включены на 14.5 мин и израсходовали около 1 кг топлива, приращение скорости КА составило 2.1 м/с. Время прибытия не корректировалось, так как лежало глубоко в пределах допуска: начало 'подвижного блока' пролетной программы можно было сдвигать в пределах +12 мин относительно номинального значения 18:00. Новый баллистический прогноз говорил, что встреча с Мирандой состоится на 92 сек раньше.
    В последующие дни отклонение траектории полета 'Вояджера' от расчетной, как по точке прицеливания, так и по времени пролета, оставалось настолько незначительным, что запланированная на 19 января в 02:26 вторая подлетная коррекция не потребовалась. Такое произошло впервые за девять лет экспедиции двух 'Вояджеров'. К 7 января момент наибольшего сближения с Ураном можно было предсказать уже с погрешностью не более 70 секунд а вот положение КА относительно Миранды просчитывалось лишь с допуском в 500-600 км.
    27 декабря на снимках Урана, особенно с фиолетовым фильтром, впервые стали выделяться широтные зоны: темно-бурая у полюса и светлая у экватора. Тогда же в поле зрения камеры ISS попал неизвестный ранее спутник Урана. Стивен Синнотт (Stephen Р. Synnott) смог подтвердить его существование 31 декабря, когда до планеты оставалось 31 млн км; объявили об открытии 8 января. Объект, получивший временное обозначение 1985 U1 (расшифровка: первый спутник Урана, открытый в 1985 г.), обращался на расстоянии 86000 км от центра планеты - внутри орбиты Миранды, но выше колец, - имея период 18 час 17 мин 09 сек. Сейчас этот спутник имеет номер XV и носит название Пак.

"ВОЯДЖЕР-2": УРАН

    16 января команда Синнотта объявила об открытии в ходе январских съемок еще шести новых спутников. Наиболее крупные объекты 1986 U1 и U2 были обнаружены на снимках, полученных 3 января, U3 - 9 января, a U4, U5 и U6 - 13 января. Не будем утомлять читателя тогдашней информацией об их размерах и орбитах; скажем лишь, что в современном списке спутников Урана этим временным обозначениям соответствуют спутники XII Порция, XI Джульетта, IX Крессида, XIII Розалинда, XIV Белинда и X Дездемона.

"ВОЯДЖЕР-2": УРАН

    Вероятно, научная группа 'Вояджера' не ожидала столь раннего и обильного 'урожая', ведь поиск спутников был основным содержанием предпролетного этапа, известного также как дальнее сближение FE (Far Encounter). Границей этапов стал момент, когда Уран с его кольцами перестал полностью умещаться в кадре телеобъектива видеосистемы ISS.
    В ходе дальнего сближения выполнялись две рабочие программы - В721 с 10 до 18 января и В723 (номер В722 был пропущен) с 18 до 22 января. В этот период камера ISS продолжала съемку спутников и колец, а ИК-спектрометр IRIS измерял 14 января тепловое излучение Урана.
    Voyager 2 внезапно решил 'взбрыкнуть' 18 января, за шесть суток до встречи с планетой: на многих снимках телесистемы ISS появились светлые и темные полосы. Наземные средства работали нормально - следовательно, проблема возникла на борту. Весь день 19 января готовилась посылка команд для считывания устройства памяти FDS-B, которую считали источником проблемы. Вечером их адресовали 'Вояджеру', и через 5.5 часов, около полуночи по времени Пасадены (08:00 UTC), содержимое памяти было в руках инженеров. Да, один бит, который должен был содержать 0, оказался в состоянии 1!
    20 января одна группа специалистов готовила исправленный вариант программы, в котором соответствующее слово памяти не использовалось, а вторая проверяла, можно ли изменить значение злосчастного бита, или он 'залип' навсегда. Выяснилось, что бит запорчен; в тот же день новый вариант программы был загружен на борт, и полосы на снимках исчезли.
    Кстати, на снимках 20 января стали появляться отдельные детали поверхности Оберона, Титании и Ариэля. В этот же день Ричард Террайл нашел два спутника-пастуха по обе стороны от кольца ε - U7 и U8. В сегодняшнем каталоге они числятся под именами VI Корделия и VII Офелия.

Фамильный портрет пяти крупнейших спутников Урана. Миранда, Ариэль, Умбриэль, Титания и Оберон 20 января 1986 г, с расстояния от 5 до 6,1 млн. км. Спутники показаны в сравнении с их размерами.

"ВОЯДЖЕР-2": УРАН

    В рамках первоначального плана утром 20 января провели тест приводов сканирующей платформы и убедились, что они находятся в хорошем состоянии и позволяют выполнить штатную пролетную программу. 21-го погрешность прогноза положения Миранды снизилась до 200 км, и стало ясно, что требуемая точность будет достигнута. Реальная же ошибка не превысила 50 км!