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 и Брэдфорд Смит, главные действующие лица в видовой группе «Вояджеров», впервые смогли сфотографировать кольца Урана. Наблюдения проводились на высокогорной обсерватории Лас-Кампаньяс в Чили по самой передовой на тот момент технологии: 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.
Новые задачи, новые возможности
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 и кольца, магнитосфера, космическая среда), сформулировали 30 основных целей исследований и взялись вместе с инженерами за превращение всех этих «хотелок» в расписанную поминутно программу наблюдений при учете всех ограничений. Нужно было уложиться в пределы по энергопотреблению, емкости памяти для рабочих программ и скорости передачи данных, а также беречь сканирующую платформу.
Инженеры смогли «оживить» застрявший на отлете «Вояджера-2» от Сатурна азимутальный привод платформы, но ограничили скорость разворота величиной 0,08°, и лишь при самой крайней необходимости – 0,33° в секунду. А она была: «Вояджеру-2» предстоял подход к Урану со стороны его обращенного к Солнцу южного полюса, почти перпендикулярно к плоскости колец, и оптимальные условия для съемки всех объектов наступали практически одновременно, на протяжении каких-то пяти с половиной часов. С учетом всех обстоятельств пришлось все-таки ввести в программу восемь разворотов самого аппарата со скоростью 0,3° в секунду, заменив ими повороты платформы на большие углы.
На тот случай, если бы азимутальный привод сканирующей платформы заклинило вновь в ходе «генеральной репетиции», готовилась резервная программа съемки, где все наведение по азимуту обеспечивалось разворотами самого КА. Она была «дороже» и в смысле расхода топлива на развороты, и по использованию памяти компьютера.
Конкретная программа работы «Вояджера» должна была храниться в свободных словах памяти обоих процессоров компьютерной командной подсистемы CCS. Пожелания ученых материализовались примерно в 18 000 слов кода, которые пришлось поделить на девять последовательных программ для четырех временных этапов сближения и встречи. 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. Время начала радиозондирования атмосферы планеты выбиралось отдельно уже в пределах «подвижного блока» с точностью до секунды.
Текущие программы работы КА, каждая продолжительностью от нескольких недель до двух-трех суток, готовились на Земле и загружались на борт для исполнения в оперативном режиме. Загрузка программы занимала около 90 минут, не включая время ожидания «квитанции» борта о ее приеме.
Программы этапа полета «Вояджера-2» от Сатурна к Урану были пронумерованы начиная с B601. Например, программа B602 охватывала время 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 включал два последовательных разворота КА – сначала на 1440° по рысканью, затем на 1440° по крену, то есть по четыре кувырка в каждом направлении. Записанные научные данные были переданы на Землю на следующие сутки. При калибровке приборов 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 четырех с половиной 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 длин волн от 91,2 нм до видимого спектра.
В 1982 г. активность аппарата была минимальна. «Вояджер-2» выполнял программы с B603 по B607. 13 апреля был проведен «большой научный маневр» CRSMVR – 10 оборотов по рысканью и 25 по крену, а 20 октября – «малый». Кроме того, 20 сентября узкоугольной телекамерой в составе съемочной системы ISS проводилась пробная съемка Урана и Нептуна.
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.
В июне на «Вояджере-2» проводились эксперименты, направленные на повышение скорости передачи информации от Урана. Инженеры и программисты создали новый вариант программы для системы полетных данных FDS, позволяющий использовать улучшенное кодирование служебной телеметрии и данных научной аппаратуры по Риду – Соломону. Программа с обозначением 1901 (19 – номер программы, 01 – номер версии) была впервые загружена 7 июня в процессор FDS-A и опробована 9 и 10 июня, каждый день в течение получаса. 15 июня ее загрузили в процессор FDS-B и протестировали 16 июня (полчаса) и 17 июня (5 ч 40 мин).
Еще одна серия испытаний с кодированием по Риду – Соломону проводилась 6–10 декабря.
Как это делается: передача информации от Урана
Мероприятия, улучшившие условия приема информации с «Вояджеров» от Сатурна, не были достаточны для полноценной работы с КА «Вояджер-2» в системе Урана на расстоянии в 1,7 раза больше и при мощности принимаемого сигнала в 2,8 раза меньше.
Потеря 4,5 дБ в мощности сигнала влекла снижение скорости передачи с 44 800 до 14 400 бит/с. Но ведь, помимо «картинки», нужно было передавать большой объем информации с остальных приборов – целых 7200 бит/с. Получалось, что на изображение остается только половина ширины канала, и кадры с камеры ISS будут проходить не за три цикла FDS (144 секунды), а за 16 (768 секунд, то есть 12,8 минут).
Отчасти потери можно было возместить за счет многоантенного приема.
На комплексе Сети дальней связи DSN в Тидбинбилле, 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, старую DSS-42 и новую «высокоэффективную» антенну DSS-45.
