Приемник PRA (Planetary Radio Astronomy Subsystem) для регистрации радиоизлучения Юпитера и других источников в 198 каналах в частотных диапазонах от 1,2 до 1326 кГц и от 1,53 до 40,55 МГц. Прибор имел две взаимно перпендикулярные штыревые антенны длиной по 10 м; их также использовал детектор PWS как эквивалент одной семиметровой антенны.
Все приборы, кроме трех последних, находились на специальной штанге длиной 2,3 м, причем камера, оба спектрометра и фотополяриметр были установлены на поворотной платформе массой 102,5 кг. Ее двухстепенной привод позволял наводить приборы на цель независимо от ориентации самого КА в пределах 360° по азимуту и 210° по углу места. Максимальная скорость разворота составляла 1° в секунду, но были доступны еще три: 1/3, 1/12 и 1/192 градуса в секунду. Точность наведения была близка к 0,1°.
Датчики магнитометров размещались на отдельной штанге длиной 13 м и массой 2,3 кг.
Общая масса научной аппаратуры «Вояджера» в стартовом варианте составила 105 кг, а ее общее электропотребление – 105 Вт (см. таблицу 7).
Кроме этого, как и в проекте «Пионер-F/G», была предусмотрена возможность радиозондирования атмосфер Юпитера, Сатурна и их спутников. Также были запланированы исследования в области небесной механики по траекторным измерениям лучевой скорости и дальности – это должно было помочь определить массы и параметры гравитационных полей планет и их спутников и характеристики орбитального движения. Два эти исследования проводились с использованием штатной радиотехнической системы RSS
[38], но описывались как отдельные эксперименты – по радиоастрономии и по небесной механике.
Конструкция «Вояджера»
КА «Вояджер» (Voyager) создавался на базе марсианской орбитальной станции «Маринер-9», запущенной в 1971 г., с использованием некоторых решений будущей орбитальной и посадочной миссии «Викинг». Разработка и изготовление трех летных машин – двух для запуска и одной запасной – обошлись в 320 млн долларов, не включая стоимость РН и управления полетом.
Полезный груз, устанавливаемый на ступень «Центавр», состоял из двух основных компонентов – двигательного модуля VPM
[39] массой 1220 кг и собственно КА массой после отделения 825 кг. Между собой они соединялись переходником из восьми стержневых элементов – после разделения он оставался в составе «Вояджера». Связка монтировалась на ступень «Центавр» с помощью конического адаптера массой 47,2 кг. Суммарная масса груза составляла 2100 кг
[40].
Двигательный модуль с твердотопливным двигателем TE-M-364–4 (коммерческое наименование – Star-37E) имел в своей основе алюминиевый цилиндрический корпус диаметром 0,99 м и длиной 0,89 м, в которое было залито 1060 кг твердого топлива. Средняя тяга РДТТ составляла 6940 кгс при времени работы 43 секунды.
Во время работы связка стабилизировалась восемью гидразиновыми ЖРД, вынесенными на кронштейнах в сторону от продольной оси. Четыре двигателя MR-104 тягой по 100 фунтов (45,4 кгс) обеспечивали стабилизацию по тангажу и рысканью, а четыре ЖРД тягой по 5 фунтов (2,3 кгс) – по крену
[41]. На ступени были установлены блок управления клапанами двигателей и две батареи серебряно-цинковых аккумуляторов.
Для доразгона «Вояджера» использовался тот же самый двигатель TE-M-364–4, что и для «Пионеров». В обоих случаях головной блок компоновался из этого двигателя, переходника и стоящего на нем космического аппарата, и они вместе защищались головным обтекателем, опирающимся на штатную ступень носителя. Разница состояла в способе стабилизации связки на этапе работы РДТТ – вращением в случае «Пионеров» и управляющими двигателями при запуске «Вояджеров». Более того, так как во втором случае топливо поступало в ЖРД стабилизации из бака КА, получалось, что без межпланетной станции двигатель TE-M-364–4 выполнить свою функцию не может! Очевидно, поэтому их и классифицировали по-разному: для «Пионеров» это была третья ступень ракеты-носителя, а для «Вояджеров» – двигательный модуль в составе полезной нагрузки.
Собственно КА «Вояджер» имел сухую массу 721 кг и заправлялся 104 кг топлива.
Легкий (29,5 кг) алюминиевый корпус КА имел форму десятиугольной призмы высотой 0,47 м и диаметром 1,78 м по параллельным граням и 1,88 м по ребрам. За каждой из граней имелся отсек электроники с блоками различного назначения (отсек № 1 – радиопередатчики и т. д.). Вдоль продольной оси аппарата – оси вращения Z – был сделан проем, в котором располагался сферический титановый топливный бак диаметром 0,71 м с гидразином под давлением 29,5 атм.
Вдоль оси Z монтировался отражатель остронаправленной антенны высокого усиления HGA диаметром 3,66 м, соединенный с корпусом через ферменный переходник. По диаметру антенна была значительно больше корпуса, и казалось, что не «тарелка» установлена на нем, а корпус приделан сбоку к «тарелке». Этой антенной аппарат «смотрел» в сторону Земли почти всегда, за редкими и непродолжительными исключениями.
По оси рысканья Y от корпуса в противоположных направлениях отходили штанга с тремя радиоизотопными генераторами и штанга научной аппаратуры со сканирующей платформой. Во время старта они, разумеется, находились в исходном положении – вдоль оси вращения. В направлении, близком к оси тангажа X, выдвигалась штанга с датчиками магнитометров. Наконец, объединенная антенна приборов PRA и PWS состояла из двух штыревых элементов длиной по 10 м с углом 90° между ними. В обиходе они были известны как «уши кролика».
Важнейшей проблемой для дальних АМС является источник энергии, поэтому с него мы и начнем описание систем «Вояджера».
Электропитание КА обеспечивалось тремя радиоизотопными термоэлектрическими генераторами типа MHW-RTG фирмы General Electric, каждый из которых представлял собой устройство длиной 50,8 см, диаметром 40,6 см и массой 37,7 кг. В бериллиевом корпусе генератора содержалось 24 сферы из двуокиси плутония-238 суммарной массой 4,5 кг, каждая из которых выделяла около 100 Вт тепловой энергии и разогревалась теплом радиоактивного распада до 1000 ℃. Преобразование тепла в электричество осуществлялось с помощью 312 кремний-германиевых термопар.
