«Вояджер-2» (, «мандрівник») — активний автоматичний космічний апарат, розроблений в Лабораторії реактивного руху в місті Пасадена, штат Каліфорнія (США), і запущений НАСА 20 серпня 1977 року в рамках програми «Вояджер» для досліджень зовнішніх планет Сонячної системи і міжзоряного середовища за межами геліосфери Сонця. У рамках програми «Вояджер» він був запущений на 16 днів раніше за свого близнюка «Вояджер-1» траєкторією, яка вимагала більше часу для досягнення Юпітера й Сатурна, але давала змогу надалі пролетіти повз Уран і Нептун завдяки гравітаційним маневрам під час прольотів біля Юпітера (1979), Сатурна (1981) й Урана (1986). «Вояджер-2» залишається єдиним космічним апаратом, який відвідав обидва крижані гіганти, і був третім із п'яти космічних апаратів, які досягли другої космічної швидкості відносно Сонця, що дало їм змогу покинути Сонячну систему.
«Вояджер-2» успішно виконав свою основну місію: він відвідав системи Юпітера (1979), Сатурна (1981), Урана (1986) й Нептуна (1989). Нині космічний апарат виконує свою розширену місію з вивчення міжзоряного середовища. Станом на січень 2024 року він перебуває на відстані 136 а. о. (20,3 млрд км) від Землі.
Космічний апарат увійшов у міжзоряне середовище 5 листопада 2018 року на відстані 119,7 а. о. (17,9 млрд км) від Сонця, рухаючись зі швидкістю 15,341 км/с відносно Сонця. «Вояджер-2» покинув геліосферу і нині рухається через міжзоряне середовище (область космічного простору поза межами впливу Сонячної системи), приєднавшись до «Вояджера-1», який досяг міжзоряного середовища у 2012 році. «Вояджер-2» почав проводити перші прямі вимірювання густини й температури міжзоряної плазми.
«Вояджер-2» підтримує зв'язок із Землею через Мережу далекого космічного зв'язку НАСА. За зв'язок відповідає антена DSS 43 Комплексу далекого космічного зв'язку в Канберрі, розташована поблизу Канберри.
Історія
Передумови Вже на початку космічної ери було зрозуміло: наприкінці 1970-х років зовнішні планети розташуються так, що за рахунок нової на той час техніки гравітаційних маневрів стане можливим послідовний проліт повз Юпітер, Сатурн, Уран і Нептун. З огляду на це НАСА розпочало роботу над програмою Grand Tour («Велика подорож»), яка згодом перетворилася на масштабний проєкт за участю двох команд, по два космічні зонди в кожній, одна з яких працювала над відправленням зондів до Юпітера, Сатурна й Плутона, а друга — Юпітера, Урана й Нептуна. Космічний корабель мав бути спроєктований із системами підвищеної надійності, які забезпечили б його функціонування впродовж усього польоту. До 1972 року місію скоротили й замінили двома космічними апаратами, які були нащадками програми «Марінер» — зондами Mariner Jupiter-Saturn. Щоб утримати витрати на програму на низькому рівні, місія передбачала прольоти лише повз Юпітер і Сатурн, але можливість організації «Великої подорожі» ще зберігалася. У міру розвитку програми її назву змінили на «Вояджер».
Основною метою «Вояджера-1» було дослідження Юпітера, Сатурна та його супутника Титана. «Вояджер-2» теж мав дослідити Юпітер і Сатурн, але його траєкторія допускала можливість продовження до Урана й Нептуна, або його можна було перенаправити до Титана як дублера «Вояджера-1». Оскільки «Вояджер-1» завершив свою місію успішно, «Вояджеру-2» була призначена нова, продовжена місія — досліджувати Уран і Нептун.
Конструкція космічного апарата «Вояджер-2» був сконструйований Лабораторією реактивного руху (JPL) і мав 16 гідразинових двигунів, систему стабілізації за трьома осями, гіроскопи та інструменти орієнтації за небесними орієнтирами (датчик Сонця/датчик Канопуса), які забезпечували наведення антени на Землю. Разом ці прилади, а також резервні блоки більшості приладів та вісім резервних двигунів входять до складу підсистеми керування орієнтацією та артикуляцією (AACS). Крім того, космічний апарат містить 11 наукових приладів, призначених для дослідження небесних об'єктів під час своєї космічної подорожі.
Системи зв'язку «Вояджер-2» створювався з розрахунком на можливу міжзоряну подорож і тому був оснащений великою направленою параболічною антеною діаметром 3,7 м для передавання даних на Землю через Мережу далекого космічного зв'язку НАСА. Зв'язок здійснюється в S-діапазоні (довжина хвилі бл. 13 см) та X-діапазоні (довжина хвилі бл. 3,6 см). Швидкість передавання даних становила до 115,2 кбіт/с на відстані орбіти Юпітера, а потім зі збільшенням відстані поступово зменшувалася за законом обернених квадратівhttps://voyager.gsfc.nasa.gov/Library/DeepCommo_Chapter3--141029.pdf. Коли космічний апарат через своє невдале розташування відносно Землі не може зв'язатися з нею, цифровий стрічковий самописець (DTR) може записати близько 64 мегабайт даних для передання в інший часhttps://web.archive.org/web/20190529081627/https://forum.nasaspaceflight.com/index.php?action=dlattach;topic=9476.0;attach=591860.
Системи живлення «Вояджер-2» оснащений трьома багатосотватними радіоізотопними термоелектричними генераторами (MHW RTG). Кожний РТГ складається з 24 пресованих сфер з оксиду плутонію. Під час запуску кожний РТГ виробляв достатньо тепла для генерації приблизно 157 Вт електричної енергії. Разом усі РТГ забезпечували космічний апарат 470 Вт енергії під час запуску; із часом ця величина зменшуватиметься (кожні 87,7 року вдвічі). Прогнозувалося, що РТГ дадуть змогу продовжувати роботу щонайменше до 2020 року, а забезпечувати енергією п'ять наукових інструментів зможуть до початку 2023 року. У квітні 2023 року Лабораторія реактивного руху почала використовувати резервуар резервного живлення, призначений для бортового механізму безпеки. З огляду на це очікується, що всі п'ять інструментів продовжать роботу до 2026 рокуhttps://web.archive.org/web/20181016011258/http://www3.ans.org/pubs/magazines/nn/pdfs/1999-4-2.pdf.
Керування орієнтацією та рушійний модуль Оскільки для виведення на траєкторію до Юпітера космічного апарата з корисним навантаженням 825 кг необхідний досить великий запас енергії, він був обладнаний рушійним модулем, який складався з твердопаливного двигуна масою 1123 кг і восьми гідразинових однокомпонентних ракетних двигунів, чотири з яких забезпечували керування за тангажем і рисканням, а чотири — за креном. Рушійний модуль був скинутий невдовзі після його успішного увімкнення під час прольоту повз Юпітер.
Шістнадцять гідразинових маршових двигунів MR-103 на основному модулі місії забезпечують керування положенням. Чотири з них використовуються для виконання маневрів корекції траєкторії; інші — у двох резервних гілках по шість двигунів — для стабілізації космічного апарата за трьома осями. У будь-який момент часу потрібна лише одна гілка двигунів управління орієнтацією.
Живлення двигунів здійснюється з одного сферичного титанового бака діаметром 70 см. Під час запуску він містив 100 кг гідразину; цього запасу палива має вистачити до 2034 року.
Наукові інструменти Imaging Science System (ISS) — наукова система візуалізації (відключена). Використовувалася двокамерна вузько- і ширококутова система для отримання зображень зовнішніх планет та інших об'єктів вздовж траєкторії польоту.
Головний дослідник: Бредфорд Сміт / Університет Аризони. Дані: каталоги даних PDS/PDI, PDS/PRN.
Radio Science System (RSS) — радіотехнічна наукова система (відключена). Використовувала телекомунікаційну систему космічного апарата «Вояджер» для визначення фізичних властивостей планет і супутників (іоносфери, атмосфери, маси, гравітаційні поля, густини), а також кількості й розподілу за розмірами матеріалу в кільцях Сатурна і розмірів кілець.
Головний дослідник: G. Tyler / Стенфордський університет, огляд PDS/PRN. Дані: каталоги даних PDS/PPI, PDS/PRN (VG_2803), архів даних про Сатурн NSSDC.
Infrared Interferometer Spectrometer (IRIS) — інфрачервоний інтерферометр-спектрометр (відключений). Досліджував глобальний і локальний енергетичний баланс та склад атмосфери. Отримував вертикальні температурні профілі планет і супутників, а також склад, теплові властивості та розмір частинок у кільцях Сатурна.
Головний дослідник: Rudolf Hanel / Центр космічних польотів імені Ґоддарда (PDS/PRN). Дані: каталог даних PDS/PRN, розширений каталог даних PDS/PRN (VGIRIS_0001, VGIRIS_002https://pds-rings.seti.org/viewmaster/volumes/VGIRIS_xxxx_peer_review/VGIRIS_0002).
Ultraviolet Spectrometer (UVS) — ультрафіолетовий спектрометр (відключений). Був призначений для вимірювання характеристик атмосфери, а також для вимірювання радіації.
Головний дослідник: A. Broadfoot / Університет Південної Каліфорнії (PDS/PRN). Дані: каталог даних PDS/PRN.
Triaxial Fluxgate Magnetometer (MAG) — тривісний індукційний магнітометр (працює). Призначений для дослідження магнітних полів Юпітера і Сатурна, взаємодії сонячного вітру з їхніми магнітосферами, а також міжпланетного магнітного поля до межі сонячного вітру з міжзоряним магнітним полем і далі, коли вона буде перетнута.
Головний дослідник: / Центр космічних польотів імені Ґоддарда. Дані: каталог даних PDS/PPI, архів даних NSSDC
Plasma Spectrometer (PLS) — плазмовий спектрометр (працює). Досліджує макроскопічні властивості іонів плазми та вимірює електрони в діапазоні енергій від 5 еВ до 1 кеВ.
Головний дослідник: Джон Річардсон (John Richardson) / Массачусетський технологічний інститутhttps://web.mit.edu/space/www/voyager/voyager.html. Дані: каталог даних PDS/PPI, архів даних NSSDC.
Low Energy Charged Particle Instrument (LECP) — інструмент для вимірювання енергії низькоенергетичних заряджених частинок (працює). Вимірює різницю потоків енергії та кутові розподілів іонів, електронів і різницю енергетичного складу іонів.
Головний дослідник: Стаматіос Кріміджіс / (APL) Університету Джонса Гопкінса / Університет Меріленду (JHU/APL / UMD / KUhttp://voyager.ftecs.com/default.htm). Дані: графіки даних UMD, каталог даних PDS/PPI, архів даних NSSDC.
Cosmic Ray System (CRS) — (працює). Визначає походження та процес прискорення, розвиток і динамічний внесок міжзоряних космічних променів, нуклеосинтез елементів у джерелах космічних променів, поведінку космічних променів у міжпланетному середовищі та планетарні пояси енергетичних частинок.
Головний дослідник: Едвард Стоун / Каліфорнійський технологічний інститут / Центр космічних польотів імені Ґоддарда. Дані: каталог даних PDS/PPI, архів даних NSSDC.
Planetary Radio Astronomy Investigation (PRA) — інструмент для планетарних радіоастрономічних досліджень (відключений). Використовував широкосмуговий радіоприймач для дослідження радіовипромінювання Юпітера та Сатурна.
Головний дослідник: Джеймс Ворвік (James Warwick) / Університет Колорадо. Дані: каталог даних PDS/PPI.
Photopolarimeter System (PPS) — фотополяриметр (відключений). Використовував телескоп із поляризатором для збору інформації про текстуру і склад поверхні Юпітера й Сатурна, а також інформацію про властивості і щільність розсіювання в їхніх атмосферах.
Головний дослідник: Артур Лейн (Arthur Lane) / Лабораторія реактивного руху (JPL) (PDS/PRN). Дані: каталог даних PDS/PRN.
Plasma Wave Subsystem (PWS) — плазмово-хвильова підсистема (працює). Забезпечує неперервні, незалежні від оболонки вимірювання профілів електронної густини на Юпітері та Сатурні, а також базову інформацію про локальну взаємодію хвиля — частинка, корисну для вивчення магнітосфер.
Головний дослідник: / Університет Айови. Дані: каталог даних PDS/PPI.
Траєкторія польоту «Вояджера-2» Зонд «Вояджер-2» був запущений НАСА 20 серпня 1977 року з на мисі Канаверал, штат Флорида, на борту ракети-носія «Титан-3E/Centaur». Через два тижні, 5 вересня 1977 року, був запущений зонд-близнюк «Вояджер-1». Однак «Вояджер-1» досягнув Юпітера й Сатурна швидше, оскільки «Вояджер-2» був запущений довшою, більш круговою траєкторією.