Merkúr, Vénusz, Mars, Hold, mind „megvolt” már az űrkutatóknak az űrkorszak első évtizedén belül. De ezek mind a belső Naprendszerben vannak. Az igazi felfedezések az aszteroidaövön kívül vártak a tudósokra, a gázóriásoknál.
Mi más lehetett volna az űrkutató tudósok célja, miután a rakétatudomány a kezükbe adta a megfelelő eszközt, mint meglátogatni minden bolygót. A hidegháború diktálta rohamtempóban érték el szovjet és/vagy amerikai űreszközök a könnyű prédának számító Holdat, Marsot és Vénuszt, majd egy kisebb trükk – a gravitációs hintamanőver – sikerre vitelét követően a Merkúrt. Szinte természetes volt, hogy a figyelem a külső Naprendszerre tevődik át és a kutatók a gázbolygókat akarják majd elérni.
A vágyat csak fokozta, hogy 1964-ben Gary Flandro, a JPL egy fiatal mérnöke sikerrel teljesített egy feladatot, ami a külső bolygók elérésének technikáival foglalkozott, és közben felfedezett egy hihetetlen véletlent. Flandro rájött, hogy a külső bolygók éppen olyan ritka helyzetben lesznek a ’70-es évek második felében a pályájukon, hogy lényegében egyetlen űrszondával végig lehetne látogatni őket. Legközelebb újabb 176 év múlva jön el egy ilyen lehetőség. A felfedezés villámgyors döntést szült, a NASA még abban az évben elhatározta, hogy egy szondapárost küld a külső bolygókhoz. A repülés(ek) tudományos programjának kidolgozására pedig egy tanácsadó csoport kapott megbízást, nem kisebb név vezetésével, mint James Van Allen.
A tudósok előtt két komolyabb probléma tornyosult: a köztünk és az óriásbolygók között terpeszkedő kisbolygóöv és az, hogy a rendelkezésre álló technika csak a Jupiterig volt szabatos. Senki nem tudta ugyanis, hogy az aszteroidaöv milyen sűrű, a távcsöves technika csak a legnagyobb objektumokat mutatta, de egy átrepülő űrszondát egy öklömnyi kőarab is ócskavassá tört volna. Valahogy ki kellett ismerni a kisbolygóöv igazi természetét. Aztán ha a Jupiteren túl is sikerülne jutni, a Szaturnusz, Uránusz, Neptunusz és a Plútó csak akkor volt elérhető, ha egy csak papíron létező technika, a gravitációs hintamanőver működik és az egyes bolygóknál sikerül a szondát továbbgyorsítani és pontos irányban tovább parittyázni.
Az ötlet beindította a NASA-t és megszületett egy stratégia: az óriásbolygókat egy szondapáros fogja elérni (a kettőzésnek biztonsági okai voltak, ha az egyik meghibásodna, még ne menjen pocsékba az egész küldetés). De az út kitaposására – a rengeteg ismeretlen faktor és bizonytalanság miatt – előre kell küldeni két egyszerűbb eszközt, két „úttörőt”. A választás az éppen futó Pioneer programra esett, abban repültek éppen megfelelőnek látszó szondák és egyébként is maga a program története is arról szólt, hogy az éppen „aktuális” ismeretlent kutassa. 1969 februárjában a NASA bejelentette, hogy Pioneer-F és Pioneer-G jelzéssel a Jupiterhez indít szondát.
A szondapáros küldetésére hármas célrendszert tűztek ki. Először is felfedezni a bolygóközi térség Marson túli részét. Másodszor felmérni a kisbolygóöv természetét és megállapítani a rajta átkelő űrhajókra váró veszélyeket. Harmadszor pedig megismerni a Jupiter környezetét. A logika egyszerű volt. A Marson túl még úgysem járt szonda, azt a részt biztos eléri a kifelé tartó űreszköz, érdemes adatokat gyűjteni. Aztán jöhet az aszteroidaöv, és ha azt túlélné a szonda, akkor tiszta haszon, a Jupitert is meg lehetne mustrálni. Később, a tervezés előre haladtával az étvágy még tovább nőtt, a tervezők „rájöttek”, hogy szerencsés esetben mégiscsak egy Jupiter-szondát fejlesztenek, így a kutatási programba belevették a holdak megfigyelését, vagy a Jupiter több hullámhosszon történő megfigyelését is.
A felküldendő eszköz megkettőzésének is megvolt a maga egyszerű oka. Ha valamilyen nem várt hiba merülne fel, legyen egy második dobás is, ne vesszen kárba a nagy ötlet. Az űrhajók kijelölt pályája hűen tükrözte ezt a gondolkodást: eredetileg a második szonda is ugyanazon az útvonalon repült volna, szükség esetén – például ha az első szonda külső okból, pl. egy meteorittal való ütközés miatt tönkremegy – át lehetett programozni a pályáját.
A pálya megtervezése is újdonság volt a tudósok számára, soha nem kellett még „kifelé” küldeni szondát. A Jupiter eléréséhez 51 500 km/h sebességre kellett gyorsítani az űreszközt és a tervezők az ún. „direkt felszállás” módszerét választották. A szonda nem állt parkolópályára a Föld körül, hanem egyből a kívánt sebességre gyorsították. A Cape Canaveral és a Jupiter majdnem két év múlva várható tartózkodási helye között feszülő parabolapályára állt. Az utazás 600-748 nap közötti időtartam között volt kivitelezhető, a megválasztott pályaívtől függően, feltéve, ha a startra azokban a két hétig tartó és nagyjából 13 havonta nyíló indítási ablakokban került sor, amelyekben a legkisebb energia-befektetéssel lehetett Hohmann-pályára küldeni egy űreszközt. Figyelemmel kellett lenni az érkezési időpontra is. Nem volt szabad akkor érkezni a Jupiterhez, amikor az a Földről nézve a Nap mögött tartózkodott, vagy amikor a megfigyelési anyag visszasugárzása ütközött volna a Vénuszt és a Merkúrt vizsgáló Mariner-10 megfigyelési periódusaival. A sok paraméter 1972. február 25. és március 20. között jelölte ki az első lehetséges indítási ablakot.
Azonban annak ellenére, hogy a két Pioneer szonda sorskönyvében az idő előtti teljes pusztulás a legelőkelőbb helyek egyikén szerepelt, a tervezői igen bőkezűen látták el feladatokkal és persze műszerekkel. Mágneses mérések, plazmamérések, az állatövi fény elemzése, a Jupiter és néhány holdjának polaritásmérése, a töltött részecskék összetételének mérése, a kozmikus sugárzás detektálása és elemzése, a Jupiter infravörös és ultraibolya megfigyelése, meteoritok, aszteroidák érzékelése szerepelt a listán. A feladatokat pedig 11 különböző mérőműszerrel, valamint fényképezőgépekkel tervezték ellátni.
A jókora műszerezettség azonban egy meglehetősen kis szondába belefért. A technikai alapokat a Holdnál is már bizonyított Pioneer „bus” (alapszerkezet) adta, egy hatszögletű, 76 cm oldalhosszúságú, 36 cm mély dobozszerkezet. A testvéreihez képesti különbségeket pedig – az űreszköz kinézetét leginkább meghatározó – óriási parabolaantenna és az energiaforrás jelentette. A szonda külsejét a hatalmas, 2,74 m átmérőjű antenna uralja, amelyre az óriási távolságok áthidalása miatt volt szükség (az adások „másik végén” pedig a szintén nem mindennapos paraméterekkel bíró Deep Space Network óriási tányérjai voltak, az egyedüli rendszeré, amely alkalmas volt a feladatra). A rádióátvitelt lehetővé tevő antennák érzékenységére – és a rádióátvitelt megvalósító mérnöki feladat nehézségére – jellemző, hogy a Jupiter távolságából érkező rádióadás energiája olyan csekély, hogy egy 26 méteres parabolatányér 16,7 millió év alatt gyűjtene össze annyi energiát az adásból, amely egy 7 W-os izzót egyetlen századmásodpercnyi világításra késztetne. Az energiaellátást pedig a holdraszállásoknál is alkalmazott, plutónium-238-cal hajtott radioizotópos termoelektromos generátorok biztosították. A 60-as években kifejlesztett „szuper elemekre” azért volt szükség, mert évekig kellett áramot biztosítani a szonda számára, amire semmilyen akkumulátor nem volt képes, olyan távolságokban, ahol a napfény ereje töredéke a Földnél érzékelhetőnek, ezért nehezebben fogható energiatermelésre.
(Képek: NASA)
Így cserélték a korai, főként a Holdhoz küldött Pioneerek akkuit, vagy a Nap körüli pályára később küldött szondák napelemeit a SNAP-19 generátorra, amely akár 30 év múlva is az újkori teljesítményének 80%-át képes biztosítani. Mindezzel sikerült elérni, hogy az egész szonda tömege mindössze 258 kilogrammra rúgjon, műszerestől, antennástól, üzemanyagostól. Így a különleges célpont és az eléréséhez szükséges különleges sebesség ellenére sem kellett a hordozórakéta miatt hosszas fejtörés, a jó öreg Atlas rakéta, egy Centaur végfokozattal tökéletesen megtette.
(Folytatjuk!)
Kapcsolódó cikkek:
Pioneer-10: A szív még dobog, de már alig halljuk...
Csillagközi űrszondák (1. rész)
175 évenként csak egyszer
Csillagközi űrszondák (2. rész)
Mérések a Szaturnusznál
Csillagközi űrszondák (3. rész)
Mi van az óriásbolygókon túl?
Csillagközi űrszondák (4. rész)
Voyager Csillagközi Küldetés
Elhunyt James Van Allen
Bátor lépés a gázóriások felé – 40 éve startolt a Pioneer-10 (2. rész)
Bátor lépés a gázóriások felé – 40 éve startolt a Pioneer-10 (3. rész)
Amíg az ősemberek a kőkorban zsákmányukra vadásztak és barlangokban találtak menedéket Afrikában, addig a távoli Nagy Magellán-felhőben egy, a Napunknál tizenhatszor nehezebb csillag élete egy hatalmas összeomlással ért véget.
