Земля ведет передачу для «Вояджера-1» в S-диапазоне на частоте 2114,6767 МГц (литер частоты 18) и для «Вояджера-2» на частоте 2113,3125 МГц (литер 14).
Штатный режим бортового радиокомплекса «Вояджеров», как и у «Пионеров», когерентный: передатчик отвечает Земле на частоте, пропорциональной частоте принятого сигнала, отслеживая все ее изменения. Принятая входная частота преобразуется в выходную с коэффициентом 240/221 для передатчика S-диапазона и 880/221 для X-диапазона.
Мы уже знаем, что в когерентном режиме по доплеровскому сдвигу частоты сигнала, прошедшего «туда» и «обратно», продольная компонента скорости КА определяется с погрешностью менее 1 мм/с. Для измерения дальности в состав сигнала для «Вояджера» включается дальномерный код, за счет чего точно регистрируется время радиообмена. Кроме того, Земля принимает сигнал с борта в двух частотных диапазонах сразу, что позволяет оценить и учесть в расчетах дополнительную задержку сигнала межпланетной плазмой и ионосферой Земли. В результате точность определения дальности достигает 30 м и лучше.
В некогерентном (одностороннем) режиме частота передачи не зависит от частоты приема и вообще от наличия принимаемого сигнала. В этом случае, а также при радиопросвечивании атмосфер планет на «Вояджере» вместо штатного генератора частоты используется специальный ультрастабильный генератор USO. Частоты двух передатчиков X– и S-диапазона формируются на его основе с сохранением соотношения 11/3 между ними.
Преднамеренно «испортив» имеющийся экземпляр приемника, разработчики радиокомплекса смогли выяснить, какой примерно должна быть эта «волшебная» входная частота. Появилась надежда «договориться» с бортом.
Целую неделю операторы круглосуточно принимали сигнал «Вояджера-2» на всех трех 64-метровых антеннах Сети дальней связи. Лишь они могли услышать передатчик S-диапазона при низком уровне мощности – и руководители проектов «Викинг», «Пионер» и «Гелиос» отдали коллегам «свое» время.
Семь суток прошли, и запасной приемник должен был включиться вновь. 13 апреля 1978 г., вскоре после 10:30 UTC, с испанской 64-метровой антенны DSS-63 был отправлен поисковый сигнал. Частота его менялась со скоростью 2,4 Гц/с с расчетом «прощупать» полосу шириной 3000 Гц вокруг ожидаемой приемной частоты борта. И аппарат услышал зов Земли – через 55 минут (из которых 53 радиосигнал шел туда и обратно) он подтвердил получение команды. Реальная «волшебная» частота отличалась от предсказанной специалистами примерно на 750 Гц.
Получив отклик с борта, операторы стали посылать сигнал с медленно меняющейся частотой – так, чтобы это изменение все время и как можно точнее компенсировало доплеровский сдвиг. К счастью, частотой передатчиков, работающих через большие антенны Сети дальней связи DSN, можно было управлять по произвольному закону с точностью до 50 Гц. В результате аппарат мог все время слышать Землю на своей неизменной частоте.
Связь в этот день удалось поддерживать в течение девяти часов. Серией из 24 команд, повторенной шестикратно, «Вояджеру-2» было запрещено включать передатчик X-диапазона, чтобы не нарушить тепловой режим отсека аппаратуры № 9 и не допустить произвольного ухода частоты запасного приемника
[60], а также переходить на остронаправленную антенну HGA, так как именно эта операция неделю назад вызвала выход из строя основного. Наконец, аппарату было приказано поднять мощность передатчика S-диапазона до максимума, чтобы его могли слышать и 26-метровые антенны.
18 апреля на борт были переданы 24 команды с 26-метровой станции, из которых 20 было принято и исполнено. Поиск оптимального режима связи продолжался еще много дней. Так, в сеансе 25 апреля выяснилось, что бортовая частота изменилась скачком сразу на 182 Гц, но ее нашли вновь, и уже на следующий день удалось внести изменения в бортовую программу.
2 мая на борт заложили уставки на запланированную коррекцию траектории, и 3 мая «Вояджер-2» успешно выдал требуемый импульс TCM-B2. Земля отслеживала ход операции по сигналу, выдаваемому бортом на стандартной частоте ультрастабильного генератора. Приращение скорости 0,615 м/с обошлось в 203 секунды работы двигателей.
24 мая через налаженную с таким трудом радиолинию впервые ввели новую рабочую программу командного компьютера CCS. 33-минутную отправку повторили дважды, так как с первого раза компьютер CCS воспринимал только 60 % команд.
Конечно, всем участникам операции по спасению раненого аппарата было ясно, что его шансы выполнить программу полета невелики. Поэтому 23 июня в память запасного компьютера CCS была заложена аварийная программа BML
[61], позволяющая «Вояджеру-2» миновать Юпитер, дойти с одной коррекцией до Сатурна, провести съемку этой планеты и значительный объем попутных исследований и доложить результаты на Землю даже в случае полного отказа командной радиолинии.
Была, правда, одна сумасшедшая идея: использовать в качестве резерва приемник научного прибора PRA. Пятичасовой тест провели 13 сентября 1978 г. на Стэнфордском радиотелескопе, излучающем на частоте 46,72 МГц сигнал мощностью 300 кВт. Выяснилось, что в принципе PRA слышит сигнал с Земли, но пропускная способность линии очень мала. Чтобы использовать этот канал, нужно было построить специальную передающую станцию (а это 10 млн долларов и два года) и капитально перепрограммировать бортовые компьютеры. Руководители проекта «Вояджер» решили, что выходить с таким запросом «наверх» нецелесообразно.
Остался только один путь: научиться использовать тот единственный некондиционный приемник, который остался на борту «Вояджера-2». Во-первых, нужно было постоянно рассчитывать и реализовывать хитрый алгоритм управления частотой наземной станции в соответствии с требованиями борта, а во-вторых, следить за его состоянием. К счастью, в телеметрии удалось найти параметры, которые коррелировали с разностью между текущей рабочей частотой приемника и частотой приходящего сигнала. Отслеживая их в реальном масштабе времени, операторы могли сразу заметить дрейф частоты приемника и подправить режим передачи.
Они овладели этими навыками в совершенстве и управляют «Вояджером-2» по сей день – уже более 40 лет с момента аварии! Аппарат греется и охлаждается, стареют и меняют свои характеристики радиодетали, а иногда приемник просто «глючит» и меняет частоту по неизвестным причинам, станция вновь глохнет, и поиск «волшебного» номинала начинается снова. Говорят, некоторые сотрудники JPL и DSN обладают даром угадать, на какую частоту он «ушел»…
А аварийная программа BML, вторую часть которой заложили на борт 12 октября 1978 г., еще не раз обновлялась под новые задачи изучения Сатурна, Урана и Нептуна.
