Пионер-10 стал первым космическим аппаратом , достигшим третьей космической скорости , первым аппаратом, совершившим пролёт Юпитера и сфотографировавшим планету. Аппарат-близнец «Пионер-11 » исследовал также Сатурн .
Масса аппарата составляла 260 кг, в том числе 30 кг научных приборов; высота - 2,9 м, максимальный поперечный размер (диаметр отражателя остронаправленной антенны) - 2,75 м.
«Межзвездное письмо» Пионера-10
На корпусе аппарата была установлена анодированная пластинка из прочного алюминиевого сплава. Размеры пластинки 220х152 миллиметров. Автором рисунка является Карл Саган .
На пластине изображены:
- молекула нейтрального водорода
- две человеческие фигуры, мужчины и женщины, на фоне контура аппарата
- относительное положение Солнца относительно центра Галактики и четырнадцати пульсаров
- схематическое изображение Солнечной системы и траектория аппарата относительно планет.
Рисунок молекулы водорода показан состоящим из двух атомов с разным спином. Расстояние между центрами пропорционально длине волны излучения нейтрального водорода (21 сантиметр). Это число является масштабной линейкой для нахождения других линейных величин на пластинке. Рост людей на пластинке можно найти, умножив число 8 (в двоичном коде выгравировано рядом с фигурой женщины в квадратных скобках)на 21. Размеры аппарата на втором плане даны в том же масштабе.
Пятнадцать расходящихся из единой точки линий позволяет вычислить звезду, от которой прилетел аппарат и время старта. Рядом с четырнадцатью линиями нанесен двоичный код, который указывает период пульсаров, находящихся в окрестностях Солнечной системы. Поскольку со временем период пульсаров увеличивается по известному закону, можно вычислить время запуска аппарата.
На схеме Солнечной системы рядом с планетами в двоичном виде указаны относительные расстояния от планеты до Солнца.
Критика послания
Многие символы на картинке могут оказаться непонятными иному разуму. В частности, таким символами могут стать квадратные скобки, обрамляющие двоичные числа, знак стрелы на траектории отлета Пионера. Приветственно поднятая рука мужчины тоже понятна только человеку.
Дальнейшая судьба аппарата
Вылетев довольно далеко за пределы орбиты Нептуна, аппарат начал испытывать силу неизвестного происхождения, вызывающую очень слабое торможение. Данное явление было названо «эффектом Пионера ». Высказывалось много предположений, вплоть до неизвестных пока эффектах инерции или даже времени. Некоторые говорят просто о систематической ошибке измерения . Причиной же постоянного ускорения оказалась асимметричность теплового излучения самого Пионера-10 .
Последний, очень слабый сигнал от Пионера-10 был получен 23 января 2003 года, когда он находился в 12 миллиардах километров (80 а.е.) от Земли. Сообщалось, что аппарат направляется в сторону Альдебарана. Если с ним ничего не случится по пути, он достигнет окрестностей этой звезды через 2 миллиона лет .
Примечания
См. также
- Исследования Юпитера
Ссылки
- Pioneer Odyssey, NASA SP-396, 1977 - Онлайновая книга о Пионере-10 и Пионере-11 с фотографиями и диаграммами.
- A distant Pioneer whispers to Earth - статья в CNN, 19 декабря, 2002
| Исследование Юпитера космическими аппаратами | |
|---|---|
| С пролётной траектории | |
| С орбиты | |
| Спускаемые зонды | |
| Будущие миссии | |
| Отменённые миссии | |
| См. также | |
| Жирный шрифт обозначает действующие АМС | |
«Пионер» (Pioneer) - серия автоматических космических станций, разработанных поочередно ВВС США, армией США и космическим агентством НАСА. Речь идет о 19 различных космических аппаратах, которые в период с 1958 по 1978 годы были запущены с Земли с целью исследования Луны, Солнца, Юпитера, Сатурна и Венеры.
Все экспедиции автоматических станций «Пионер» проходили под лозунгом фундаментального исследования. Наука поначалу стояла на втором месте, важнее было испытать в деле космическую технику, ведь в 1958 году космонавтика находилась лишь на этапе зарождения.
Целью исследования автоматических станций «Пионер 0» – «Пионер 4», а также «Пионер A» – «Пионер D» была Луна, «Пионер 5» был использован для осуществления пробной межпланетной экспедиции, космические аппараты «Пионер 6» – «Пионер 9» и «Пионер E» были предназначены для исследования Солнца, станции «Пионер 10» и «Пионер 11» – для проникновения во внешнюю часть Солнечной системы (к планетам-гигантам Юпитеру и Сатурну), а «Пионер-Венера 1» и «Пионер-Венера 2» были направлены к Венере.
Начало программы «Пионер» было положено Военно-Воздушными Силами США: они сконструировали три 38-килограммовых космических аппарата. Первоначальной целью был пролет аппаратов около Луны. Все они уже были оснащены оптическими системами.
«Пионер 0» вместе с ракетой «Тор-Эйбл» взорвался 17 августа 1958 года через 77 секунд после запуска.
Запуск «Пионера 1» состоялся 11 октября 1958 года. Однако из-за преждевременного отключения второй ступени ракеты-носителя «Тор-Эйбл» он достиг лишь предельной высоты 113 854 км (что составляет около одной трети расстояния от Земли до Луны) и спустя 43 часа полета сгорел в атмосфере Земли. 8 ноября 1958 года из-за отказа третьей ступени ракеты-носителя «Тор-Эйбл» космический аппарат «Пионер 2» смог удалиться от Земли лишь на 1500 км и затем тоже сгорел в атмосфере Земли.
После этого за дело взялась армия США. К числу задействованных в программе ученых относился и Вернер фон Браун. Две космические станции, сконструированные под его руководством, весили всего по 6 кг и в качестве научного эксперимента были оснащены детекторами излучения.
6 декабря 1958 года вследствие преждевременного отключения первой ступени ракеты-носителя «Джуно-II» «Пионер 3» достиг лишь предельной высоты 102 230 км и затем подобно «Пионеру 1» сгорел в атмосфере Земли через 38 часов полета.
В конце концов, 4 марта 1959 года Соединенным Штатам удалось совершить решающий прорыв: с помощью ракеты «Джуно-II» был осуществлен успешный запуск космического аппарата «Пионер 4», который пролетел на расстоянии 60 000 км от Луны. После этого он покинул зону действия земного тяготения и стал первым американским космическим аппаратом, который вышел в межпланетное пространство. Однако США опоздали: советская автоматическая станция «Луна-1» уже осуществила ту же миссию 4 января 1959 года, т.е на 2 месяца раньше «Пионера 4».
Чтобы не отставать в космической гонке от Советского Союза, в 1959 году американское космическое агентство НАСА подготовило запуск 4 орбитальных спутников Луны общей массой около 170 кг. Запуск этих 4 космических аппаратов НАСА оказался неудачным, и факт провала был скрыт от общественности. В связи с этим фигурирующие в документах названия этих погибших автоматических станций являются противоречивыми и спорными:
«Пионер A», иначе «Пионер P-1» (часто вовсе не упоминающийся в документах!), взорвался 24 сентября 1959 года вместе с ракетой-носителем «Атлас-Эйбл» при проведении предстартового испытания двигателя ракеты.
«Пионер B», иначе «Пионер P-3», разрушился 26 ноября 1959 года через 45 секунд после запуска вследствие отказа головного обтекателя ракеты «Атлас-Эйбл».
«Пионер C», иначе «Пионер P-30», взорвался вместе с ракетой-носителем «Атлас-Эйбл» 25 сентября 1960 года.
«Пионер D», иначе «Пионер P-31», взорвался вместе с ракетой «Атлас-Эйбл» 15 декабря 1960 года.
В 1960 году агентство НАСА также испытало прототип межпланетной космической станции. И хотя в его распоряжении был один единственный экземпляр весом 43 кг, все прошло удачно:
«Пионер 5» был запущен 11 марта 1960 года с помощью ракеты-носителя «Тор-Эйбл». При этом связь с ним удавалось регулярно поддерживать до 30 апреля 1960 года, а затем сигналы от него периодически принимались еще до 24 июня 1960 года, однако цель эксперимента была достигнута.
После этого программа «Пионер» была временно приостановлена в связи с осуществлением лунной программы «Рейнджер» и программы «Маринер» (программа исследования Венеры и Марса). Работы по созданию новых космических аппаратов «Пионер» были возобновлены лишь в 1965 году. При этом их целью стало исследование межпланетного пространства, в рамках которого должна была быть создана сеть автоматических межпланетных станций для исследования Солнца.
«Пионер E» был запущен 27 августа 1969 года, однако ракета-носитель «Дельта» взорвалась вскоре после запуска, и космическая станция была разрушена.
Тем не менее, остальные аппараты работали удовлетворительно. Проводившиеся с их помощью эксперименты включали в себя измерение частиц космической пыли, различных лучей и магнитных полей. При этом межпланетная станция «Пионер 7» была использована уже в 1986 году для наблюдения за кометой Галлея с расстояния 12 миллионов км.
Первым НАСА потеряла связь с «Пионером 9». Это произошло 18 мая 1983 года. Остальные 3 космических аппарата работали до середины 1990-х годов. Связь с «Пионером 7» прервалась 31 марта 1995 года, с «Пионером 8» – 22 августа 1996 года. Связь с «Пионером 6» также частично прервалась после 1995 года. Последний раз связь с ним была установлена 8 декабря 2000 года – спустя 35 лет после запуска. Это – абсолютный рекорд срока службы.
В 1970-е годы были запущены последние 4 автоматические станции «Пионер». «Пионер 10» и «Пионер 11» были предназначены для исследования Юпитера и Сатурна, а также пояса астероидов; аппараты «Пионер-Венера» – для изучения Венеры. Эти экспедиции прошли успешно:
и, наконец, «Пионер-Венера 2» – 8 августа 1978 года с помощью все той же ракеты «Атлас-Центавр».
С момента первых практических полетов ракет в космос, за пределы Земли было доставлено свыше 3 тысяч объектов различного назначения, и лишь 5 аппаратов направляются далеко за пределы Солнечной системы. Речь идет о легендарных зондах, совершивших в свое время, уникальные открытия в области астрономии. Аппараты: Вояджер 1 и 2, Пионер 10 и 11, Новые Горизонты. Им удалось во всех деталях показать нам миры с расстояния вытянутой руки, которые раньше представлялись нам мерцающими крошечными точками в небе. Мы отлично помним о совершенной ими титанической работе в прошлом, но по большей части мы совершенно не в курсе, где эти аппараты находятся сегодня, а ведь некоторые из них функционируют и передают данные до сих пор.
Пионер-10
Этот зонд полностью оправдывает свое название «Пионер». Запущенный в далеком 1972 году, он был первым во многом, но самым главным его достижением было преодоления силы гравитации , за счет маневра у .
Пионер-10 стал первым аппаратом, направившийся в межзвездное пространство, неся на своем борту первое «вещественное» послание внеземным цивилизациям.
Сегодня (зима 2017 года), Пионер 10 находиться на расстоянии 115 а. е. от Земли. Космическое агентство НАСА еще в середине 90-х годов потеряло всякий контроль над аппаратом, но ответный сигнал об активном состоянии бортового компьютера Пионера продолжал улавливаться на Земле еще вплоть до лета 2003 года.
Считается что и сейчас корабль имеет слабое питание компьютера, и исправный передатчик, но мощности сигнала радиостанции недостаточно чтобы даже самая большая антенна на Земле смогла его «услышать». Проще говоря, у Пионера-10 просто сели батарейки.
Пионер-11
Следующий аппарат, той же серии, был отправлен к , для изучения планеты, его колец и спутников. Корабль передал массу снимков не только Сатурна, но и транзитного для его полета — Юпитера. После чего, Пионер-11 был выброшен в открытый космос силами «гравитационной рогатки» планет гигантов.
Сейчас Пионер-11 находиться на расстоянии 105 а. е. от Земли. Последний успешный радиообмен с зондом был произведен в 1995 году, но из-за того, что передающая тарелка Пионера-11 со временем утратила точную ориентацию на Землю, дальнейшая передача сигнала стала невозможной. Как и Пионер-10, Пионер-11 скорей всего находиться в рабочем состоянии, и продолжает передавать слабый сигнал (отчет о работе бортового компьютера) мимо Земли за пределы солнечной системы.
Вояджер-1
Самый дальний от нашей планеты объект искусственного происхождения. Сейчас Вояджер-1 находиться на расстоянии 142 а. е. от Земли. Аппарат и сегодня имеет прямую связь с Землей, однако некоторая часть оборудования корабля за 38 лет полета вышла из строя, вполне возможно следствием этого могли стать мощные столкновения зонда с космической пылью.
Вояджер-1 настолько удалился от Солнца, что будь у него возможность оглянуться назад, и наше родное светило выглядело как яркая звезда, не дающая аппарату практически никакого тепла. Вояджер-1 сейчас находиться в практически полной темноте, температура за бортом приближается к температуре реликтового излучения и на данный момент составляет не более 12 Кельвинов. Хотя Вояджер-1 формально покинул известную нам Солнечную систему, однако на него все еще оказывает влияние гравитация Солнца, то есть аппарат может «встречается» с объектами, вращающимися вокруг Солнца. А вот микроскопическое вещество, окружающее Вояджер-1 уже, имеет мало общего с нашей Системой и является частью межзвездной среды – продуктом других звезд и газопылевых облаков.
Вояджер-2
Наверное, самый удачный космический зонд, который был отправлен человеком для изучения Солнечной системы. Вояджер посетил сразу 4 планеты, открыл множество новых объектов и с огромной скоростью вылетел за пределы системы Солнца.
Сейчас Вояджер-2 находится на расстоянии 120 а. е. от Земли. Его оборудование полностью исправно, хотя находиться в режиме пониженного потребления энергии бортовых реакторов. Примерно один раз в год, производиться сеанс связи с аппаратом. Вояджер-2 продолжает отвечать на любую команду с с задержкой сигнала более 23 часов. Ожидается, что до момента критического исчерпания уровня генерации тока, оба Вояджера еще около 10 лет смогут держать связь с Землей.
При достижении 1-й космической скорости объект выйдет на замкнутую орбиту вокруг небесного тела и останется там. При достижении 2-й космической скорости объект сможет преодолеть гравитационное притяжение этого тела и отправиться к другим планетам. При достижении же 3-й космической скорости, объект сможет навсегда покинуть Солнечную систему и отправиться к звездам...
К настоящему моменту таких объектов немного - лишь пять аппаратов достигли 3-й космической скорости и трудно сказать, когда этот список может быть пополнен. Если на Земле случится какая-то глобальная катастрофа, то возможно что эти аппараты останутся единственным доказательством существования человеческой цивилизации.
Пионер-10 и Пионер-11
Итак. первым космическим аппаратом достигшим достаточной скорости чтобы навеки покинуть Солнечную систему стал Пионер-10 . Запущенный в марте 1973 года, он прошел по пролетной траектории вблизи Юпитера после чего направился в сторону созвездия Тельца. Связь с Пионером-10 была потеряна в 2003 году, сейчас он находится на расстоянии 108 а.е. от Солнца и продолжает удаляться от нас со скоростью 2.536 а.е. в год. Предполагается, что через 2 миллиона лет Пионер-10 может пройти вблизи одной из звезд входящих в рассеянное скопление Гиады (где кстати находится Альдебаран).
Вторым аппаратом стал Пионер-11 , который был запущен в апреле 1973 года. После изучения Юпитера, аппарат был отправлен к Сатурну, что первоначально не входило в планы NASA - коррективы были внесены уже во время полета. После прохождения в 1979 вблизи Сатурна, никаких дальнейших коррекций курса не производилось и аппарат отправился в вечное путешествие по направлению к созвездию Орла. Связь с аппаратом была потеряна в 1995 году. Сейчас он находится на расстоянии 88 а.е. от Солнца и продолжает ежегодно увеличивать его на 2.396 а.е., что делает его самым медленным из всей "пятерки". Предполагается, что примерно через 4 миллиона лет Пионер-11 может приблизиться к какой-то из звезд созвездия.
По настоянию Карла Сагана , незадолго до запуска на борт Пионеров была помещена алюминиевая пластинка с символьной информацией о Земле, её местоположении (для получения метрических и временны́х единиц на пластинке, воспроизведена схема излучения атома водорода, а также карта пульсаров, на которой помечено положение Солнца в Галактике), и схематичным рисунком человека на фоне аппарата, чтобы гипотетические пришельцы смогли лучше представить себе масштабы.
Пластинка прикрепленная к Пионеру
Что интересно, впоследствии авторы послания подверглись шквалу критики. Их обвиняли в расизме (ведь на картинке изображены белые люди), порнографии (ведь люди на картинке голые - изображение женщины кстати отцензурировали, лишив черточки обозначавшей вульву), в том, что пришельцы не смогут его прочесть, в том что не смогут понять смысл приветственного жеста мужчины на рисунке, и в конце концов в том, что не стоит отправлять такую информацию в космос, ибо это может быть опасно.
Собственно, тот самый выгравированный на пластинке рисунок
Стоит отметить, что на табличке нарисованы 9 планет солнечной системы (ведь тогда Плутон еще считался планетой), а в случае с Пионером-11 его траектория указана неверно. Ведь как уже говорилось, маневр к Сатурну не был запланирован, и в реальности аппарат покинул Солнечную систему по траектории, фактически противоположной указанной.
И тем не менее, случись что с Землей, и возможно эти пластинки все, что будет напоминать о нашем существовании. Кстати, Джеймс Ван Аллен в своей автобиографии в шутливой форме признавался, что незадолго до запуска намеренно оставил отпечатки своих пальцев на корпусе Пионера-10 в надежде что они еще миллионы лет будет кружить вокруг центра нашей галактики и возможно даже переживут Солнце.
Вояджер-1 и Вояджер-2
Третьим и четвертым аппаратами набравшими 3-ю космическую скорость стали знаменитые Вояджеры. Запущенные в 1977 году, они вначале изучали Юпитер и Сатурн. Последней целью Вояджера-1 был Титан - пролетев вблизи спутника, аппарат получил значительный прирост скорости за счет гравитационного поля, что в итоге сделало его самым быстрым из всей пятерки аппаратов. Сейчас Вояджер-1 находится на расстоянии 124 а.е. от Солнца и продолжает ежегодно удаляться от него на 3.593 а.е., двигаясь при этом в том же направлении что и Солнце. В 40 722 году аппарат пройдет на расстоянии 1.7 световых года от красного карлика AC+79 3888.
Что касается Вояджера-2 , то он потерял часть полученной от Сатурна прибавки скорости при пролете Урана, но потом частично компенсировал эти потери за счет гравитационного маневра у Нептуна. Сейчас он находится на расстоянии 102 а.е. от Земли и продолжает ежегодно удаляться еще на 3.253 а.е. За счет большей скорости со временем он обгонит Пионер-10 и станет вторым по удаленности от Солнца космическим аппаратом, но вот Вояджер-1 перегнать ему уже не суждено.Через 40 000 лет Вояджер-2 пройдет на расстоянии 1.7 световых года от звезды Росс 248, а еще через 256 000 лет подойдет на расстояние 4.3 световых года к Сириусу.
Миссия Вояджеров была намного амбициознее, нежели Пионеров. Неудивительно, что в этот раз ученые заранее готовили послание для возможных инопланетян.
На борту каждого из Вояджеров был размещен алюминиевый футляр внутри которого находится покрытая золотом 30 сантиметровая медная пластинка. Вместе с пластинкой в футляр упакованы фонографическая капсула и игла для воспроизведения записи, а на самом футляре выгравирована схема, изображающая установку иглы на поверхности записи, скорость проигрывания и способ преобразования видеосигналов в изображение. Кроме того, как и в случае с Пионерами, на поверхности футляра были указаны галактические координаты Солнца. На самой пластинке записана музыка, звуки Земли, приветствие на 50 языках, а также закодированы 116 изображений . Так как защитники морали и в этот раз не дремали, фотографий обнаженных людей на этих снимках тоже не было.
Слева сам футляр, справа находящаяся в нем пластинка со "Звуками земли". Существует предположение, что в течении миллионов лет космическая пыль так сильно повредит ее, что информацию с нее невозможно будет считать. Но уж лучше так, чем вообще ничего не делать.
А вот это инструкции NASA по тому, как надо расшифровывать изображение на футляре
Новые горизонты
И наконец, последним аппаратом достигшим к этому моменту 3-й космической скорости стал зонд Новые горизонты , запущенный в 2006 году для изучения Плутона. Поскольку его миссия еще продолжается и возможны коррекции курса, точная траектория по которой аппарат покинет Солнечную систему и его конечная скорость еще неизвестны. Понятно лишь, что скорость Новых горизонтов будет выше чем у Пионеров, и меньше чем у Вояджеров - а значит в списке самых удаленных рукотворных объектов от Земли он займет почетное третье место.
По каким-то причинам, в этот раз NASA решило не оставлять никаких посланий, адресованных внеземным цивилизациям. Но на борт аппарата все же попало несколько сувениров - два американских флага, две монеты, два компакта-диска на котором записаны имена 434 738 человек, участвовавших в акции «Send Your Name to Pluto», почтовая марка, кусочек первого частного космического корабля SpaceShipOne и капсула с частицей праха первооткрывателя Плутона Клайда Томбо . Если в будущем какие-то разумные особи перехватят аппарат, то вероятно они будут долго ломать голову над предназначением этих предметов.
Схематичное изображение траекторий всех пяти аппаратов, покидающих пределы Солнечной системы
Хочется отметить еще один любопытный факт - пока что возможности земной техники не позволяют достигнуть 3-й космической скорости при старте с Земли. Каждый из этой пятерки аппаратов добирал недостающую скорость за счет гравитационного маневра у Юпитера, который может дать приращение скорости до 40 км/с.
Другие объекты покидающие Солнечную систему
Завершая этот мини-обзор, необходимо упомянуть, что помимо данной "пятерки", существует еще одна группа объектов, которым суждено навсегда покинуть Солнечную систему. Речь идет о последних ступенях ракет носителей, выводивших все эти аппараты в космос. Так как они двигались по примерно таким же траекториям, что и сами корабли, то предполагается что пройдя возле Юпитера эти ступени достаточно ускорились, чтобы этого хватило для достижения 3-й космической скорости. Единственным исключением является последняя ступень ракеты, отправившей в космос Пионер-11, которая согласно расчетам должна была просто выйти на гелиоцентрическую орбиту.
Поневоле можно задаться вопросом - если в нашей галактике существуют другие разумные виды, которым суждено найти оставленные человечеством артефакты, то что из всего этого будет найдено с большей долей вероятности? И с другой стороны, если мы сами найдем артефакты внеземного происхождения, то чем они будут - какой-то сложной и продвинутой техникой, содержащей указания на то, кто ее создал или же просто космическим мусором? И не существуют ли у потенциальных пришельцев аналогов наших блюстителей морали, решающих за другие разумные виды что может считаться непристойностями и что не следует отправлять в космос?
Масса аппарата составляла 260 кг, в том числе 30 кг научных приборов; высота - 2,9 м, максимальный поперечный размер (диаметр отражателя стронаправленной антенны) - 2,75 м.
В качестве источника питания были выбраны четыре радиоизотопных генератора (РИГ) SNAP-19 на плутонии-238, изготовленные компанией Teledyne Isotopes из топливных дисков Лос-Аламосской лаборатории, с суммарной мощностью 155 Вт в начале полета и 140 Вт к моменту прилета к Юпитеру. Для питания систем КА было нужно 100 Вт, для научной аппаратуры - еще 26 Вт. Избытком мощности заряжали серебряно-кадмиевую аккумуляторную батарею либо излучали его через радиатор. Чтобы РИГ создавали как можно меньшие помехи научной аппаратуре, их установили на концах двух штанг, отводимых в сторону от корпуса на 3 м после отделения КА от носителя. На третьей штанге длиной 6.6 м разместили датчик магнитометра.
Система ориентации и стабилизации включала датчик звезды Канопус и два солнечных датчика в качестве измерительных средств. Из шести сопел два смотрели вдоль оси КА вниз, два вверх и два - по касательной к окружности антенны LGA. Никакого компьютера на борту не предусматривалось. В принципе бортовые ЭВМ к моменту создания КА Pioneer 10 уже существовали, но они были еще слишком велики и тяжелы. Отсутствие компьютера автоматически означало необходимость выдачи с Земли большого количества команд, и в основном в реальном времени. Если, конечно, считать таковым радиообмен с Юпитером: 45 минут "туда", 45 "обратно".
На космический корабль была установлена параболическая антенна диаметром 2.74 метров и глубиной 46 см.
Герметичная камера аппарата представляла собой шестигранник глубиной 36 см, каждая сторона которого 71 см в длину. К каждой стороне был присоединен модуль, предназначенный для определенного научного эксперимента.
Так же были установлены:
Антенна с высоким коэффициентом усиления;
- антенна со средним коэффициентом усиления;
- всенаправленная антенна;
Радиосистема КА включала, помимо трех упомянутых антенн, два передатчика мощностью 8 Вт на лампах бегущей волны с частотой 2292 МГц (диапазон S) и два приемника на частоте 2110 МГц. Любой передатчик можно было подключить к антенне HGA либо к паре MGA/LGA. Бортовой блок цифровой телеметрии мог готовить данные в 13 разных форматах (с возможностью определения и коррекции сбойных битов) для сброса со скоростью от 16 до 2048 бит/с. Самая высокая скорость предназначалась для начального этапа полета при приеме на 26-метровую антенну; прием от Юпитера велся уже на 64-метровую антенну со скоростью 1024 бит/с. Для временного хранения информации на борту служило запоминающее устройство емкостью 49152 бит.
По командной радиолинии со скоростью 1 бит/с можно было передать 222 разных команды - из низ 149 для управления системами КА и 73 для управления научной аппаратурой. Два декодера и блок распределения команд определяли достоверность каждой команды и ее адресата. Так как команда состояла из 22 бит, на ее прием на борту требовалось 22 секунды. Поэтому аппарат имел и программную память - на пять команд, которые могли быть выполнены друг за другом с заданными временными интервалами. Чтобы обеспечить заданную продолжительность работы КА - 21 месяц, разработчики максимально упростили борт за счет усложнения наземной части. Главные компоненты задублировали, остальные ставили на борт только при наличии опыта использования в космосе.
15 февраля 1973 г., на расстоянии 3.7 а.е. от Солнца, Pioneer 10 вышел из пояса астероидов неповрежденным и приблизился к Юпитеру.
В гравитационном поле газового гиганта станция получила скорость, достаточную для ухода из Солнечной системы. В результате в феврале 1976 г. Pioneer 10 пересек орбиту Сатурна, 11 июля 1979 г. - орбиту Урана и 13 июня 1983 г. - орбиту Нептуна в 30.28 а.е. от Солнца, все еще имея скорость 13.66 км/с. За следующие 20 лет аппарат ушел еще на 50 а.е., продолжая измерения космических лучей и солнечного ветра в той области, что сейчас известна как пояс Койпера.
Различные эксперименты проводились до тех пор пока не отказывало оборудование и пока хватало мощности аппарата. В 1989 году был разработан план экономии энергии на Пионере 10, в соответствии с которым приборы для научных экспериментов работали по определенной программе - то отключались, то заново запускались.
Детектор астероидов и метеоритов прекратил работу в 1973, вслед за ним гелиевый векторный магнитометр в ноябре 1975 и инфракрасный радиометр в январе 1974.
Детектор метеоритов был выключен в октябре 1980 из-за выхода из строя датчика низких температур. Сенсоры солнечного света пришли в негодность в мае 1986. Фотополяриметр был отключен в октябре 1993 в целях сохранения энергии.
Приемник радиоактивных частиц и анализатор плазмы были выключены в ноябре 1993 и сентябре 1995 по той же причине.
В январе 1996 оставшуюся мощность разделили между приемником заряженных частиц (CPI), корпускулярный телескопом (CRT), телескопа Geiger Tube Telescope (GTT) (во время старта мощность генераторов составляла 155 Вт, а теперь она снизилась до 65 Вт) и ультрафиолетовым фотометром.
В августе 2000 года только GTT все еще передавал данные. Правда в дальнейшем телескоп был отключен, чтобы сэкономить энергию для включения двигателей системы ориентации во время предстоящей коррекции траектории.
Ранее было объявлено, что корректировка прошла успешно, однако недавно выяснилось, что зонд не выполнил посланную команду.
Достаточно далеко вылетев за пределы орбиты Плутона, начал испытывать силу неизвестного происхождения, вызывающую очень слабое торможение. Данное явление было названо "эффектом Пионера". Высказывалось много предположений, вплоть до неизвестных пока эффектах инерции или даже времени. Некоторые говорят просто о систематической ошибке измерения.
Исследование Юпитера
В 1973 и 1974 мимо Юпитера прошли "Пионер-10" и "Пионер-11" на расстоянии (от облаков) 132 тыс. км и 43 тыс. км соответственно. В 1973 "Пионер-10" впервые пересек пояс астероидов, исследовав два астероида и обнаружив пылевой пояс ближе к Юпитеру. В декабре 1973 аппарат пролетел на расстоянии 132 тыс. км от облаков Юпитера. Были получены данные о составе атмосферы Юпитера, уточнена масса планеты, измерено её магнитное поле, а также установлено, что общий тепловой поток от Юпитера в 2,5 раза превышает энергию, получаемую планетой от Солнца.
Помимо Большого Красного Пятна, размеры которого превышают диаметр нашей планеты, обнаружено белое пятно поперечником более 10 тыс км. Инфракрасный радиометр показал, что температура внешнего облчного покрова составляет 133 K (-140 C). Было обнаружено также, что Юпитер излучает в 1,6 раза больше тепла, чем получает от Солнца.
Притяжение Юпитера сильно изменило траекторию полета аппарата. "Pioneer 10" стал двигаться по касательной к орбите Юпитера, удаляясь от Земли почти по прямой. Интересно, что шлейф магнитосферы Юпитера был обнаружен за пределами орбиты Сатурна.
"Пионер-10" также позволил уточнить плотность 4-х крупнейших спутников Юпитера.
Аппарат передал несколько сот снимков (невысокого разрешения)
планеты и галилеевых спутников.
"Пионер 10" обнаружил интенсивное излучение, исходящее от Юпитера, огромное магнитное поле, предполагающее наличие проводящей ток жидкости в недрах планеты.
Радиоизмерения указывали высоту ионосферы спутника Ио от 50 до 100 км над
поверхностью. Никто не предполагал увидеть ее на высоте 900 км над Ио.
Различия между показаниями Пионера и Галилео указывают на то, что атмосфера
и ионосфера Ио изменяются в зависимости от вулканической активности Ио.
Гравитационное поле Ио, видимо, позволяет невидимому газу, выброшенному
из вулканов, достигать чрезвычайных высот по сравнению с низкими высотами, достигаемыми пылью и другими вулканическими выбросами, которые отражают солнечный свет и могут быть видны на фотографиях.
"Пионер-10" и "Пионер-11" сфотографировали Ганимеда с близкого расстояния,
причём были обнаружены устойчивые тёмные и светло-зеленые образования.
Увеличение концентрации астероидных частиц было замечено лишь однажды - в течение недели на отметке 2.7 а.е. от Солнца, а в среднем их количество
оказалось намного меньше ожидаемого: если за март-июнь в датчики КА попала 41
пылевая частица,то за июнь-октябрь 1972 г. - 42. Pioneer 10 доказал, что пояс астероидов практической опасности не представляет;
зато он обнаружил пылевой пояс значительно ближе к Юпитеру.
6 ноября с расстояния 25 млн км начались опытные съемки Юпитера фотополяриметром, а 8 ноября станция пересекла орбиту Синопе, самого далекого спутника планеты. Начался 60-суточный период пролета, за время которого на борт было передано около 16000 команд. 26 ноября аппарат пересек ударную волну на границе магнитосферы Юпитера (вдвое снизилась скорость солнечного ветра, в 10 раз подскочила энергия частиц), а 27 ноября прошел магнитопаузу. 29 ноября он миновал все внешние спутники и вступил во внутреннюю область системы Юпитера.
Регулярная съемка Юпитера началась 26 ноября. Специальная наземная система преобразовывала отдельные сканы фотополяриметра IPP, полученные при вращении аппарата, в серию снимков планеты. Они приходили в двух цветовых диапазонах - синем и красном, из которых сначала искусственно синтезировался "зеленый" кадр, а затем цветной снимок. Изображения, принятые в течение суток до пролета и суток после него, были более детальными, чем доступные с земных елескопов. Всего с борта было принято более 500 снимков. Чтобы во время пролета обезопасить аппарат от выполнения случайных команд, вызванных радиацией вблизи Юпитера, на борт раз в несколько минут отправлялась "лечебная" посылка; кроме того, спец командная последовательность немедленно восстанавливала работу фотополяриметра в случае сбоя. Такие сбои начались на расстоянии в 9 радиусов планеты и произошли 10 раз; были потеряны несколько близких планов Юпитера и единственный запланированный кадр Ио. Не будь этого сбоя, вулканы Ио могли быть обнаружены на 7 лет раньше!
Последний снимок Юпитера на подлете Pioneer 10 сделал с расстояния 203000 км, а первый на отлете - удалившись уже на 504000 км. Станция также провела съемку Европы и Ганимеда, хотя и с невысоким разрешением. В ходе радиозатмения Ио было обнаружено, что этот спутник имеет слабую атмосферу высотой до 115 км и ионосферу, простирающуюся на 700 км, а вдоль орбиты Ио имеется водородное облако. Аппарат провел первые прямые измерения магнитного поля Юпитера, характеристик заряженных частиц, составил тепловую карту планеты, определил состав верхней атмосферы. Планета оказалась чуть тяжелее, чем давали астрономические расчеты, примерно на массу земной Луны, и Pioneer 10 пришел к цели на минуту раньше расчетного времени. 4 декабря 1973 г. в 02:25 UTC станция прошла на высоте 132252 км над границей облаков Юпитера на фантастической скорости - 36.7 км/с. Высота пролета была выбрана с целью разведки радиационной обстановки.
Было проведено 15 экспериментов для изучения межпланетных и планетарных магнитных полей, параметров солнечного ветра, космических лучей, переходную область гелиосферы, области нейтрального [неионизированного] водорода, распределения масс, размеров, потоков и скорости частиц пыли, полярных сияний и радиоизлучений Юпитера, атмосферы планеты и ее спутников, в особенности Ио. Было получено много фотографий Юпитера и его спутников.
