Легендарные «Пионеры» уже давно вызывают у научного сообщества тягостное недоумение своими траекториями: выйдя за пределы Солнечной системы, они всё больше отклонялись от той «тропинки», которая была задана им при отправке. Подозреваемыми по этому удивительному делу пробовали назвать уже и тёмную материю, и тёмную энергию, но недавняя работа группы американских исследователей под руководством Вячеслава Турищева показывает, что ларчик открывается совершенно не так: оказывается, конструкторы зондов, сами того не заметив, оснастили их двигателем, самопроизвольная работа которого и отклонила траектории «Пионеров» столь сильно.
Напомним: ранее та же исследовательская группа полагала, что причиной странной траектории стала неравномерная тепловая отдача «Пионеров». Однако выяснилось, что реальное отклонение превышает спрогнозированное по этой модели. И тогда начался поиск других «виноватых».
| «Пионеры» несут радиоизотопный источник энергии в «хвосте» (снизу), а научная аппаратура работает в основном с другой стороны, тепловым излучением придавая аппарату импульс в направлении, обратном его полёту. (Изобр. НАСА.) |
Согласно наблюдениям, после выхода за пределы орбиты Плутона «Пионеры» постепенно получили дополнительное ускорение по направлению к Солнцу (меньшее, чем ускорение свободного падения на поверхности Земли, примерно в 10 млрд раз). Оно превышало то, которое, по расчётам, могла вызвать гравитация нашей звезды или планет Солнечной системы. Явление настолько обеспокоило учёных, что даже получило специальное название — «аномалия ”Пионера”».
Исследовательская группа г-на Турищева провела численное моделирование ускорения и выяснила, что со временем оно меняется (уменьшается) по экспоненте. Это отвергает возможность неравномерного теплового излучения как причины явления (неравномерность отдачи тепла в пространстве у «Пионеров» неизменна). Однако радиоизотопные источники энергии, обеспечивающие бортовые системы КА энергией, несут плутоний-238, распад которого со временем экспоненциально падает, так как по мере распада плутония его становится всё меньше. Вот только проблема в том, что моделирование снижения ускорения «Пионеров» показывает: оно упало наполовину за 27 лет, в то время как полураспад плутония-238 длится 88 лет.
В чём же дело? Учёные вновь взялись за моделирование — на сей раз систем, которые способны испускать в космос тепло, порождаемое радиоизотопными источниками питания. Каждый «Пионер» имеет научную аппаратуру, обращённую от Солнца, в направлении глубокого космоса. Её тепловое излучение оказалось несколько больше, чем на солнечной стороне аппарата, лишённой множества выступающих частей. В то же время радиоизотопные источники, смонтированные внутри КА, излучали относительно равномерно во все стороны и почти не имели прямого влияния на траекторию зондов.
По Турищеву, термопары в радиоизотопных термоэлектрических генераторах с годами стали хуже преобразовывать тепловую энергию распада в электрическую. По мере падения их КПД количество энергии, которая поступала к научной аппаратуре, смонтированной на нацеленной в глубокий космос части аппарата, всё уменьшалось и уменьшалось. Следовательно, падение ускорения превысило тот уровень уменьшения ускорения, который вытекал бы лишь из одного распада плутония.
По сути, «Пионеры» оказались оснащены новым двигателем, который не потребовал ни капли дополнительных затрат и при этом смог за пару десятилетий придать аппарату довольно значительное ускорение (и скорость).
Условно его можно назвать тепловым излучающим двигателем, чем-то вроде солнечного паруса наоборот. Бесспорно, при любой будущей отправке КА, нацеленного за пределы Солнечной системы (или даже просто на работу за транснептуновыми орбитами), этот фактор «бесплатного тормозящего двигателя» должен учитываться при планировании миссий, так как он может серьёзно повлиять на точность следования по заданному маршруту.
Немаловажно и то, что использование относительно мощных средств связи с Землёй, при котором также происходит значимое тепловыделение, тоже может оказаться фактором, заметно влияющим на этот раз на полезное для КА направленное за пределы Солнечной системы ускорение.
Подготовлено по материалам Physicsworld.Com.
