Roku 1977 se v rozmezí šestnácti dnů z floridské rampy 41 vznesly dvě rakety Titan IIIE. Jejich úkol? Vynést sondy Voyager 1 a 2 na únikovou dráhu směrem k planetám vnější sluneční soustavy. Tyto mimořádné kusy techniky se vydaly na cestu k plynným obrům – Jupiteru, Saturnu, Uranu a Neptunu. Voyager 1 za 44 let dokázal urazit vzdálenost neuvěřitelných 23,3 miliard kilometrů a pohybuje se rychlostí 61 017 kilometrů za hodinu. Již se nachází za hranicí sluneční soustavy v mezihvězdném prostoru a i po více jak čtyřiceti letech na Zemi odesílá data. Dnes se podíváme více do historie a povíme si více o nejdále se od Země nacházejícím umělém objektu.

Grand Tour

V roce 1964 Gary Flandro z JPL poznamenal, že postavení planet Jupiter, Saturn, Uran a Neptun, ke kterému by došlo na konci 70. let, by umožnilo jediné sondě proletět kolem všech vyjmenovaných planet díky tomu, že by se použila metoda tzv. gravitačního praku. Tento proces funguje tak, že když se těleso obíhající kolem Slunce dostatečně přiblíží k planetě, ta na něj začne působit svou gravitací. Prolétávající sonda si vezme část hybnosti planety, čímž dojde ke změně rychlosti a tím se změní i dráha letu sondy kolem Slunce. Právě této metody využily sondy Voyager a proletěly kolem všech plynných obrů. K tomuto výhodnému postavení planet dochází pouze jednou za 175 let. V roce 1966 JPL poznamenala, že by se tohoto výhodného postavení planet mělo využít, jelikož by byl umožněn průzkum těchto planet za kratší čas a za méně peněz, než posílat ke každé z těchto čtyř planet samostatnou sondu. Takto se zrodil program Grand Tour.

V roce 1969 NASA upřednostňovala koncept dvou misí. Každá z nich by navštívila tři planety. Jedna mise by odstartovala v roce 1977 a sonda by proletěla kolem Jupiteru, Saturnu a Pluta. Druhá mise by odstartovala v roce 1979 a sonda by proletěla kolem Jupiteru, Uranu a Neptunu. V roce 1971 byly odhadované náklady na Grand Tour 750 až 900 milionů dolarů plus více než 100 milionů dolarů za vypuštění. Tlak Kongresu v kombinaci s tím, že byl nedávno schválen program Space Shuttle, vedl v prosinci 1971 k rozhodnutí projekt zrušit. Projekt Grand Tour byl nahrazen návrhem navštívit pouze dvě planety pomocí dvojice sond odvozených od Marineru.

A tak vznikl projekt Mariner Jupiter-Saturn, který byl schválen na začátku roku 1972 s odhadovanými náklady na každou ze dvou sond méně než 360 milionů dolarů. Obě sondy by postavila JPL tak, aby vydržely dostatečně dlouho na to, aby absolvovaly původní plán (Grand Tour), i když byly prezentovány jako mise pouze k Jupiteru a Saturnu. Důvod byl snížení odhadovaných celkových nákladů na projekt. Sondy měly navštívit Jupiter, Saturn a Saturnův měsíc Titan. Ten byl cenným cílem, protože to byl jediný známý Saturnův měsíc, který má atmosféru a průlet kolem něj by pomohl získat data, které by jinak nebylo možné zjistit včetně hustoty, složení a teploty atmosféry.

Pro dvě sondy, které ještě v té době měly jména Mariner 11 a 12 byly vybrány dvě trajektorie. Jedna byla označena jako JST. V rámci této mise by sonda zamířila k Jupiteru, Saturnu a Titanu. Druhá trajektorie byla označena jako JSX a sonda by byla vypuštěna na dráhu, která by umožňovala uskutečnit průlet kolem všech čtyř planet a zároveň sloužila jako záloha pro první sondu. Startovala by po sondě, která by se vydala na trajektorii JST, a pokud by první sonda uspěla, mohla by druhá pokračovat na Grand Tour. Pokud by byla první neúspěšná, mohla být druhá sonda směřující na trajektorii JSX odkloněna, aby provedla průlet kolem měsíce Titan, to by ale znemožnilo prozkoumat Neptun a Uran, a tím pádem by byla ztracena možnost uskutečnit Grand Tour.

Obě sondy Voyager 1 a 2 vychází ze základů sond Mariner, proto se dříve jmenovaly Mariner 11 a 12 a měly startovat v rámci projektu Mariner Jupiter-Saturn. Ten byl ale přejmenován na Program Voyager, jelikož se mělo za to, že konstrukce těchto dvou sond výrazně pokročila, a i když měly Voyagery s Marinery stejný základ, Voyagery se již poměrně výrazně lišily od svých předchůdců, a tak bylo rozhodnuto zařadit je do samostatného programu. Obě sondy Voyager vynesla raketa Titan IIIE, kterou si teď představíme.

Titan IIIE

Sondy Voyager 1 a 2 vynesla raketa Titan IIIE, která startovala celkem sedmkrát a pokaždé vynášela nějakou vědeckou sondu. Vynesla tak například sondy Viking 1 a 2 na Mars nebo Helios-A a B, které zamířily ke Slunci. Když Titan IIIE vynášel sondu Voyager 1, došlo k tomu, že se druhý stupeň vypnul předčasně a v nádržích mu zůstalo ještě půl tuny nespálených pohonných látek. Jako kompenzaci počítače na stupni Centaur nastavily delší zážeh jeho motorů. V době, kdy se vypínal motor na stupni Centaur, mu v nádržích zbývaly pohonné látky pouze na tři a půl vteřiny hoření motoru. Kdyby se stejná závada stala během startu Voyageru 2, který mířil na jinou dráhu, došlo by palivo ještě dříve, než by se sonda dostala na správnou oběžnou dráhu.

Fanouškům čísel a technických údajů teď udělám radost, jelikož si podrobně představíme raketu. Titan IIIE měřila na výšku 48,8 metru a průměr centrálního stupně byl 3,05 metru. Startovní hmotnost byla 632 970 kilogramů a jednalo se o třístupňovou raketu, která mohla být vybavena dodatečným čtvrtým stupněm a na nízkou oběžnou dráhu dokázala vynést až 15 400 kilogramů nákladu. Přídavné stupně na tuhé pohonné látky, které se zde nacházely dva, hořely 117 sekund a každý z nich dokázal vyvinout tah až 5 339 kilonewtonů. První stupeň poháněly dva motory LR87-11, které dokázaly společně vyvinout 2 438 kilonewtonů tahu. Jako palivo se u těchto motorů používal Aerozine 50, jako okysličovadlo oxid dusičitý a motory hořely po dobu 146 sekund. Druhý stupeň rakety používal stejné pohonné látky s tím rozdílem, že ho poháněl jeden motor LR91-11, který hořel 210 sekund a poskytoval tah 449 kilonewtonů. Na třetím stupni rakety bychom našli dva motory RL10A-3, které společně vytvořily tah 133,4 kilonewtonů tahu. Spalovaly kapalný vodík jako palivo a kapalný kyslík jako okysličovadlo a doba hoření byla 470 sekund. Zde se můžete podívat na video ze startu Titanu IIIE se sondou Voyager 2.

Sondy Voyager

Obě sondy jsou vybaveny velkou Cassegrainovou anténou o průměru 3,7 metru, která slouží k přijímání i odesílání dat. Komunikace se Zemí probíhá prostřednictvím tří stanic Deep Space Network. Přenos dat mezi Voyagery 1 a Zemí je zajišťován na frekvenci buď 2,3 GHz, nebo 8,4 GHz zatímco data ze Země na Voyager jsou přenášena na frekvenci 2,1 GHz. Když nejsou Voyagery schopny komunikovat se Zemí přímo, jejich digitální magnetofon dokáže uložit kolem 67 megabajtů dat. A jak dlouho trvá přenos dat z Voyagerů na Zemi? Například když Voyager 1 odešle data na Zemi, dorazí až za více jak dvacet jedna hodin! O výrobu energie pro Voyagery se starají tři radioizotopové termoelektrické generátory. Každý z nich obsahuje 24 lisovaných kuliček oxidu plutonia-238. V době startu tyto generátory vyráběly zhruba 470 W elektrické energie. Výkon těchto generátorů postupem času klesá kvůli poločasu rozpadu plutonia-238 (což je 87,7 roku) a degradaci termočlánků. K 22. květnu 2022 mají Voyagery ještě 70 % plutonia, které měly při startu. Do roku 2050 jim zbude 56,5 %, to už je příliš málo na to, aby zůstaly funkční. Do roku 2078 jim zbude 42,7 %, do roku 2106 to bude 29 % a v roce 2134 jim zbude 15 % plutonia.

Voyagery s sebou také nesou celou řadu vědeckých přístrojů, počínaje kamerami a konče nízkoenergetickými detektory nabitých částic. Pojďme si tedy přístroje na jejich palubě stručně představit. Zde je seznam jednotlivých přístrojů pro obě sondy a jaký je jejich stav.

Voyager 1

• Kamerový systém ISS (Imaging Science System) – Vypnutý
• Komplex pro rádiová měření RSS (Radio Science System) – Vypnutý
• Ultrafialový spektrometr UVS (Ultraviolet Spectrometer) – Vypnutý
• Trojosý cívkový magnetometr MAG (Magnetometer) – Aktivní
• Detektor nízkoenergetických iontů LECP (Low-Energy Charged Particles) – Aktivní
• Systém detektorů kosmického záření CRS (Cosmic Ray System) – Aktivní
• Detektor rádiových vln PRA (Planetary Radio Astronomy) – Vypnutý
• Fotopolarimetr PPS (Photopolarimeter System) – Porucha
• Přístroj pro studium vln v plazmatu PWS (Plasma Wave System) – Aktivní
• Infračervený interferenční spektrometr IRIS (Infrared Interferometer Spectrometer) – Vypnutý 
• Spektrometr plazmových částic PLS (Plasma Spectrometer) – Porucha

Voyager 2

• Kamerový systém ISS (Imaging Science System) – Vypnutý
• Komplex pro rádiová měření RSS (Radio Science System) – Vypnutý
• Ultrafialový spektrometr UVS (Ultraviolet Spectrometer) – Vypnutý
• Trojosý cívkový magnetometr MAG (Magnetometer) – Aktivní
• Detektor nízkoenergetických iontů LECP (Low-Energy Charged Particles) – Aktivní
• Systém detektorů kosmického záření CRS (Cosmic Ray System) – Aktivní
• Detektor rádiových vln PRA (Planetary Radio Astronomy) – Vypnutý
• Fotopolarimetr PPS (Photopolarimeter System) – Porucha
• Přístroj pro studium vln v plazmatu PWS (Plasma Wave System) – Aktivní
• Infračervený interferenční spektrometr IRIS (Infrared Interferometer Spectrometer) – Vypnutý
• Spektrometr plazmových částic PLS (Plasma Spectrometer) – Aktivní

Vědecká mise

Jupiter

Voyagery zahájily svou misi v roce 1977 z rampy 41 na Mysu Canaveral. Jejich první zastávkou byl Jupiter. Voyager 1 začal pořizovat první snímky Jupiteru v lednu 1979. Největší přiblížení nastalo 5. března 1979 a to ve vzdálenosti 349 000 kilometrů od středu planety. Aby se získaly fotky s co nejlepším rozlišením, byla většina vědeckého pozorování Jupiterových měsíců, prstenců, magnetických polí a prostředí radiačního pásu provedena během 48 hodin, kdy se Voyager 1 nacházel u plynného obra nejblíže. Voyager 2 se k Jupiteru nejvíce přiblížil na vzdálenost zhruba 640 000 kilometrů od středu planety 9. července 1979.

Voyagery nám odhalily vulkanickou činnost na měsíci Io. Bylo to vůbec poprvé, kdy byly spatřeny aktivní sopky na jiném tělese ve Sluneční soustavě než na Zemi. Pořídily také první detailní snímky atmosféry a zjistily, že Velká rudá skvrna je vlastně bouře, pohybující se proti směru hodinových ručiček. Také byly objeveny tři nové měsíce Adrastea, Metis a Thebe, zatímco Voyager 2 nám poslal snímky měsíců Amalthea, Callisto, Ganymede, Europa a již zmíněného Io.

Saturn

Díky gravitačnímu manévru u Jupiteru byly obě sondy na správné dráze k Saturnu. Jako první k němu dorazil Voyager 1 v listopadu 1980, přičemž k největšímu přiblížení došlo 12. listopadu 1980. Voyager 1 se k Saturnu přiblížil na vzdálenost 124 000 kilometrů od povrchu planety. Přístroje na Voyageru se zaměřily na zkoumání prstenců Saturnu, jeho atmosféru a také na měsíc Titan.

Voyager 1 zjistil, že sedm procent objemu horní vrstvy atmosféry Saturnu tvoří helium, což je o čtyři procenta méně, než bylo naměřeno u Jupiteru. Zbytek atmosféry Saturnu tvoří vodík. Je však pravděpodobné, že těžší helium klesá skrz vodík dolů, a tak se na Saturnu může helium vyskytovat v ještě větším množství. Také jsme zjistili, že na Saturnu fouká velmi silný vítr. V blízkosti rovníku byl naměřen vítr o rychlosti neuvěřitelných 1 770 kilometrů za hodinu.

Zjistili jsme také, že jeden den na Saturnu trvá 10 hodin 29 minut a 24 sekund. Mise Voyageru 1 zahrnovala také průlet kolem Titanu (Největšího měsíce Saturnu, o kterém jsme věděli, že má atmosféru). Průlet kolem Titanu byl jednou z priorit programu Voyager, a tak byly dráhy Voyagerů navrženy tak, aby kterákoliv ze sond mohla kolem Titanu proletět. Pokud by Voyager 1 selhal, dráha Voyageru 2 by mohla být upravena tak, aby proletěl kolem Titanu. To by znemožnilo prozkoumat Uran a Neptun, jelikož Voyager 1 byl vypuštěn na dráhu, která by tyto dvě planety nedovolila prozkoumat. Jediná změna, kterou mohl Voyager 1 provést byla ta, že by se vyhnul průletu kolem Titanu, zamířil by k Plutu.

Uran a Neptun

Průzkum Uranu dostala na starosti sonda Voyager 2, která se k němu nejvíce přiblížila 24. ledna 1986 na vzdálenost 81 500 kilometrů od povrchu planety. Bylo také objeveno jedenáct nových měsíců: Cordelia, Ophelia, Bianca, Cressida, Desdemona, Juliet, Portia, Rosalind, Belinda, Puck a Perdita. Voyager 2 také zkoumal atmosféru Uranu i jeho prstence. Délka dne na Uranu je podle dat z Voyageru 2 17 hodin a 14 minut. Průměrná atmosférická teplota se pohybuje okolo -213,1°C. Je zajímavé, že osvětlené a tmavé póly a většina planety vykazují téměř stejné teploty.

Voyager 2 objevil dva neznámé prstence. Měření ukázala, že prstence, které má Uran, jsou zřetelně odlišné od prstenců u Jupiteru nebo Saturnu. Uranský prstencový systém může být relativně mladý a pravděpodobně vznikl později než Uran samotný. Vypadá to, že prstence vlastně mohou být zbytky měsíce, který mohl být zničen nárazem s velkou rychlostí.

U Neptunu Voyager 2 objevil stejně jako u Uranu dosud neznámé prstence a objevil šest nových měsíců: Despina, Galatea, Larissa, Proteus, Naiad a Thalassa. Dále jsme zjistili, že větry na Neptunu jsou nejsilnější ve sluneční soustavě. Třikrát silnější než na Jupiteru a devětkrát silnější než ty nejsilnější hurikány na Zemi.

Zlatá deska

Oba Voyagery s sebou nesou také pozlacenou gramofonovou desku pro případ, že by je snad někdy objevily inteligentní formy života. Na desce je vyryta planeta Země, řada vědeckých informací, mluvené pozdravy od lidí jako je generální tajemník OSN, nebo prezident Spojených států. Dále tam jsou nahrané „Sounds of Earth”, neboli Zvuky Země. Můžeme tam tak slyšet pláč dítěte, vlny tříštící se o pobřeží, nebo také dílo Wolfganga Amadea Mozarta.

Nekonečná cesta

Oba Voyagery se nyní nachází v mezihvězdném prostoru a aktuálně se obě sondy pohybují směrem pryč od sluneční soustavy, přičemž Voyager 1 sluneční soustavu opouštěl rychlostí 540 milionů kilometrů za rok, zatímco Voyager 2 sluneční soustavu opouštěl rychlostí 490 milionů kilometrů za rok. Aktuálně se Voyager 1 nachází zhruba 23,3 miliardy kilometrů od Země a Voyager 2 19,4 miliardy kilometrů od Země. Kvůli klesajícímu množství dostupné elektrické energie, se musí postupně vypínat všechny vědecké přístroje. Inženýři očekávají, že Voyager 1 bude pokračovat v provozu alespoň jednoho vědeckého přístroje do roku 2025.

Je neuvěřitelné, co jsme díky těmto dvěma sondám objevili a že po více než čtyřiceti letech je na obou sondách ještě téměř polovina vědeckých přístrojů funkční a rozhodně to nevypadá, že mají v plánu ukončit svou pětačtyřicetiletou cestu. Za celou redakci tak přeji těmto úžasným strojům ještě minimálně další tři roky provozu. Na závěr ještě přidávám 3D pohyblivý model sondy Voyager.

Zdroje informací:
https://en.wikipedia.org/
https://en.wikipedia.org/
https://en.wikipedia.org/
https://www.jpl.nasa.gov/
https://solarsystem.nasa.gov/
https://spacecenter.org/
https://en.wikipedia.org/
https://en.wikipedia.org/
https://en.wikipedia.org/
https://cs.wikipedia.org/

Zdroje obrázků:
https://i.ytimg.com/vi/-Hl74zWStxs/maxresdefault.jpg
https://upload.wikimedia.org/…/Voyager_Path.svg/1024px-Voyager_Path.svg.png
https://…/4bf87105bd967580c2b6b323d3933e9ad9683a05/12-Figure5-1.png
https://en.wikipedia.org/wiki/Voyager_1#/media/File:Animation_of_Voyager_1_trajectory.gif
https://en.wikipedia.org/wiki/Voyager_2#/media/File:Animation_of_Voyager_2_trajectory.gif
https://upload.wikimedia.org/…/800px-Titan_3E_Centaur_launches_Voyager_2.jpg
https://mediaproxy.salon.com/…//media.salon.com/2021/05/voyager-1-0510211.jpg
https://upload.wikimedia.org/…/Jupiter_-_Region_from_the_Great_Red_Spot_to_the_South_Pole.jpg
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/94/Volcanic_crater_with_radiating_lava_flows_on_Io.jpg
https://upload.wikimedia.org/…/800px-Saturn_%28planet%29_large.jpg
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/3/3d/Uranus2.jpg/800px-Uranus2.jpg
https://upload.wikimedia.org/…/800px-Neptune_-_Voyager_2_%2829347980845%29_flatten_crop.jpg
https://upload.wikimedia.org/…/200px-The_Sounds_of_Earth_Record_Cover_-_GPN-2000-001978.jpg