Добавим, что в декабре 1987 г. во время соединения «Вояджера-2» с Солнцем состоялся эксперимент по приему сигналов на малом угловом расстоянии от светила с использованием нового приемника на станциях DSN. Аппарат успешно отслеживался на расстоянии от 11° в начале эксперимента до менее 1° от Солнца в конце.
Во время следующего соединения, с 15 декабря 1988 по 9 января 1989 г., проводилось уже обычное радиопросвечивание солнечной короны с целью картирования плотности плазмы и изучения ее маломасштабных (порядка 100 км) вариаций.
Планирование встречи с Нептуном фактически началось в феврале 1984 г. и обрело полную силу в 1986 г., вскоре после отлета от Урана. Из 180 ученых и инженеров, составлявших группу управления полетом
[91], примерно треть разрабатывала новые алгоритмы управления, а еще треть – программу съемок и научных исследований у Нептуна.
К концу 1988 г. были разработаны и подготовлены к закладке на борт программы на все этапы наблюдений, кроме непосредственно этапа пролета – ее закончили в апреле 1989 г. Были также предусмотрены возможности оперативной коррекции двух пролетных программ, B951 и B971, на основании как реальных баллистических данных, так и сделанных открытий.
За время путешествия от Земли до Нептуна мощность, вырабатываемая радиоизотопным термоэмиссионным генератором на 238Pu, снизилась с 475 до примерно 380 Вт. К 1 августа 1989 г. аппарат израсходовал 64 кг гидразина из первоначальной заправки в 105 кг.
Чтобы оценить объем подготовительной работы, стоит еще раз вспомнить, что от Урана к Нептуну шел аппарат, изготовленный за десять лет до этого, не вполне исправный и не слишком-то приспособленный для решения задачи первичной разведки системы Нептуна.
Основной командный приемник на борту «Вояджера-2» сгорел 5 апреля 1978 г., а запасной не мог отслеживать частоту принимаемого сигнала. Он слышал Землю лишь в узеньком «окошке» полушириной всего 96 Гц, да в придачу центральная частота этой полосы «гуляла» от самого слабого нагрева или охлаждения, а иногда и без всякой причины. Вот по такой, с позволения сказать, радиолинии, пропускная способность которой к 1989 г. снизилась до 16 бит/с, аппарату не только передавали разовые команды и частные рабочие программы – его дважды за время полета полностью перепрограммировали!
Далее на отлете от Сатурна из-за неэффективной смазки перестала двигаться сканирующая платформа с камерами и спектрометрами. Три года анализа и экспериментов позволили восстановить ее работоспособность, но с тех пор программы наблюдений писались по возможности с минимальным использованием азимутального привода платформы – с солидным остатком топлива можно было себе позволить разворачивать весь аппарат. Вот почему в штатную программу съемки Нептуна включили лишь восемь поворотов платформы со скоростью 0,33°/с. На случай застревания привода была подготовлена запасная программа R951.
Что касается научной аппаратуры, то в съемочной системе ISS узкоугольная камера оказалась засорена пылинками, образующими дефекты на изображении, а чувствительность катода видиконовой трубки за время полета снизилась. У фотополяриметра PPS к моменту встречи с Нептуном оставались в работе лишь три из восьми фильтров и четыре из восьми анализаторов. За время полета снизилась чувствительность ИК-радиометра IRIS (возникла несоосность зеркал из-за кристаллизации состава для их наклейки) и интенсивность эталонного неонового источника.
Нептун находится от Солнца в 5,8 раза дальше Юпитера и был освещен в 33 раза хуже (и, добавим, в 900 раз хуже, чем Земля). Как следствие, нужны были длинные экспозиции – от пары секунд для Нептуна и Тритона и вплоть до 10 минут при поиске колец и малых тусклых спутников. А это сразу влекло большие проблемы как при съемке, так и при передаче изображений на Землю.
Во-первых, по проекту минимальная экспозиция камер составляла 0,005 секунды, а максимальная – 256 «тиков» по 0,06 секунды, то есть 15,36 секунды. После этого были возможны только длительные экспозиции с шагом в два цикла FDS – 96 секунд, 192 и т. д. Пришлось дорабатывать и тестировать бортовые и наземные программы, позволяющие, во-первых, получать непрерывный ряд экспозиций продолжительностью до 61,44 секунды, а во-вторых, продлевать экспозиции из первоначального диапазона 0–15,36 на целое количество 48-секундных интервалов с сохранением возможности передачи такого «долгого» кадра в реальном времени.
Почему за эту возможность развернулась такая борьба? Установленное на «Вояджере» бортовое записывающее устройство на магнитной ленте, конечно, ушло далеко вперед по сравнению с примитивным прибором эпохи «Маринера-2». Восьмидорожечный «магнитофон» DTR имел емкость 536 Мбит и мог записать до 96 кадров. Но «аппетиты» ученых простирались примерно на 24 000 снимков в системе Нептуна, и, хотя их и «утрамбовали» до примерно 9000 изображений, наличие записывающего устройства явно не спасало. Да и ресурс «магнитофона» вызывал опасения, так что использовать его без крайней необходимости не хотелось.
Ради длительных экспозиций доработали еще раз алгоритм поддержания ориентации КА. Продолжительность включений двигателей при уходе за границы допустимого диапазона снизили с 5 до 4 мс. Набираемые угловые скорости стали меньше, а сами импульсы – более редкими. Остаточные скорости вращения «Вояджера» удалось свести к 1 мкрад/с, то есть 0,2˝ в секунду.
Продолжительные экспозиции требовали также тщательной компенсации смаза изображения из-за движения КА с камерой относительно цели. У Сатурна и Урана «Вояджер-2» использовал простейший способ компенсации – разворот корпуса КА с угловой скоростью, равной угловой скорости цели. Методика работала, но платой за нее была невозможность одновременно поддерживать связь с Землей через антенну HGA и передавать кадр в реальном масштабе времени – его все-таки требовалось записывать, хотя бы и ненадолго.
Для съемки Нептуна и Тритона было придумано два новых специальных режима. Один из них в обиходе назывался «кивком», а официально – Nodding Image Mode Compensation (NIMC). Аппарат набирал необходимую угловую скорость точно рассчитанным количеством коротких импульсов двигателями и следовал за целью очень небольшое время, по сути лишь в течение экспозиции, так что ось его антенны не успевала отклониться от направления на Землю более чем на 0,1° и мощность принимаемого сигнала почти не снижалась. Закончив экспозицию, аппарат немедленно возвращался в исходное для данной серии снимков положение, а камера перенаводилась на новую цель.
Вторым дополнительным режимом стала безманевренная компенсация – аппарат сохранял стабильную ориентацию, а слежение за целью возлагалось на приводы сканирующей платформы. Этот вариант, однако, применялся только для съемки широкоугольной камерой WAC и инфракрасным радиометром IRIS.
