Пионер 11

Пионер 11

Художественное представление « Пионера-11» на пути в межзвездное пространство.
Тип миссии	Планетарные / Гелиосферные исследования
Оператор	НАСА / Эймс
ИДЕНТИФИКАТОР КОСПАР	1973-019А
Номер SATCAT	6421
Веб-сайт	наука.nasa.gov
Продолжительность миссии	22 года, 7 месяцев и 19 дней
Свойства космического корабля
Производитель	ТРВ
Стартовая масса	258,5 кг [1]
Власть	155 Вт (на старте)
Начало миссии
Дата запуска	6 апреля 1973 г., 02:11:00  UTC [1] ( 1973-04-06UTC02:11Z )
Ракета	Atlas SLV-3D Кентавр-D1A Звезда-37E
Стартовая площадка	Мыс Канаверал LC-36B
Конец миссии
Утилизация	Выведен из эксплуатации
Последний контакт	24 ноября 1995 г. ( 1995-11-25 )
Пролет Юпитера
Ближайший подход	3 декабря 1974 г.
Расстояние	43 000 километров (27 000 миль)
Пролет Сатурна
Ближайший подход	1 сентября 1979 г.
Расстояние	21 000 километров (13 000 миль)
Пионерская программа

Pioneer 11 (также известный как Pioneer G ) —роботизированный космический зонд NASA , запущенный 5 апреля 1973 года для изучения пояса астероидов , окружающей среды вокруг Юпитера и Сатурна , солнечного ветра и космических лучей . ^[2] Это был первый зонд, встретившийся с Сатурном , второй, пролетевший через пояс астероидов , и второй, пролетевший мимо Юпитера . Позже Pioneer 11 стал вторым из пяти искусственных объектов, достигших скорости убегания, позволяющей ему покинуть Солнечную систему . Из-за ограничений по мощности и огромного расстояния до зонда последний плановый контакт с космическим кораблём состоялся 30 сентября 1995 года, а последние хорошие технические данные были получены 24 ноября 1995 года. ^[3]

Одобренные в феврале 1969 года, Pioneer 11 и его зонд-близнец Pioneer 10 были первыми, разработанными для исследования внешней Солнечной системы . Поддавшись многочисленным предложениям в течение 1960-х годов, ранние цели миссии были определены следующим образом:

• Исследуйте межпланетную среду за орбитой Марса
• Исследовать природу пояса астероидов с научной точки зрения и оценить возможную опасность пояса для миссий к внешним планетам.
• Исследуйте окружающую среду Юпитера .

Последующее планирование встречи с Сатурном добавило еще много целей:

• Составьте карту магнитного поля Сатурна и определите его интенсивность, направление и структуру.
• Определите, сколько электронов и протонов различных энергий распределено вдоль траектории движения космического корабля через систему Сатурна.
• Составьте карту взаимодействия системы Сатурна с солнечным ветром .
• Измерьте температуру атмосферы Сатурна и Титана, крупнейшего спутника Сатурна.
• Определите структуру верхних слоев атмосферы Сатурна, где молекулы, как ожидается, будут иметь электрический заряд и образовывать ионосферу.
• Составьте карту тепловой структуры атмосферы Сатурна с помощью инфракрасных наблюдений в сочетании с данными радиозатмения .
• Получите двухцветные изображения системы Сатурна, полученные с помощью спин-сканирования, во время последовательности сближения и поляриметрических измерений планеты.
• Исследуйте систему колец и атмосферу Сатурна с помощью радиозатмения в S-диапазоне.
• Более точно определить массы Сатурна и его крупных спутников путем точных наблюдений за влиянием их гравитационных полей на движение космического корабля.
• В качестве предшественника миссии Mariner Jupiter/Saturn необходимо проверить окружающую среду плоскости колец, чтобы выяснить, где ее может безопасно пересечь космический корабль Mariner без серьезных повреждений. ^[2]

Pioneer 11 был построен компанией TRW и управлялся в рамках программы Pioneer Исследовательским центром Эймса NASA . ^[3] Резервный модуль, Pioneer H , в настоящее время экспонируется на выставке «Вехи полета» в Национальном музее авиации и космонавтики в Вашингтоне, округ Колумбия. ^[4] Многие элементы миссии оказались критически важными при планировании программы Voyager . ^[5]

• 
  Схема космических аппаратов «Пионер-10» и «Пионер-11»
• 
  Реконструированный полномасштабный макет космического корабля Pioneer 10/11 в Национальном музее авиации и космонавтики
• 
  Вид космического корабля сбоку
• 
  Пионер-11 во время установки защитного кожуха

Автобус Pioneer 11 имеет глубину 36 сантиметров (14 дюймов) и состоит из шести панелей длиной 76 сантиметров (30 дюймов), образующих шестиугольную структуру. Автобус содержит топливо для управления ориентацией зонда и восемь из двенадцати научных приборов. Масса космического корабля составляет 259 килограммов. ^[6]

Ориентация космического корабля поддерживалась шестью 4,5- Н [ ^{7] двигателями} на гидразиновом монотопливе : пара один поддерживает постоянную скорость вращения 4,8 об/мин , пара два управляет прямой тягой, пара три управляет ориентацией. Информация для ориентации предоставляется путем выполнения конических сканирующих маневров для отслеживания Земли на ее орбите ^[8] , звездного датчика, способного ссылаться на Канопус , и двух солнечных датчиков ^[9] .

Космический зонд включает в себя резервную систему приемопередатчиков , один из которых прикреплен к антенне с высоким коэффициентом усиления , другой к всенаправленной антенне и антенне со средним коэффициентом усиления. Каждый приемопередатчик имеет мощность 8 Вт и передает данные по S-диапазону, используя 2110 МГц для восходящей линии связи с Земли и 2292 МГц для нисходящей линии связи на Землю с отслеживанием сигнала Deep Space Network . Перед передачей данных зонд использует сверточный кодер , чтобы обеспечить исправление ошибок в полученных данных на Земле. ^[10]

Pioneer 11 использует четыре радиоизотопных термоэлектрических генератора (РИТЭГ) SNAP-19 ( см. схему ). Они расположены на двух трехстержневых фермах, каждая длиной 3 метра (9 футов 10 дюймов) и на расстоянии 120 градусов друг от друга. Ожидалось, что это будет безопасное расстояние от чувствительных научных экспериментов, проводимых на борту. В совокупности РИТЭГи обеспечивали 155 Вт при запуске и снизились до 140 Вт при переходе к Юпитеру. Космическому кораблю требуется 100 Вт для питания всех систем. ^[11]

Большая часть вычислений для миссии была выполнена на Земле и передана на зонд, где он способен сохранять в памяти до пяти команд из 222 возможных записей наземных контроллеров. Космический корабль включает в себя два декодера команд и блок распределения команд, очень ограниченную форму процессора, для управления операциями на космическом корабле. Эта система требует, чтобы операторы миссии готовили команды задолго до передачи их на зонд. Включен блок хранения данных для записи до 6144 байт информации, собранной приборами. Затем цифровой блок телеметрии используется для подготовки собранных данных в одном из тринадцати возможных форматов перед передачей их обратно на Землю. ^[12]

Pioneer 11 имеет на один дополнительный прибор больше, чем Pioneer 10 , а именно феррозондовый магнитометр. ^[13]

Гелиевый векторный магнитометр ( HVM )
	Измеряет тонкую структуру межпланетного магнитного поля, картирует магнитное поле Юпитера и обеспечивает измерения магнитного поля для оценки взаимодействия солнечного ветра с Юпитером. [14] Главный исследователь: Эдвард Смит / JPL Данные: каталог данных PDS/PPI, архив данных NSSDC
Квадросферический плазменный анализатор
	Загляните в отверстие в большой тарельчатой ​​антенне, чтобы обнаружить частицы солнечного ветра, исходящие от Солнца. [15] Главный исследователь: Аарон Барнс / NASA Ames Research Center (архив сайта) [16] Данные: каталог данных PDS/PPI, архив данных NSSDC
Прибор для измерения заряженных частиц ( ИПЧ )
	Обнаруживает космические лучи в Солнечной системе. [17] Главный исследователь: Джон Симпсон / Чикагский университет [16] Данные: архив данных NSSDC
Телескоп космических лучей ( ЭЛТ )
	Собирает данные о составе частиц космических лучей и их энергетических диапазонах. [18] Главный исследователь: Фрэнк Б. Макдональд / NASA Goddard Space Flight Center [16] Данные: каталог данных PDS/PPI, архив данных NSSDC
Телескоп с трубкой Гейгера ( GTT )
	Изучает интенсивность, энергетический спектр и угловое распределение электронов и протонов вдоль траектории космического корабля через радиационные пояса Юпитера и Сатурна. [19] Главный исследователь: Джеймс А. Ван Аллен / Университет Айовы (веб-сайт) [16] Данные: Каталог данных PDS/PPI, Архив данных NSSDC, Архив данных NSSDC Jupiter
Детектор захваченного излучения ( TRD )
	Включает в себя несфокусированный черенковский счетчик , который обнаруживает свет, излучаемый в определенном направлении при прохождении через него частиц, регистрируя электроны с энергией от 0,5 до 12 МэВ , детектор рассеяния электронов для электронов с энергией от 100 до 400 кэВ и минимально ионизирующий детектор, состоящий из твердотельного диода, который измеряет минимально ионизирующие частицы (<3 МэВ) и протоны в диапазоне от 50 до 350 МэВ. [20] Главный исследователь: Р. Филлиус / Калифорнийский университет в Сан-Диего [16] Данные: почасовой архив данных NSSDC, архив данных NSSDC Saturn
Детекторы метеоритов
	Двенадцать панелей герметичных детекторов, установленных на задней стороне главной антенны, регистрируют проникающие удары небольших метеороидов. [21] Главный исследователь: Уильям Кинард / Исследовательский центр NASA Langley [16] Данные: список архива данных NSSDC
Детектор астероидов/метеоритов ( AMD )
	Детектор метеоритов и астероидов смотрит в космос с помощью четырех телескопов без изображений, чтобы отслеживать частицы, начиная от близких частиц пыли и заканчивая далекими крупными астероидами. [22] Главный исследователь: Роберт Соберман / General Electric Company [16] Данные: список архива данных NSSDC
Ультрафиолетовый фотометр
	Ультрафиолетовый свет используется для определения количества водорода и гелия в космосе, а также на Юпитере и Сатурне. [23] Главный исследователь: Даррелл Джадж / Университет Южной Калифорнии [16] Данные: каталог данных PDS/PPI, архив данных NSSDC
Фотополяриметр для визуализации ( IPP )
	Эксперимент по визуализации основан на вращении космического корабля, чтобы провести небольшой телескоп по планете узкими полосами шириной всего 0,03 градуса, рассматривая планету в красном и синем свете. Затем эти полосы обрабатываются для создания визуального изображения планеты. [24] Главный исследователь: Том Герелс / Университет Аризоны [16] Данные: список архива данных NSSDC
Инфракрасный радиометр
	Содержит информацию о температуре облаков и отдаче тепла Юпитером и Сатурном. [25] Главный исследователь: Эндрю Ингерсолл / Калифорнийский технологический институт [16]
Трехосный феррозондовый магнитометр
	Измеряет магнитные поля Юпитера и Сатурна. Этот инструмент не установлен на Pioneer 10. [ 26] Главный исследователь: Марио Акуна / NASA Goddard Space Flight Center Данные: список архива данных NSSDC

Зонд Pioneer 11 был запущен 6 апреля 1973 года в 02:11:00 UTC Национальным управлением по аэронавтике и исследованию космического пространства с космодрома 36A на мысе Канаверал , штат Флорида, на борту ракеты-носителя Atlas-Centaur с двигательным модулем Star-37E . Его близнец, зонд Pioneer 10 , был запущен 3 марта 1972 года.

Pioneer 11 был запущен по траектории, направленной непосредственно на Юпитер, без каких-либо предварительных гравитационных содействий. ^[27] В мае 1974 года Pioneer был перенацелен на пролет мимо Юпитера по траектории север-юг, что позволило совершить пролет Сатурна в 1979 году. Маневр использовал 17 фунтов (7,7 кг) топлива, продолжался 42 минуты и 36 секунд и увеличил скорость Pioneer 11 на 230 км/ч. ^[28] Он также сделал две коррекции на середине курса, 11 апреля 1973 года и 7 ноября 1974 года. ^[1]

• 
  Карта НАСА, показывающая траектории космических аппаратов «Пионер-10» , «Пионер-11» , «Вояджер-1» и «Вояджер-2» .
• 
  Анимация траектории полета Пионера-11 с 6 апреля 1973 года по 31 декабря 1980 года.
     Пионер 11   ·   Земля   ·   Юпитер  ·   Сатурн
• 
  Анимация траектории движения Пионера-11 вокруг Юпитера с 30 ноября 1974 года по 5 декабря 1974 года.
     Пионер 11  ·   Юпитер  ·   Ио  ·   Европа   ·   Ганимед   ·   Каллисто
• 
  Анимация полета Пионера-11 вокруг Сатурна
     Пионер 11  ·   Сатурн  ·   Эпиметей  ·   Янус  ·   Мимас  ·   Энцелад

Pioneer 11 пролетал мимо Юпитера в ноябре и декабре 1974 года. Во время своего наибольшего сближения 2 декабря он прошел на высоте 42 828 километров (26 612 миль) над верхними облачными вершинами. Зонд получил подробные изображения Большого Красного Пятна , передал первые изображения огромных полярных областей и определил массу спутника Юпитера Каллисто . Используя гравитационное притяжение Юпитера, гравитационный маневр был использован для изменения траектории зонда в сторону Сатурна и набора скорости. 16 апреля 1975 года, после встречи с Юпитером, детектор микрометеоритов был выключен. ^[1]

• 
  Встреча Пионера-11 с Юпитером
• 
  Приближение к Юпитеру
• 
  Большое Красное Пятно, сфотографированное Пионером-11
• 
  Большое Красное Пятно перед самым близким сближением
• 
  Полосы облаков вдоль края Юпитера
• 
  Начало полярной гравитационной помощи
• 
  Полярная область Юпитера от 1 079 000 км
• 
  Ио сфотографирован с расстояния 756 000 км

Медиа, связанные с встречей Пионера-11 с Юпитером на Wikimedia Commons

This section needs additional citations for verification. Please help improve this article by adding citations to reliable sources in this section. Unsourced material may be challenged and removed. (October 2024) (Learn how and when to remove this message)

Пионер-11 пролетел мимо Сатурна 1 сентября 1979 года на расстоянии 21 000 км (13 000 миль) от облачных вершин Сатурна. ^[29]

К этому времени Voyager 1 и Voyager 2 уже прошли мимо Юпитера и были на пути к Сатурну, поэтому было решено, что Pioneer 11 пройдет через плоскость колец Сатурна в том же месте, через которое Voyager 2 позже должен был пролететь, чтобы достичь Урана и Нептуна . Если в этой области были слабые кольцевые частицы, способные повредить зонд, планировщики миссии посчитали, что лучше узнать об этом через Pioneer. ^[29] Таким образом, Pioneer 11 действовал как «пионера» в истинном смысле этого слова; если бы была обнаружена опасность, то Voyager 2 мог бы быть перенаправлен дальше от колец, но при этом упустить возможность посетить ледяные гиганты .

Pioneer 11 сфотографировал — и едва не столкнулся — с одним из малых спутников Сатурна, пролетев на расстоянии не более 4000 километров (2500 миль). Объект был предварительно идентифицирован как Эпиметей , спутник, открытый накануне с помощью снимков Pioneer , и подозреваемый на основании более ранних наблюдений наземными телескопами. После пролётов Voyager стало известно, что на одной орбите находятся два спутника схожего размера (Эпиметей и Янус ), поэтому существует некоторая неопределённость относительно того, какой из них был объектом близкого пролёта Pioneer. Pioneer 11 столкнулся с Янусом 1 сентября 1979 года в 14:52  UTC на расстоянии 2500 км (1600 миль). В 16:20 UTC того же дня «Пионер-11» столкнулся с Мимасом на расстоянии 103 000 км (64 000 миль).

Помимо Эпиметея, приборы обнаружили еще одну ранее не обнаруженную маленькую луну и дополнительное кольцо, составили карту магнитосферы и магнитного поля Сатурна и обнаружили, что его луна размером с планету, Титан , слишком холодна для жизни. Пролетая под плоскостью колец, зонд передал фотографии колец Сатурна. Кольца, которые обычно кажутся яркими при наблюдении с Земли, на снимках Pioneer выглядели темными, а темные промежутки в кольцах, видимые с Земли, выглядели как яркие кольца.

• 
  Снимок Сатурна, сделанный аппаратом «Пионер-11» 26 августа 1979 г.
• 
  Снимок Сатурна, сделанный аппаратом «Пионер-11» 01.09.1979 г.
• 
  Снимок Сатурна, сделанный аппаратом «Пионер-11» 01.09.1979 г.
• 
  Уходящий снимок Сатурна, сделанный зондом «Пионер-11» 03.09.1979 г.
• 
  Изображение спутника Сатурна Титана, полученное с помощью аппарата «Пионер-11»

Медиа, связанные с встречей Пионера-11 с Сатурном на Wikimedia Commons

25 февраля 1990 года «Пионер-11» стал четвертым искусственным объектом, который вышел за пределы орбиты планет. ^[30]

К 1995 году Pioneer 11 больше не мог питать ни один из своих детекторов, поэтому было принято решение о его закрытии. ^[31] 29 сентября 1995 года Исследовательский центр Эймса NASA , ответственный за управление проектом, выпустил пресс-релиз, который начинался словами: «После почти 22 лет исследований самых дальних уголков Солнечной системы одна из самых продолжительных и продуктивных космических миссий в истории подойдет к концу». В нем говорилось, что NASA будет использовать свои антенны Deep Space Network для прослушивания «один или два раза в месяц» сигнала космического корабля, пока «в какой-то момент в конце 1996 года», «его передатчик полностью не замолчит». Администратор NASA Дэниел Голдин охарактеризовал Pioneer 11 как «маленький космический корабль, который мог, почтенный исследователь, который многому нас научил о Солнечной системе и, в конце концов, о нашем собственном врожденном стремлении к познанию. Pioneer 11 — это то, чем занимается NASA — исследование за пределами границ». ^[32] Помимо объявления о завершении операций, в депеше был представлен исторический список достижений миссии «Пионер-11» .

НАСА прекратило регулярный контакт с космическим аппаратом 30 сентября 1995 года, но продолжало поддерживать связь в течение примерно двух часов каждые две-четыре недели. ^[31] Ученые получили несколько минут хороших инженерных данных 24 ноября 1995 года, но затем потеряли окончательный контакт, как только Земля вышла из поля зрения антенны космического аппарата. ^{[1] [33]}

Из-за ограничений по мощности и большого расстояния до зонда последний плановый контакт с космическим аппаратом состоялся 30 сентября 1995 года, а последние качественные технические данные были получены 24 ноября 1995 года. ^{[3] [1]}

По оценкам , по состоянию на 24 июня 2024 года Pioneer 11 находился на расстоянии 113,121 а.е. (16,9227 млрд км; 10,5153 млрд миль) от Земли и 114,089 а.е. (17,0675 млрд км; 10,6052 млрд миль) от Солнца. Он двигался со скоростью 11,155 км/с (40 160 км/ч; 24 950 миль/ч) относительно Солнца и удалялся от него со скоростью около 2,35 а.е. в год. ^{[36] [37]} Космический аппарат направляется в направлении созвездия Щита вблизи текущего положения (июнь 2024 года) RA 18h 54m dec -8° 46' ( J2000.0 ), близко к Мессье 26 . Через 928 000 лет он пройдет на расстоянии 0,25 парсека (0,82 световых года ) от К-карлика TYC 992-192-1 ^[38] и пройдет вблизи звезды Лямбда Орла примерно через четыре миллиона лет. ^[39]

Pioneer 11 обогнали два зонда Voyager, запущенных в 1977 году. Voyager 1 стал самым далеким объектом, построенным людьми, и останется таковым в обозримом будущем, поскольку ни один зонд, запущенный после Voyager, не обладает достаточной скоростью, чтобы обогнать его. ^[40]

Анализ данных радиослежения с космических аппаратов Pioneer 10 и 11 на расстоянии от 20 до 70 а.е. от Солнца последовательно указывал на наличие небольшого, но аномального дрейфа частоты Доплера . Дрейф можно интерпретировать как следствие постоянного ускорения (8,74 ± 1,33) × 10 ⁻¹⁰ м/с ^{2 ,} направленного к Солнцу. Хотя предполагалось, что у эффекта есть систематическое происхождение , ничего обнаружено не было. В результате возник устойчивый интерес к природе этой так называемой « аномалии Pioneer ». ^[41] Расширенный анализ данных миссии, проведенный Славой Турышевым и его коллегами, определил, что источником аномалии является асимметричное тепловое излучение и возникающая в результате этого сила тепловой отдачи, действующая на поверхность Pioneer вдали от Солнца. ^{[42] [43]}

Pioneer 10 и 11 оба несут пластину из анодированного золота на случай, если какой-либо из космических кораблей будет когда-либо обнаружен разумными формами жизни из других планетных систем. На пластинах изображены обнаженные фигуры мужчины и женщины, а также несколько символов, которые предназначены для предоставления информации о происхождении космического корабля. ^[44]

В 1991 году Pioneer 11 был отмечен на одной из 10 марок Почтовой службы США, посвященных беспилотным космическим аппаратам, исследовавшим каждую из девяти планет и Луну. Pioneer 11 был космическим аппаратом, изображенным рядом с Юпитером. Плутон был указан как «еще не исследованный». ^[45]

• 
  Пионер-11 и кольца Сатурна 1 сентября 1979 года (концепция художника)
• 
  Пролет Пионера-11 мимо Сатурна (художническая концепция)

• Исследование Юпитера
  • Пионер-10 , пролет Юпитера
  • Voyager 1 и Voyager 2 , пролет Юпитера по пути к другим внешним объектам Солнечной системы
  • Галилео , орбитальный аппарат Юпитера
  • Новые горизонты , пролет Юпитера по пути к пролету Плутона
  • Juno , полярный орбитальный аппарат Юпитера
• Исследование Сатурна
  • Cassini–Huygens , орбитальный аппарат Сатурна и посадочный модуль Титана, соответственно
• Список искусственных объектов, покидающих Солнечную систему
• Список миссий к внешним планетам
• Аномалия пионера
• Роботизированный космический корабль
• Хронология искусственных спутников и космических зондов

• Берроуз, У. Э. (1990). Исследование космоса: путешествия в Солнечной системе и за ее пределами (первое издание). Нью-Йорк: Random House. ISBN 978-0-394-56983-3.

• Фиммел, РО; Суинделл, У.; Берджесс, Э. (1974). Одиссея пионера: встреча с гигантом. Вашингтон, округ Колумбия: NASA / Ames . ISBN 978-1-493-71200-7. OCLC  3211441. НАСА-СП-349/396.

• Фиммел, РОД; ван Аллен, Дж.А.; Берджесс, Э. (1980). «Пионер: сначала к Юпитеру, Сатурну и дальше» (PDF) . Специальное издание НАСА . 446 . Вашингтон, округ Колумбия: НАСА / Эймс . ASIN  B000IRXYN0. Бибкод : 1980NASSP.446.....F. НАСА-СП-446.

• Симпсон, JA (2001). «Космическое излучение». В Johan AM Bleeker; Johannes Geiss; Martin CE Huber (ред.). The Century of Space Science. Том 1. Springer. стр. 146. ISBN 978-0-7923-7196-0.

На Викискладе есть медиафайлы по теме «Пионер-11» .

• Профиль Pioneer 11 от NASA's Solar System Exploration
• Pioneer 11 Теда Страйка на странице Saturn