сканировал Игорь Степикин
  • НОВОЕ В ЖИЗНИ, НАУКЕ, ТЕХНИКЕ
  • ПОДПИСНАЯ НАУЧНО-ПОПУЛЯРНАЯ СЕРИЯ
  • КОСМОНАВТИКА АСТРОНОМИЯ
  • 2/1989
  • Издается ежемесячно с 1971 г.

    Ю. И. Зайцев
    НА РУБЕЖЕ ТЫСЯЧЕЛЕТИЙ
    (Космическая программа СССР до 2000 года)

  • Издательство "Знание" Москва 1989
  • ББК 39.68
  • З17
  • Редактор: ВИРКО И. Г.

    СОДЕРЖАНИЕ

  • Ближний космос 4
  • Солнечная система 18
  • Дальний космос 38
  • Человек обживает космос 60

    Зайцев Ю. И.

  • 3 17 На рубеже тысячелетий: (Космическая программа СССР до 2000 года). — М.: Знание, 1989. — 64 с. — (Новое в жизни, науке, технике. Сер. "Космонавтика, астрономия"; № 2). 15 к.
  • В предлагаемой брошюре впервые достаточно подробно рассказывается об основных проектах космических исследований, запланированных в Советском Союзе до 2000 года. Брошюра рассчитана на широкий круг читателей, интересующихся вопросами космических исследований.
  • 3500000000
  • ISBN 5-07-000447-6
  • ББК 39.68
  • Издательство "Знание", 1989 г.

    В летописи выдающихся научно-технических достижений XX столетия космическим исследованиям по праву принадлежит одно из главных мест. Уже сам факт запуска первых космических аппаратов имел исключительно большое значение, поскольку он знаменовал вторжение в совершенно новую область исследований и повлек за собой рождение новых научных направлений. И если в недалеком прошлом человек мог непосредственно изучать в основном только самое ближайшее земное "окружение", ограниченное нижней атмосферой планеты, то с выходом в космос ему в принципе стала доступна вся Солнечная система.

  • Исследования в космосе открыли совершенно новые горизонты в научном поиске, о которых трудно было и подозревать. Например, в астрофизике они произвели подлинный переворот. В других случаях космические эксперименты существенно дополнили традиционные методы физических измерений. Многие научные дисциплины значительно расширили диапазон своих исследований. В результате за очень короткий период времени (немногим более 30 лет) сформировался современный фронт науки в космосе.
  • Весь комплекс ее задач можно условно разделить на несколько крупных областей. Одна из них — изучение ближайшего к Земле пространства. В свою очередь, и в этой области исследований можно выделить несколько более узких разделов, а именно изучение верхней атмосферы, радиационных поясов, магнитосферы Земли, межпланетной среды и изменений их параметров в зависимости от солнечной активности. Космическую деятельность такого рода обычно называют исследованиями ближнего космоса.
  • Изучение небесных тел Солнечной системы с помощью автоматических зондов представляет собой независимую область исследований. Главное внимание здесь до последнего времени уделялось крупным телам — Луне, планетам и их спутникам.
  • Область внеатмосферной астрономии включает исследования "дальнего" космоса (Вселенной), которые выполняются косвенными дистанционными методами с помошью телескопов и другой специальной научной аппаратуры, устанавливаемой на космических платформах.

    БЛИЖНИЙ КОСМОС

  • Изучение ближнего космоса стало одним из самых ранних направлений космических исследований. Во второй половине 40-х годов выполняется серия ракетных экспериментов, в ходе которых были проведены первые прямые измерения вертикальных зависимостей атмосферных параметров. В ходе ракетных запусков отрабатывалась и аппаратура для осуществления последующих спутниковых этапов исследований.
  • Первый и второй искусственные спутники имели на борту минимум научной аппаратуры, но уже этого оказалось достаточно, чтобы получить существенные научные результаты. Радиационные пояса Земли — скопления заряженных частиц, захваченных ее магнитным полем, — стали первым открытием космического века. Так с самого начала была продемонстрирована высокая эффективность искусственных спутников как нового инструмента научных исследований.
  • На третьем советском спутнике был осуществлен большой комплекс геофизических исследований. Впервые выполнены прямые измерения магнитного поля Земли на больших высотах, мягкой корпускулярной радиации Солнца, состава и плотности атмосферы, измерена электронная концентрация в ионосфере, плотность метеоритного вещества вокруг Земли. Результаты этих экспериментов стали необходимым этапом при формировании последующих, более полных и целенаправленных программ.
  • Научные исследования в ближнем космосе получили дальнейшее широкое развитие в рамках многоцелевой программы "Космос". Регулярные запуски спутников "Космос" начались с марта 1962 г. К настоящему времени их число приближается к 2 тысячам. Спутники этой серии служат и для отработки в натурных условиях новой космической техники, отдельных механизмов и систем, элементов конструкции космических аппаратов.
  • Для изучения явлений на Солнце и исследований по проблеме солнечно-земных связей наряду с "Космосами" разрабатываются специальные космические аппараты, предназначенные для работы на сильно вытянутых орбитах. Две системы таких спутников под названием "Электрон" были запущены в январе и июле 1964 г. Каждая система состояла из двух аппаратов, выводимых на существенно различные орбиты с помощью одной ракеты-носителя. Высота апогея первой орбиты была около 7 тыс. км, а второй — около 70 тыс. км. Высота перигея обеих составляла 400 км. Комплексный состав научной аппаратуры, большой наклон орбиты и одновременное проведение измерений на спутниках с большим и малым апогеем позволили открыть ряд новых явлении в различных областях магнитосферы, которые ранее не исследовались ни одним космическим аппаратом.
  • С апреля 1972 г. начинаются запуски специализированных гелиогеофизических обсерваторий "Прогноз", обладающих значительно большими возможностями проведения исследований солнечной активности и ее влияния на физические явления на Земле, в ближайших окрестностях планеты и в межпланетной среде. "Прогнозы" запускаются на орбиты с высотой в апогее около 200 тыс. км и в перигее — от 500 до 900 км. Находясь на такой орбите, спутник способен охватить измерениями три существенно различающиеся по своим свойствам области пространства: собственно магнитосферу, непосредственно прилегающую к ней межпланетную среду, на которую влияние геомагнитного поля практически не распространяется, и пограничную, подверженную наибольшим возмущениям область взаимодействия солнечной плазмы с магнитосферой.
  • Исследования позволили сформулировать по крайней мере качественную, а в ряде случаев и количественную картину физических процессов, протекающих в околоземном пространстве на расстояниях в десятки и сотни земных радиусов, и их связи с процессами и межпланетной среде. Стало ясно, что ионосфера Земли — лишь самая нижняя часть ее обширной плазменной оболочки. Выше лежит магнитосфера, заполненная плазмой, которая постоянно "подпитывается" солнечным ветром — истекающим от Солнца потоком плазмы.
  • Солнечный ветер сильно изменчив во времени, что связано с активностью Солнца. Во время мощных солнечных вспышек, когда из короны выбрасываются огромные массы плазмы, плотность, температура и скорость солнечного ветра намного превышают их средние знамения. Так, во время серии солнечных вспышек в августе 1972 г. детекторы плазмы на спутниках Земли "Прогноз" и "Прогноз-2" зарегистрировали рекордные значения плотности плазмы и температуры ионов. Скорость солнечного ветра при этом достигала 2000 км/с.
  • При набегании на магнитное поле Земли сверхзвукового потока солнечного ветра возникает ударная волна. Плазма перед фронтом ударной волны разогревается до десятков миллионов градусов и обтекает земную магнитосферу. Силовые линии магнитного поли на низких и средних широтах, где они не уходят далеко от Земли, несколько сжимаются. На высоких широтах они сжаты весьма значительно. Линии, выходящие из областей полярных шапок, вообще "сдуты" в антисолнечном направлении. Эти силовые линии уходят "назад" на ночную сторону нa миллионы километров, образуя "хвост", или шлейф, магнитосферы.
  • За счет передачи энергии солнечного ветра в магнитосферу происходит постепенное ее накопление в хвосте, что рано или поздно приводит к перестройке конфигурации магнитосферы и рассеянию энергии. Возникают потоки ускоренных электронов, которые вторгаются в ионосферу и вызывают оптическое свечение — полярные сияния. Протекание больших токов приводит к возникновению магнитных бурь, способных нарушить радиосвязь в полярных районах. В свою очередь, эти возмущения магнитного поля индуцируют сильные электрические поля и токи в линиях телефонной связи, вызывая порой их выход из строя. Электрические токи, наводимые в протяженных трубопроводах, являются причиной их повышенной коррозии.
  • Очень интересные результаты были получены в ходе реализации на спутнике "Прогноз-10" советско-чехословацкого эксперимента "Интершок". Главной задачей этого проекта стало исследование тонкой структуры фронта околоземной ударной волны, границ магнитосферы, разрывов в параметрах межпланетной среды, связанных с выбросами вещества во время солнечных вспышек. Этим в значительной степени определялся и выбор для проведения эксперимента спутника "Прогноз". Апогей его орбиты составлял около 200 тыс. км, а фронт околоземной ударной волны расположен на расстоянии 100— 150 тыс. км. Таким образом, спутник не только пересекал его, но и достаточно длительное время находился в невозмущенном солнечным ветром пространстве перед фронтом ударной волны. Многократная регистрация сильной околоземной волны и более слабых межпланетных ударных волн позволила исследовать их характеристики в различных условиях и в зависимости от параметров потока плазмы солнечного ветра.
  • Одна нз главных особенностей выполненного эксперимента — его комплексный характер, измерение всех ключевых характеристик изучаемых процессов. Бортовая ЭВМ обеспечивала гибкое управление программой и, что особенно важно, "обучала" весь комплекс аппаратуры распознавать момент пересечения ударной волны. Это позволило реализовать вблизи фронта режим быстрой записи информации. Тем самым обеспечивалось высокое временное разрешение измерений, что дало возможность впервые изучить внутреннюю структуру фронта волны и идентифицировать физические процессы, ответственные за формирование этой структуры, разогрев и ускорение частиц.
  • Плазма солнечного ветра проникает в магнитосферу через своеобразные щели, или воронки, образующиеся на ее границах, и составляет значительную часть плазменного "населения" магнитного шлейфа планеты и так называемой плазменной мантии под границами магнитосферы. Исследования путей проникновения и миграции плазмы по магнитосфере велись с помощью естественных меченых атомов — ионов гелия, кислорода (на спутниках "Прогноз"), а также по свечениям возбужденных молекул в верхних слоях атмосферы (советско-болгарские эксперименты на спутнике "Интеркосмос — Болгария-1300", советско-французские эксперименты на спутнике "Ореол").
  • Исследования магнитосферы Земли способствовали возникновению и утверждению ряда важнейших физических идей. К главным из них, по-видимому, можно отнести формирование взгляда на плазму как среду, динамика которой определяется не только входящими в ее состав ионами и электронами, но и широким спектром присущих плазме волновых движений.
  • Изучение магнитосферы Земли — сложная экспериментальная задача. Здесь исследователи встречаются с прямо противоположными трудностями, чем в лабораторной плазме: космические зонды практически не возмущают окружающую их плазму, и измерения в полном смысле можно рассматривать как точечные, но число точек, в которых они проводятся, ограничено числом используемых космических аппаратов. Поэтому для понимания причинно-следственных связей между явлениями в сложной магнитосферно-ионосфсрной системе необходимо одновременное зондирование различных ее критических областей с помощью достаточно развитой сети искусственных спутников и поддерживающих их наземных станций.
  • Современные магнитосферные исследования характеризуются переходом от отдельных измерений в целях определения структурных параметров в случайно или по интуиции выбранном месте к направленному изучению динамических явлений в магнитосфере на основе уже известной, но грубой ее модели с помощью комплекса приборов на нескольких одновременно работающих космических аппаратах.
  • Так, поскольку основным резервуаром энергии магнитосферной суббури является хвост магнитосферы, то проявления бури в магнитосфере и атмосфере Земли следует изучать с одновременным контролем состояния хвоста. При этом особое внимание необходимо уделить двум областям. Первая — это плазменный слой на расстоянии 10-30 радиусов Земли. Именно здесь разыгрываются процессы преобразования энергии магнитного поля в энергию плазмы и электрических токов. Вторая область находится над авроральным овалом — зоной возникновении полярных сияний — на высоте 10— 20 тыс. км. Здесь развиваются плазменные процессы, ответственные за обратное преобразование электрической энергии в энергию ускоренных частиц, которые вызывают полярные сияния и другие проявления суббури.
  • Именно в эти области предполагается направить в начале 90-х годов два спутника типа "Прогноз" для проведения одновременных измерений параметров плазмы, электрических и магнитных полей, ускоренных частиц. Кроме того, поскольку магнитосферная плазма — весьма изменчивый объект (как во времени, так и в пространстве), для разделения пространственного и временного изменения регистрируемых параметров каждый из указанных спутников будет работать в паре с малым спутником {субспутником), изготавливаемым в Чехословакии. Для повышения временного разрешения приборов, установленных на борту спутников, предполагается управлять ими с помощью бортовой вычислительной машины. Заложенная в нее программа даст возможность по полученным сигналам распознавать ключевые плазменные явления и, в свою очередь, давать команды на ускоренные измерения. Это позволит глубже разобраться в возможных механизмах явлений и воссоздать в деталях картину развития магнитосферной суббури.
  • Проект получил название "Интербол". В нем участвуют ученые СССР, Чехословакии, Болгарии, Венгрии, Польши, ГДР, Румынии, Кубы, Австрии, Италии, Канады, Финляндии, Франции, Швеции и Европейского космического агентства.
  • Основная цель проекта — изучение физических механизмов, обусловливающих передачу в магнитосферу энергии солнечного ветра, ее накопление там и последующее рассеяние (диссипацию) в авроральных областях магнитосферы, " ионосфере и атмосфере во время магнитных бурь. Система спутников "Интсрбол" позволит исследовать два основных аспекта активности магнитосферы — причинно-следственные связи и физические механизмы явлений.
  • Одновременно с локальными измерениями со спутников с помощью сканирующего фотометра, устанавливаемого на "авроральном" аппарате, будет наблюдаться глобальная картина полярных сияний. Предусматривается и развертывание в Северном полушарии широкой наземной сети станций для магнитных измерений и оптических наблюдений полярных сияний.
  • Поскольку масштабы изучения физических явлений различаются на несколько порядков величины, разделение пространственных и временных вариаций плазмы требует возможности контролировать изменение расстояния между спутником и субспутником. Для авроральной системы оно должно меняться от сотен метров до сотен километров, для хвостовой — от десятков до нескольких десятков тысяч километров.
  • Одновременно с измерениями с борта спутников системы "Интербол" предусматриваются исследования плазменной и магнитной структуры дальних областей магнитосферного хвоста (на расстоянии более миллиона километров от Земли). Они будут проводиться группой приборов, устанавливаемых на астрофизическом спутнике "Реликт-2", который должен быть запущен на орбиту вокруг точки либрации L2.
  • Важность изучения процессов в земной магнитосфере определяется, конечно, не только фундаментальным и общефизическим значением этих исследований. С каждым годом все очевиднее становится взаимосвязь процессов на Солнце и в околоземной космической плазме с повседневной жизнью на Земле. Доля энергии корпускулярного излучения Солнца, попадающего в магнитосферу Земли, составляет 10 в 12 степени Вт, что, может быть, не так уж много по космическим масштабам. Тем не менее многие его последствия — магнитные бури, нарушения радиосвязи, выход из строя линий электропередач и другие — хорошо известны.

    Рис. 1. Траектории аврорального и хвостового зондов проекта "Интербол". Данные об орбитах аппаратов приведены в тексте. Схематически показана также орбита космического аппарата "Рсликт-2", на котором будут проводиться плазменные и магнитные измерения, синхронные с проектом "Интербол".
  • Не вызывает сомнения у большинства ученых и факт влияния солнечной активности на климат Земли. Конечно, фундаментальных изменений климата на наших глазах не происходит. Это процесс длительный, результат действия очень и очень многих факторов. Мы — свидетели как бы мгновенных колебаний климата. Интересно, например, что в результате солнечного "шторма" в августе 1972 г. был зарегистрирован эффект замедления скорости врашсния Земли, а это, по мнению ряда ученых, привело к локальным погодным аномалиям на планете.
  • Гипотез и догадок о причинах и следствиях солнечно-земных связей появилось, особенно за последние годы, много. Но, чтобы поставить предположения на твердый научный фундамент, требуется получить еще немало экспериментальных данных о процессах на Земле, в ближнем космосе и в верхней атмосфере, накопить достаточный фактический материал о взаимодействии этих процессов между собой и с солнечной активностью. Это одна из важнейших задач космической физики на сегодняшний день.
  • Обширные научные результаты по физике плазменных явлений, разыгрывающихся в околоземном космическом пространстве, ученые надеются получить в ходе реализации проекта экспериментальных исследований с помощью системы малых космических лабораторий (МКЛ), оснащенных солнечными парусами. Основная задача проекта — он получил предварительное название "Регата" — организация многозондовых измерений с высоким пространственным и временным разрешением. Развертывание достаточно плотной спутниковой системы, помимо решения фундаментальных вопросов физики плазмы, явилось бы одновременно важным элементом исследований влияния солнечной активности на атмосферу, климат и биосферу Земли.
  • Малая космическая лаборатория разработана учеными и специалистами Института космических исследований АН СССР. Ее конструкция удовлетворяет высоким требованиям магнитной и химической чистоты, точности ориентации, отличается относительной простотой и дешевизной, способностью нести на борту достаточно большую полезную нагрузку. Лаборатория рассчитана на продолжительный срок активного существования.
  • Проект "Регата" предполагается реализовать во взаимодействии с программой Европейского космического агентства "Кластер", цель которой — исследования тонкой структуры процессов в околоземном космическом пространстве.
  • В решении вопросов физики магнитосферы все больше внимания будет уделяться активным, или управляемым, экспериментам. До последнего времени в наблюдательной космической физике использовались только пассивные методы исследований. Эти методы состоят в измерении параметров естественных явлений и соответствующем физическом их объяснении. Сегодня все больше внимания уделяется активным экспериментам. Они позволяют приблизить методы изучения процессов в магнитосфере к методам, используемым в лабораториях физики плазмы. Весь околоземный космос становится огромной естественной плазменной лабораторией, в которой искусственно стимулируются интересующие исследователей явления.
  • Методы и средства воздействия на космическую среду бывают различными: пучки ускоренных частиц, искусственная плазма, электромагнитное излучение и т. д. Управляемые эксперименты могут быть разделены на две основные группы в соответствии с характером воздействия. Первая — эксперименты типа "пробных частиц" (аналогично методу меченых атомов), которые не изменяют качественного состояния среды. К ним могут быть отнесены опыты с инжсктированием электронных и ионных пучков малой мощности, а также эксперименты с выпуском паров бария и лития. За последние десятилетня они стали почти обычными экспериментами. Несколько таких проектов было реализовано в СССР и в других странах. Ко второй группе активных исследований следует отнести эксперименты с мощными электронными и ионными пучками, которые могут заметно изменить состояние космической плазмы.
  • Средством активной диагностики могут быть и особо низкочастотные радиоволны (ОНЧ-волны). Магнитосфера является практически идеальным волноводом для таких волн, благодаря чему обеспечивается многократное их прохождение между магнитосопряжснными точками.
  • На первом этапе для возбуждения в магнитосфере ОНЧ-волны использовались мощные наземные радиопередатчики. Однако значительная часть их энергии теряется из-за рассеяния в атмосфере и нижней ионосфере. Этого удается избежать, если передатчик разместить на борту искусственного спутника. Расчеты показывают, что космический передатчик в несколько киловатт позволяет получить более мощную электромагнитную ОНЧ-волну в магнитосфере, чем наземный передатчик в один мегаватт. Следовательно, можно и более эффективно инициировать широкий комплекс явлений, которые будут откликом магнитосферы на распространяющуюся в ней волну. К числу этих явлений относятся, в частности, "высыпание" электронов и протонов из радиационных поясов, возбуждение мощных плазменных колебаний и разогрев ими ионосферной плазмы.

    Рис. 2. Общая схема экспериментов АПЭКС
  • Контролируемому изучению электродинамической связи авроральной ионосферы и магнитосферы посвящен намеченный к реализации в 1989 г. проект АПЭКС. Его основа — спутниковые плазменные эксперименты с инжекцией пучков электронов и плазменных сгустков в магнитосферу. Головная организация по подготовке и реализации проекта — Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн АН СССР. Работа над проектом проводится в международной кооперации с учеными Венгрии, ГДР, Болгарии, Польши, Румынии и Чехословакии.
  • Такие эксперименты, осуществленные в последние годы в США и Японии (с участием других стран), позволили многое понять в процессах взаимодействия потоков заряженных частиц с ионосферной плазмой на высотах до 300 км. В проекте АПЭКС активные эксперименты будут выполняться на высотах до 3500 км. АПЭКС станет логическим продолжением активных ракетных экспериментов АРАКС (СССР-Франция) и ПОРКУПАЙН (СССР-Швеция).
  • В проекте АРАКС использовались две французские исследовательские ракеты, запущенные с острова Кергелен. На борту каждой ракеты была установлена советская плазменная пушка мощностью 15 кВт, которая инжектировала в ионосферу и магнитосферу пучки электронов с энергиями 27 и 15 кэВ. В магнитосопряженном районе (Архангельская обл.) и к югу от него находились оптические и радиолокационные станции, позволившие обнаружить и зафиксировать приход электронного пучка в Северное полушарие. В ходе эксперимента удалось также отождествить и проконтролировать возбуждение волн, вызываемых пучком электронов в ионосфере и магнитосфере Земли, изучить условия их распространения.
  • Основные научные задачи проекта АПЭКС: моделирование и инициирование полярных сияний и радиоизлучений в авроральной области; исследование динамики молекулярных пучков и плазменных сгустков в околоземной плазме; изучение природы электродинамической связи электромагнитных волн в магнитосфере и ионосфере; определение радиоизлучательных свойств модулированных пучков заряженных частиц и плазменных сгустков; поиск нелинейных волновых структур типа электромагнитных солитонов в возмущенных условиях.
  • Помимо плазменных исследований с борта искусственного спутника, проект включает также наземные, баллонные и ракетные наблюдения — в отдельные периоды времени выполняются измерения по всему высотному разрезу (от места расположения спутника до поверхности Земли). Хотя основная направленность проекта АПЭКС — проведение активных экспериментов, важны и наблюдения геофизических явлений в отсутствие инжекции пучков и плазмы (в так называемом пассивном режиме измерений).
  • Методической основой активного эксперимента станет искусственная инжекция с борта спутника пучка электронов и (или) плазмы с одновременной регистрацией явлений, порождаемых инжскцией пучка, его взаимодействием с фоновой средой и распространением в ней. Принципиально важная особенность проекта — синхронное измерение основных физических параметров среды, пучка и генерируемых полей приборами, установленными на двух разнесенных в пространстве космических аппаратах (основном спутнике и субспутнике). При этом одновременные измерения будут выполняться как на различных взаимных расстояниях (от 0,01 до 1000— 2000 км), так и в различных (по отношению к областям возмущения среды и распространения пучка) зонах магнитосферы и ионосферы.
  • В перспективе проведение подобных активных экспериментов планируется распространить на расстояния до нескольких радиусов Земли. Это даст возможность непосредственно моделировать и диагностировать магнитосферныс процессы, определяющие протекание различных авроральных явлений. С этой целью в 1995 г. предполагается осуществить на основе проекта АПЭКС-2 и западногерманского проекта "Импакт" международный комплексный проект "Апогей". Научная программа проекта, состав аппаратуры и кооперация находятся сейчас в стадии обсуждения.
  • В перспективном проекте "Активный" средством воздействия иг окружающую среду станет электромагнитная энергия очень низкочастотного радиодиапазона, излучаемая бортовым спутниковым передатчиком с помощью разворачиваемой в космосе антенны.
  • Цель проекта — комплексное исследование распространения электромагнитных волн ОНЧ-диапазона в магнитосфере Земли, а также их взаимодействия с энергичными заряженными частицами радиационных поясов.
  • "Активный" — первый космический эксперимент, в котором управляемый субспутник будет использоваться для исследования пространственной структуры физических явлений, сопровождающих инжскцию мощного ОНЧ-излучения в магнитосферу. Субспутник станет своеобразным зондом, медленно отделяемым от основного аппарата. В дальнейшем расстояние между спутником и субспутником будет изменяться в пределах от сотни метров до ста километров с помощью корректирующей двигательной установки. Таким образом можно будет исследовать не только ближнюю зону излучения, но и явления в промежуточной и дальней зонах.
  • В проекте "Активный" участвуют ученые СССР, Болгарии, Венгрии, ГДР, Польши, Румынии, Чехословакии.


    Рис. 3. Схема экспериментов проекта "Активный"
  • Проект "Активный-2", намеченный к реализации в первой половине 90-х годов, станет дальнейшим развитием экспериментов "Активный" и АПЭКС. Задача проекта — изучение эффектов, вызванных возбуждением в ионосфере и магнитосфере Земли ОНЧ-излучений и инжекцией плазменных и электронных пучков и нейтрального газа. Рассматривается возможность увеличения (по сравнению с предыдущими экспериментами) вкладываемой в активное воздействие мощности и использование плазменных и пучковых антенн. Для получения данных о физических процессах на различных расстояниях от средства воздействия предполагается как и в предшествующих экспериментах, использование субспутника.
  • Космические исследования в области солнечно-земной физики предусматривают изучение и самого Солнца. Так, комплексная программа спутникового проекта КОРОНАС предусматривает определение характеристик и местоположения (корона или хромосфера) солнечного ускорителя; определение параметров солнечной плазмы классическими спектроскопическими методами и новыми методами, использующими, например, регистрацию пульсаций излучения из вспышечных арок или ядерных g(гамма) -линий). Основная цель эксперимента — поиски предвестников вспышек в различных спектральных диапазонах и выяснение механизмов выделения энергии.
  • Наблюдение различных проявлений солнечной активности и исследование ее влияния на околоземное пространство — традиционная задача для солнечной космической обсерватории. Особенность проекта КОРОНАС в том, что на борту спутника будет установлена аппаратура как для наблюдения явлений на Солнце, так и для диагностики околоземной плазмы.
  • К задачам проекта относятся также исследования солнечной короны и области ускоренного солнечного ветра с помощью внеземного коронографа и радиоспектрометра.
  • На КОРОНАСе должен быть, кроме того, осуществлен один из первых экспериментов по гелиосейсмологии — наблюдение основных гармоник колебаний Солнца. Солнечный спектр собственных колебаний Солнца содержит информацию о том, как изменяется температура от поверхности вплоть до солнечного ядра, а также о динамике внутренних слоев светила. Таким образом, наряду с нейтринной астрономией гелиосейсмология дает возможность непосредственно изучать недра ближайшей к нам звезды.
  • Эксперимент предполагается осуществить на космическом аппарате АУОС-СМ-ИК, представляющем собой модификацию модернизированной автоматической универсальной станции с системой солнечной ориентации.
  • Головные организации по проекту КОРОНАС — Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн АН СССР и Физический институт АН СССР. В кооперацию входят институты Польши, Чехословакии.
  • Если проект КОРОНАС намечено реализовать непосредственно в фазе максимума солнечной активности, то другой "солнечный" проект "Нейтрон" будет выполняться в период относительно спокойного Солнца. Это даст возможность получать информацию о стационарных процессах в активных плазменных образованиях в отсутствие вторичных эффектов, связанных со вспышечными явлениями, и о сильно нестационарных процессах во время мощных вспышек, обычно возникающих на спаде минимума солнечной активности. Научная задача проекта — изучение в этот период процессов трансформации энергии в атмосфере Солнца (от фотосферы до короны) в тепловой нагрев и нетепловые компоненты. С этой целью будут исследоваться потоки быстрых нейтронов и коротковолнового излучения Солнца в диапазоне от ультрамягкого рентгеновского до гамма-излучения.
  • Проект "Нейтрон" отличается от предыдущих проектов аналогичного типа (как отечественных, так и зарубежных) улучшенными параметрами аппаратуры — светосилой (для спектрометра гамма-нейтрон), пространственным разрешением (для рентгеновского телескопа), энергетическим разрешением (для рентгеновского спектрометра).
  • Эксперимент по определению спектров нейтронов от вспышек вообще не имеет аналогов в мире; нейтронный компонент вспышечных процессов на Солнце практически не изучен — до настоящего времени было зарегистрировано только 3 события, причем аппаратура не была нацелена на изучение нейтронов и не давала информации об их спектре.
  • Проект предполагается осуществить совместными усилиями институтов СССР, ГДР, Польши и Чехословакии.

    СОЛНЕЧНАЯ СИСТЕМА

  • Луна стала первым среди небесных тел Солнечной системы объектом космических исследований. Наш естественный спутник изучался с пролетных и орбитальных аппаратов, посадочных станции. Исследовался химический состав его пород. Было выполнено фотографирование поверхности с близкого расстояния. Первая в мире мягкая посадка на поверхность Луны советской автоматической станцией "Луна-9" сразу же развеяла гипотезу "лунной пыли", история которой восходит едва ли не к Галилею. Изучение панорамных снимков, переданных станцией на Землю, показало, что формирование лунной поверхности — бесспорно не одноактный процесс. Важные сведения о физико-механических свойствах лунного грунта сообщила и "Луна-13", также совершившая мягкую посадку на лунную поверхность.
  • Новые станции серии "Зонд", в задачу которых входило испытание бортовой аппаратуры для длительных космических полетов, обеспечили фотографирование Луны с близкого расстояния и доставку отснятой пленки на Землю.
  • Закономерным шагом в работе советских ученых по изучению Луны стали полеты автоматических станций "Луна-16" и "Луна-20", доставивших на Землю образцы лунной породы. С созданием луноходов появилась возможиость проводить научные эксперименты не только в месте посадки автоматического аппарата, но и на различных удалениях от него.
  • Тот перерыв в изучении Луны космическими средствами, который образовался в последние годы, был необходим, чтобы осмыслить полученные результаты, наметить и подготовить новые программы. Единственный естественный спутник Земли no-прежнему остается крайне интересным объектом исследований.
  • В начале 90-х годов предполагается выполнить глобальное фотографирование поверхности Луны с борта ее искусственного спутника. Это позволит создать подробные атласы видеоизображений, морфологические и геологические карты, карты химического состава и радиоактивности поверхности, магнитных, гравитационных и тепловых полей. На их основе будут выбраны места для посадки космических аппаратов будущих экспедиций на лунную поверхность и проведения дальнейших исследований.
  • На 1996 г. намечена доставка грунта с обратной стороны Луны.
  • По-видимому, Луна станет и первой внеземной базой землян на пути дальнейшего проникновения человека в космос. Как отмечал академик С. П. Королев, организация на Луне постоянной научной станции (а впоследствии и промышленного комплекса) позволит использовать нетронутые и еще неизвестные ресурсы нашего спутника для науки и народного хозяйства.
  • Первая межпланетная трасса была проложена 12 февраля 1961 г., когда многоступенчатая ракета-носитель вывела на трассу полета к планете Венера автоматическую станцию "Венера-1". В 1967 г. впервые в мире на Землю были переданы радиосигналы с другой планеты: знаменитая "Венера-4" вошла в атмосферу планеты. Были проведены прямые измерения химического состава, давления, плотности, температуры, а также электронной концентрации в ионосфере. Обнаружена водородная корона Венеры.
  • К Венере было запущено в общей сложности 16 космических аппаратов серии "Венера" и 2 аппарата "Вега" с посадочными модулями и аэростатными станциями. Если первые "Венеры" (по восьмую включительно) полностью входили в атмосферу планеты, то станции второго поколения разделялись на спускаемые аппараты и орбитальные отсеки. Спускаемый аппарат входил в атмосферу, а орбитальный либо становился спутником планеты ("Вснера-9, -10 и -14"), либо пролетал над планетой на некотором удалении и уходил на орбиту вокруг Солнца ("Венера-11, -12, -13"). На борту орбитального аппарата находились научные приборы для дистанционного изучения планеты по ее излучению в различных диапазонах длин волн, а также аппаратура для исследования межпланетной плазмы, магнитных полей и для проведения астрономических наблюдений. Станции "Венера-15, -16" выводились на орбиту венерианского искусственного спутника; на борту размещалась большая радиолокационная антенна, с помощью которой выполнялась съемка Северного полушария планеты.
  • В ноябре 1962 г. стартовала первая автоматическая станция из серии "Марс". Со станцией удалось провести 61 радиосеанс, после чего связь с ней была потеряна.
  • В 1971 г. к Марсу запускаются две новые станции "Марс-2" и "Марс-3". Со станции "Марс-2" была сброшена капсула, достигшая поверхности планеты, а от "Марса-3" отделен спускаемый аппарат, который совершил мягкую посадку. Какой-либо научной информации от этих посадочных устройств получить не удалось. Сами станции стали искусственными спутниками Марса, и с их помощью было выполнено 11 научных экспериментов. Семь из них связаны с изучением планеты — это дистанционные измерения температуры грунта, исследования рельефа поверхности, состава и строения атмосферы.
  • В 1973 г. к Марсу запускаются еще четыре станции— "Марс-4, -5, -6, -7". Цель нового космического эксперимента — комплексные исследования планеты одновременно с орбиты ее искусственного спутника и непосредственно на планете. Так, на спускаемом аппарате станции "Марс-6" впервые в истории космонавтики выполнены прямые измерения температуры и давления марсианской атмосферы, а на искусственном спутнике "Марс-5" проведены эксперименты, связанные с изучением ее химического состава (в том числе измерение содержания водяного пара в атмосфере).
  • Большую и важную информацию принесли прежде всего изображения Венеры и Марса (фотографические, телевизионные, радиолокационные), полученные с близкого расстояния с высоким разрешением. Они позволнли увидеть, что представляют собой поверхности этих небесных тел, запечатлевшие многие черты их геологической истории, не стертые последующими напластованиями и процессами (как это происходило на Земле пол влиянием гидросферы и биосферы). В результате анализа поверхностных структур Луны, Венеры, Марса и лабораторного изучения вещества лунных пород оказалось возможным заглянуть в ранний докембрийский период истории нашей планеты.
  • На всех планетах земной группы (помимо Венеры и Марса, в нее входит Меркурий) обнаружены четкие следы раннего и более позднего вулканизма, формировавшего вместе с активными тектоническими процессами, метеоритной бомбардировкой и различными эрозионными факторами основные черты поверхности. Выявлены, например, громадные щитовые вулканы высотой от 10 до 25 км, глубокие долины, крупные уступы — эскарпы.
  • При помощи космических аппаратов, совершивших посадку на Венеру и Марс, проведены первые исследования характера пород, слагающих их поверхность. Найдены свидетельства дифференциации вещества недр планет, приведшей к формированию коры, мантии, ядра. Все это создает предпосылки для датировки важнейших процессов тепловой эволюции небесных тел, для решения таких кардинальных проблем, как химический состав глубин планет и общие законы концентрации в них полезных ископаемых, природа магнитного поля, законы формирования атмосферы и гидросферы.
  • Для выяснения путей общепланетарной и климатической эволюции первостепенное значение имело изучение газовых оболочек планеты. Надежно установлено, что на Венере и Марсе они преимущественно углекислые по химическому составу. Давление у поверхности Венеры примерно в 100 раз больше земного, на Марсе же — в 100-200 раз меньше. Атмосфера Венеры очень горячая (поверхностная температура около 470°С), в то время как на Марсе температура опускается до значений, при которых на поверхности конденсируется (из атмосферы) углекислота, что создает заметные сезонные изменения давления. В свою очередь, в атмосфере Венеры на высотах 50-66 км конденсируются содержащие серу и хлор соединения — вулканические "кислые" дымы (в условиях земной атмосферы они вымываются дождями и растворены в океанах), в связи с чем образовался протяженный слой облаков, состоящих из серной кислоты и хлоридов.
  • Выяснение этих и других особенностей во многом способствовало лучшему пониманию метеорологических процессов, а также общих проблем взаимодействия между атмосферой и литосферой, высвобождения летучих элементов на планетах, которые по своим климатическим характеристикам можно рассматривать как две предельные модели развития нашей планеты. Такое сопоставление важно, в частности, для изучения влияния на земную атмосферу хозяйственной деятельности людей, а также возможных климатических изменений, связанных с ее загрязнением.
  • Лучшему пониманию глобальных метеорологических процессов на Земле служит и исследование особенностей циркуляции в атмосферах планет, выявление сходных черт и различий в зависимости прежде всего от количества приходящей солнечной энергии, массы и оптической плотности атмосферы, периода вращения планет. С этой точки зрения несомненный интерес представляют результаты изучения четырсхсуточной циркуляции на Венере (устойчивого зонального течения газов, скорость которого на уровне облаков в 60 раз опережает скорость осевого вращения самой планеты) и механизма возникновения пылевых бурь на Марсе.
  • Обнаруженные масс-спектрометрическим и измерениями в атмосферах Венеры и Марса значительные аномалии отношений первичных изотопов аргона к изотопу, образовавшемуся в результате радиоактивного распада калня, а также изотопных отношений ряда других элементов по сравнению с Землей указывают на определенные различия в формировании их газовых оболочек. Наряду с этим полученные данные не противоречат ранее высказывавшимся предположениям о том, что количество воды, потерянной Венерой из-за ее близости к Солнцу, может быть сопоставимо с ее содержанием в земных океанах. А вот Марс, вероятно, пережил более благоприятные климатические периоды в своей истории, когда его атмосфера была в десятки раз плотнее, а на поверхности текли реки, многочисленные высохшие русла которых видны на фотографиях, полученных с борта космических аппаратов.
  • Изучение тепловой эволюции планет и палеоклимата теснейшим образом смыкается с общими проблемами космогонии. Важнейшую роль играют при этом данные о физических свойствах и химическом составе всего многообразия тел Солнечной системы — больших и малых планет (астероидов), комет, а также метеоритной пыли. Малые тела именно из-за их малой массы и удаленности от Солнца не должны были сильно измениться за время своего существования и на длительное время законсервировали в себе "первородное" вещество исходной газово-пылевой туманности, из которой образовалась Солнечная система. Тем самым они сохранили очень важную информацию о начальных стадиях ее формирования.
  • Исследования малых тел уже внесли огромный вклад в планетную космогонию: имеются в виду результаты изучения метеоритов — уникальных образцов космического вещества, которые природа сама "присылает" на Землю. Метеориты являются осколками более крупных тел (главным образом астероидов) и образуются в результате их разрушения при взаимных столкновениях. Существует еще класс очень малых метеоритов (так называемые частицы Браупли), имеющих, вероятно, кометное происхождение. Пока, однако, неясно, каковы связи между разными типами малых тел, не известен ряд их важнейших характеристик. Особенно загадочны кометы. Они представляют наибольший интерес для исследователей, поскольку имеют газовую и пылевую компоненты, и таким образом, позволяют получить уникальную информацию (вплоть до элементного и даже изотопного состава) без посадки на основное тело. Такая посадка представила бы немалые технические трудности, хотя проекты подобного рода разрабатываются.
  • Исследования комет крайне важны и для диагностики физических условий в межпланетном пространстве, Использование их в качестве естественных зондов — единственная в настоящее время возможность исследовать те участки космического пространства, которые пока недоступны для межпланетных станций.
  • Осуществление проекта "Венера — комета Галлея" стало первым важным шагом в реализации программы наследований малых тел Солнечной системы средствами космической техники. В нем участвовали два идентичных космических аппарата ("Вега-1" и "Вега-2"). В качестве базовой конструкции использовались автоматические межпланетные станции "Венера" второго поколения.
  • Программа полета космических аппаратов "Вега" была такова: старт поочередно 15 и 21 декабря 1984 г. В июне 1985 г. станции достигли окрестности Венеры. За двое суток до подлета к планете от них отделились спускаемые аппараты, которые вошли в атмосферу Венеры.
  • Импульсом, сообщенным корректирующим двигателем, сами станции были переведены на траекторию, обеспечивающую пролет мимо планеты и ретрансляцию информации, поступающей со спускаемых аппаратов. Затем в результате гравитационного маневра в поле тяготения Венеры пролетные аппараты перешли на траекторию встречи с кометой Галлея, которая состоялась у первой станции 6 марта, у второй — 9 марта 1986 г.
  • Какими были научные цели экспедиции к комете Галлея? Прежде всего речь шла о выяснении природы ее ядра и ее атмосферы. Использовались два подхода: во-первых, дистанционные измерения при помощи оптических приборов и, во-вторых, прямые измерения вещества (газа и пыли), покидающего ядро и пересекающего траекторию, по которой движется космический аппарат. Кроме того, исследовалась сложная картина процессов, которая формируется при встрече ионизованной компоненты кометного газа с потоком солнечного ветра.
  • Для проекта "Вега" было характерно широкое участие иностранных ученых на уровне космических агентств, институтов и отдельных исследователей. Для коллективного решения вопросов совместной работы по проекту был создан Международный научно-технический совет под председательством академика Р. 3. Сагдеева. В международной кооперации (СССР, Австрия, Болгария, Венгрия, ГДР, Польша, США, Франция, ФРГ, Чехословакия) разрабатывался и весь научный комплекс аппаратуры станций.
  • Итоги исследований ядра кометы Галлея можно сформулировать следующим образом. Это монолитное вытянутое тело неправильной формы (размеры: 14 км по большой оси, около 7 км в поперечнике). Каждые сутки его покидает несколько миллионов тонн водяного пара. Вычисления показывают, что такая "производительность" требует, чтобы испарение шло по всей поверхности. Этим свойством могла бы обладать поверхность ледяного тела. Но вместе с тем приборы установили, что поверхность — черная (отражательная способность менее 5%) и горячая (примерно, 100°С). Эта, казалось бы, невероятная, противоречивая картина укладывается в простую модель, которую можно сравнить с "мартовским сугробом": конгломерат льда и тугоплавких частиц, отделенных от внешнего пространства слоем черного пористого вещества с низкой теплопроводностью. Этот слой принимает солнечное излучение, часть его переизлучает в инфракрасном диапазоне, часть передает вниз ледяному конгломерату. Молекулы водяного пара, образующиеся в результате испарения последнего, диффундируют сквозь поры вверх и покидают комету. При этом они увлекают отдельные более мелкие частицы пыли. Поверхностный слой в некоторых местах поверхности время от времени взламывается (если слой становится слишком толстым и поры закупориваются), тогда образуется "активная область" с особо мощным истечением вещества. Толщина пористого слоя невелика — от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров (оценка требует дальнейших уточнений). Слой этот обновляется очень быстро — за время порядка суток. Верхние его частицы отрываются и уносятся газом, а снизу прилипают новые.
  • Малая величина коэффициента отражения и его нейтральный характер (он зависит от длины волны) могут служить указанием на то, что поверхностный слой по составу родствен углистым хондритам — одному из классов метеоритов, который объединяет наиболее древние и меньше других подвергшиеся изменениям метеоритные тела.
  • Важные данные о составе ядра получены при помощи прямых измерений химического состава пыли, газа и плазмы в коме вдоль траектории полета. Эти измерения показали, что в потоке газа, уходящего от кометы, больше всего водяного пара, но есть также много других компонент — атомных (водород, кислород, углерод) и молекулярных (моноокись и двуокись углерода, гидроксил, циан и др.). Полосы изучения примерно десятка молекулярных компонент — этих же и других — зарегистрированы и во внутренней коме. Особый интерес представляет вопрос о том, какие молекулы принадлежат к числу "родительских", т. е. входящих непосредственно в состав ядра. По-видимому, среди них главные вода и углекислота, но многое указывает на присутствие в ядре и других молекул, в том числе органических. Вещество ядра, скорее всего, представляет собой так называемый клатрат. т. е. обычный водяной лед, в кристаллическую решетку которого "вкраплены" другие молекулы. С клатратом перемешаны частицы метеоритного состава, каменистые и металлические. Содержание в веществе ядра значительного количества сложных органических молекул — новый факт в физике комет.
  • Удалось измерить химический состав твердых частиц, которые входили в состав ядра, но покинули его под давлением газовых потоков. Были получены спектры примерно 2000 таких частиц. Выяснилось, что твердые частицы кометной пыли можно разделить на 3 основных типа: в первом преобладают легкие элементы, во втором — углерод, в третьем — металлы. Наличие разнородных пылинок указывает на сложную тепловую историю первичного материала Солнечной системы.
  • Значение международного космического проекта по исследованию кометы Галлея можно оценить с трех точек зрения: впервые межпланетной станции удалось подойти на близкое расстояние к комете и выполнить все возможные измерения ее физико-химических характеристик; несомненен — по единодушному мнению мировой научной общественности — большой успех Советского Союза (советская техника работала безупречно); это также и достижение международного сотрудничества, вновь продемонстрировавшего эффективность и полезность совместных усилий в исследовании космического пространства.
  • Уже сейчас ученые думают о том, чтобы не только на громадной скорости проскочить мимо ядра кометы и за это очень короткое время выполнить необходимые измерения, но и совершить маневр, позволяющий космическому аппарату зайти в хвост какой-нибудь комете и медленно приблизиться к се ядру. Тогда он мог бы совершить полет на небольшом расстоянии от ядра в течение длительного времени и провести подробные его исследования.
  • Можно также подобрать такую траекторию космическою аппарата, чтобы за несколько оборотов вокруг Солнца он встретился с десятком-другим астероидов и тем самым позволил получить новые данные об этих небесных телах. Экспедиция автоматов в пояс астероидов может быть реализована на существующей технической базе. Предварительные проработки проекта — он получил название "Веста" — выполняются совместными усилиями СССР, Франции и Европейского космического агентства. Разделение труда выглядит так. Франция и ЕКА разрабатывают сам космический аппарат для облета астероидов. Советский Союз участвует в создании бортовой научной аппаратуры, предоставляет ракету для запуска и делает посадочные модули, которые должны "приземлиться" на астероидах и провести детальные исследования на их поверхности.
  • Однако первым малым телом Солнечной системы, поверхности которого должен достигнуть космический аппарат, стал Фобос. По имени этого марсианского спутника назван многоцелевой международный проект исследований Солнечной системы. Его задача — исследование марсианского спутника дистанционными методами при пролете на близком расстоянии от него и прямыми измерениями с помощью малых посадочных зондов; исследование Марса с орбиты его искусственного спутника; исследование Солнца; плазменные исследования. Этот проект, так же как и "Вега", является международным. В нем участвуют учреждения, ученые и специалисты Австрии, Болгарии, Венгрии, ГДР, Ирландии, Польши, Советского Союза, США, Финляндии, Франции, ФРГ, Чехословакии, Швейцарии, Швеции и Европейского космического агентства. Инициаторы проекта — советские ученые.
  • Примерно 200 дней необходимо для достижения окрестностей планеты и выхода космического аппарата на эллиптическую орбиту вокруг нее. Затем потребуется еще несколько недель (или даже месяцев), чтобы, совершая сложные маневры перехода с одной орбиты на другую, приблизиться к Фобосу. Поскольку сила притяжения марсианского спутника невелика, можно вести его исследования при медленном перемещении "земного посланца" на небольшом расстоянии от поверхности (около 50 м). Периодически космический аппарат должен "зависать" над наиболее интересными местами для более подробного их изучения. Полет займет всего лишь 20 мин, но станет тем кульминационным событием, ради которого, собственно, и готовилась экспедиция.
  • При максимальном сближении с Фобосом запланировано выполнить его активное дистанционное зондирование. Пучок лазера, установленного на борту космического аппарата, "осветит" маленький участок поверхности марсианского спутника диаметром всего в 1 мм. Плотность энергии в "освещенном" пятно составит около 10 млн. Вт. Пыль, покрывающая поверхность тонким слоем и соответствующая по своему составу коренным породам, взрывообразно испарится. Образовавшиеся при этом ионы разлетятся в разные стороны, и часть их будет захвачена специальным бортовым прибором. По времени пролета каждой отдельной частицы от поверхности до аппарата можно будет определить ее природу и соответственно состав вещества, из которого состоит Фобос. В другом активном эксперименте зондирующими элементами станут потоки ионов, испускаемые ионной "пушкой".
  • За время пролета над поверхностью марсианского спутника этими методами предполагается проанализировать грунт примерно в ста точках.
  • Подобные активные эксперименты в практике космических исследований относятся пока к разряду экзотических. В программе "Фобос" широко используются и традиционные методы, хорошо себя зарекомендовавшие в ранее выполнявшихся экспериментах. Прежде всего это телевизионная съемка поверхности. Ученые надеются получить цветные изображения, на которых будут различимы детали размером в несколько сантиметров. Напомним, что американский "Викинг" фотографировал Фобос с расстояния в 300 км и разрешение снимков составляло десятки метров.
  • Из других, так сказать, обычных методов исследований можно упомянуть инфракрасную радиометрию, инфракрасную спектроскопию и гамма-спектроскопию. Первый позволит судить о теплофизических свойствах поверхности, второй и третий — о ее минералогическом составе.
  • С помощью специального радиолокационного комплекса методом импульсного радиозондирования намечено также выполнить исследования рельефа Фобоса, его внутренней структуры и электрофизических характеристик грунта.
  • В конце участка "бреющего полета" от космического аппарата отделяются и "десантируются" на поверхность Фобоса два посадочных зонда — долгоживущая автономная станция (ДАС) и подвижная лаборатория.
  • Сила тяжести на Фобосе в тысячу раз меньше земной. Это позволило в качестве средства передвижения использовать небольшое отталкивающее устройство. С его помощью зонд может совершать прыжки на расстояние в десятки метров и изучать характеристики поверхности каждый раз в новом месте. Программа измерений рассчитана на 10 прыжков.
  • Для долгоживущей автономной станции слабое гравитационное поле марсианского спутника, наоборот, может стать помехой в проведении исследований. Чтобы ДАС сохранила правильное рабочее положение — посадочной плитой вниз, — станция закрепляется на поверхности с помощью специального гарпупа-пенетратора. В мягком сыпучем грунте он может углубиться до 10 м, в грунте типа песчаника — до полуметра. Пенетратор связан со станцией гибким металлическим тросиком, который подтянет и прижмет ДЛС к поверхности Фобоса.
  • Одна из задач долгоживущей автономной станции — определение элементного состава и физических характеристик грунта в месте посадки, регистрация сейсмических шумов в теле Фобоса. С помощью фототелевизионного устройства предполагается исследовать микроструктуру грунта и детали поверхности.
  • Программа работы посадочной станции включает и исследования в области небесной механики. Основным "инструментом" для реализации этой части программы станет радиопередатчик. Его сигналы будут фиксироваться одновременно всеми самыми крупными наземными радиотелескопами, расположенными на территории Советского Союза, Западной Европы, Северной и Южной Америки, юге Африки и Австралии. Это обеспечит измерение дальности от Земли до марсианского спутника в каждый момент времени с погрешностью лишь в 5 м. В результате можно будет точно определить положение Фобоса как в системе координат, связанной с нашей планетой, так и относительно квазаров — наиболее удаленных радиоисточников во Вселенной. Полученные данные позволят уточнить основные параметры Солнечной системы, в частности, астрономическую единицу (за астрономическую единицу принято считать среднее расстояние от Земли до Солнца).
  • В программе отводится время исследованиям поверхности самого Марса, его атмосферы и плазменной оболочки — магнитосферы. Планируется получить телеизображспия Марса, данные о химическом и минералогическом составе слагающих его пород, составить тепловую карту поверхности.
  • Предусматривается получение данных о распределении по высоте озона, молекулярного кислорода, водяного пара, пыли; изучение профилей температуры и давления. Методика измерений основана на спектральном анализе солнечного излучения, проходящего через атмосферу Марса. Запланированы исследования марсианской ионосферы.
  • Миссия "Фобос" может рассматриваться как первый важный шаг в реализации задуманной советскими учеными перспективной марсианской программы исследований. Следующий шаг предполагается реализовать в середине 90-х годов, когда эта планета станет пунктом назначения еще нескольких космических аппаратов.
  • Программу планируется реализовать поэтапно. Первый этап намечено осуществить в 1994 г. с помощью двух межпланетных аппаратов. Каждый из них будет включать: орбитальную станцию (марсианский искусственный спутник) для длительных исследований планеты; спускаемый аппарат, несущий аэростатную станцию и марсоход, кассету с 10 малыми мстеомаяками и средствами их посадки; зонды-пенетраторы, сбрасываемые на поверхность для исследования физико-химических свойств грунта. В ходе полета орбитального аппарата от него отделится небольшой спутник, задачей которого станет получение данных для построения (с высоким пространственным разрешением) модели гравитационного поля Марса. Исследования планируется выполнять с помощью прецизионных траекторных измерений системы "орбитальный аппарат — субспутник".
  • С помощью орбитального аппарата намечается выполнить широкий комплекс дистанционных исследований планеты, включающий телевизионную съемку, ИК— и радиолокационное картирование, исследования состава и структуры поверхности методиками ИК-спектроскопии (зондирование и метод затмений), гамма-спектроскопию. Планируются также прямые исследования верхней атмосферы, ионосферы и магнитосферы. С помощью аэростата будут исследоваться не только атмосфера, но и поверхность Марса.
  • Один из возможных вариантов аэростатного зондирования — баллон совершает полет только днем, а ночью опускается на поверхность планеты. Для обеспечения такого режима работы он должен состоять из двух связанных между собой шаров — большого нижнего шара, представляющего собой пластиковую оболочку, заполненную марсианским "воздухом", и малого герметического верхнего шара из майларовой пленки, заполняемого водородом или гелием. Параметры конструкции нижнего шара подбираются таким образом, что он приобретает подъемную силу только в светлое время суток под действием нагрева заполняющей его смеси газов солнечными лучами. Использование этого принципа в конструкции аэростата позволит обеспечить перемещение размещаемой в гондоле научной аппаратуры на значительные расстояния от места посадки спускаемого аппарата. Недостаток метода — случайное направление перемещения зонда, которое целиком зависит от направления ветра. Тем не менее имеющиеся данные о движении атмосферы Марса позволяют просчитать возможные траектории полета аэростата и выбрать наиболее интересные из них, для чего потребуется, однако, обеспечить точный ввод аэростата в атмосферу в заранее заданном районе планеты.
  • Обзорная телевизионная камера, установленная ь гондоле аэростата, обеспечит с высоты 200 м разрешение снимков не хуже 10 см.
  • Одна из главных технических проблем марсохода — это управление им на расстоянии в миллионы километров. Марсоход должен, например, уметь обходить препятствия, которых 20-30 минут назад еще не было на пути. Примерно столько времени понадобится радиосигналам, чтобы преодолеть расстояние от Марса до Земли и обратно. Решение проблемы видится в том, чтобы сделать марсоход "системой-экспертом", придав ей определенные "интеллектуальные способности". "Земля" будет определять стратегию работы, а сам робот — тактику ее проведения. Если для орбитального аппарата это означает автономию в решении ряда навигационных задач, то для марсохода это наивысшее по сложности автономное адаптивное (т. е. приспосабливающееся к условиям) управление движением.
  • Помимо телевизионной системы, марсоход, по-видимому, нужно будет оснастить лазерным дальномерным устройством для прокладки курса и управления движением.
  • Навигационное обеспечение марсохода решает две основные задачи: вход в заданные целевые районы и координатную привязку маршрута.
  • Последовательность обхода целевых районов будет определяться в зависимости от реальных координат точки посадки. "Привязка" точки посадки и трассы марсохода к местности может осуществляться по данным независимых систем счисления пути и астрономических наблюдений (Солнце, звезды), а также с помощью специальной системы, включающей в себя комплекс средств для подъема на высоту от нескольких десятков до сотен метров над поверхностью Марса телевизионных камер, связанных с марсоходом. Эта система позволит осматривать район размерами порядка сто на сто метров, с разрешением лучше одного метра, что даст возможность осуществить высокоточную привязку местоположения марсохола к фотоплану марсианской поверхности. Планируется использовать 3 вида средств подъема: аэростатные (баллон), аэродинамические (воздушный змей) и баллистические. Последний тип рассматривается как резервный для использования в случае выхода из строя или невозможности применения первых двух (например, при неблагоприятных метеоусловиях).
  • Дальность передвижения марсохода должна достигать сотен километров. Скорость будет определяться энергетикой, а также зависеть от рельефа местности и научной программы на трассе движения. В качестве источника питания могут использоваться либо солнечные батареи, либо изотопные термоэлектрогенераторы.
  • Программа научных исследований для марсоходов включает вибропросвсчивание глубинных недр планеты с тем, чтобы выяснить его внутреннее строение. Марсоход позволит также получить большую серию панорамных снимков по трассе движения. С его помощью можно было бы осуществить и сбор образцов пород с большой плошади поверхности и с глубин в несколько метров. Забор образцов грунта из глубинных слоев планеты особенно важен с точки зрения его последующего "биологического" анализа, так как увеличивается вероятность обнаружения каких-то форм жизни. Затем марсоход с собранными образцами мог бы служить радиомаяком на выбранной им подходящей площадке для будущего посадочного аппарата, оборудованного возвратной ракетой для доставки на Землю марсианского грунта.
  • Будет установлен на марсоходе и метеокомплекс.
  • Надо сказать, что изучение метеоусловий на Марсе — одна из важных задач первого этапа запланированных исследований планеты. С этой же целью намечается и создание сети из 10 малых долгоживущих (более года) метеомаяков на поверхности Марса. Основное их назначение — прямые измерения метеорологических параметров для изучения обшей циркуляции атмосферы и прогнозирования метеоусловий для текущей и будущих миссий. Преимущества такой сети — глобальность охвата, возможность сброса станций в особо интересные районы (каньоны, старые русла рек), малодоступные для исследования другими средствами; охват наблюдениями благодаря их длительности всех сезонов, включая сезон пылевых бурь.
  • Пенетраторы, помимо изучения физико-химических свойств грунта планеты, позволят получить данные о ее внутреннем строении. Несколько пенетраторов образуют сеть стационарных станций, обеспечивающих длительные сейсмические наблюдения.
  • Главная цель следующего этапа советской программы исследований Марса — доставка на Землю образцов марсианского грунта. Срок реализации — одно из ближайших "астрономических окон" после 1994 г. Как известно, экспедиции к Марсу наиболее разумно (с точки зрения выведения на траекторию полета достаточно больших полезных нагрузок) отправлять, когда он находится в "верхнем соединении" с Землей, располагаясь с противоположной стороны от Солнца.
  • В 1988 г. такой благоприятный момент имел место в июле месяце; тогда к Марсу стартовали станции "Фобос". Подобные возможности осуществить межпланетный перелет с минимальными затратами энергии и за минимальное время (6-8 месяцев) будут повторяться примерно каждые 2 года. Следовательно, доставка грунта с Марса может быть выполнена, вероятно, в 1996 или 1998 г.
  • Один из вариантов реализации этого этапа исследований — запуск двух автономных аппаратов; первый совершит посадку на поверхность Марса, другой станет его спутником. Посадочный аппарат должен иметь на борту взлетную ракету и небольшой марсоход для сбора грунта на некотором удалении от места посадки. Марсоход оборудуется манипуляторами и грунтозаборным устройством.
  • Взлетная ракета доставляет грунт к орбитальному аппарату, стыкуется с ним, после чего образцы перегружаются в специальный возвращаемый к Земле модуль. При подлете к нашей планете он перехватывается орбитальной станцией.
  • Было бы целесообразно выполнить на борту станции первичный анализ марсианского грунта. Это позволило бы решить проблему карантина, исключающего заражение нашей планеты внеземными организмами, как бы ни мала была такая вероятность. Само собой разумеется, необходима и стерилизация космического аппарата перед стартом с Земли, чтобы не занести на Марс земные микробы.
  • Операция стыковки на орбите достаточно хорошо отработана. Однако, учитывая жесткий лимит веса в межпланетных перелетах, предстоит проделать большую работу по созданию очень легких стыковочных систем и узлов.
  • Следующий этап марсианской программы исследований — работа на планете в 2000-2005 гг. крупных марсоходов с большим временем активного существования и дальностью передвижения свыше тысячи километров. Затем, скажем в 2010 г., можно было бы реализовать комбинированную экспедицию с высадкой марсоходов и забором грунта из двух-трех мест, удаленных друг от друга на большое расстояние. И наконец, к 2015— 2020 гг., по-видимому, были бы обеспечены необходимые условия для пилотируемой экспедиции на Марс с высадкой космонавтов на его поверхность.
  • В качестве базового комплекса для осуществления марсианской программы предполагается использовать разработанные в Советском Союзе автоматические аппараты нового поколения — так называемые высокоинтеллектуальные космические роботы. Первым практическим опытом применения этих аппаратов стал проект "Фобос".
  • Уже на первых стадиях создания нового аппарата его разработчики имели в виду перспективы исследований Марса. Поэтому они старались обеспечить максимальную преемственность и собственно конструкции аппарата, и его служебных систем. Запуски космических аппаратов предполагается осуществлять с помощью хорошо зарекомендовавшей себя ракеты "Протон".
  • Иначе выглядит программа исследований Марса, если в качестве средства выведения полезной нагрузки в космос использовать новую ракету-носитель "Энергия". В этом случае одним стартом могли бы быть решены в принципе все основные задачи программы. Может быть обеспечено одновременное исследование и значительно большего числа точек на планете при помощи марсоходов, аэростатных зондов и малых посадочных станций. Предварительные оценки показывают, в частности, что в одном запуске ракеты-носителя "Энергия" могут быть доставлены на Марс сразу 3 марсохода, несколько кассет с 10 метеомаяками каждая и большое количество пенетраторов. Удастся снять и весовые ограничения в проблеме доставки грунта с Марса и возврата фотопленки с околомарсианской орбиты. Можно было бы попытаться доставить грунт и с Фобоса.
  • В варианте использования ракеты-носителя "Энергия" перспективная марсианская программа выглядит следующим образом.
  • Первый этап (1994-1996 гг.) — глобальные исследования поверхности и атмосферы Марса с помощью комплекса тяжелых автоматических аппаратов. Детально изучаются наиболее интересные участки его поверхности методами дистанционного зондирования с борта базовой станции на близкой круговой полярной орбите (высота 200-300 км). Часть приборов устанавливается на поворотной платформе.
  • Далее поверхность исследуется прямыми методами с использованием марсоходов, буровой установки, пенетраторов и малых зондов; с помощью аэростатов изучается атмосфера, а внутреннее строение планеты — методами электромагнитного и сейсмозондирования.
  • Одна из главных задач этого этапа исследований — поиск наиболее интересного места для посадки пилотируемого аппарата и получение информации о природных условиях Марса.
  • Задача второго этапа (2000-2005 гг.) — натурная отработка основных элементов пилотируемой марсианской экспедиции. Предусматривается исследование повсрхности Марса с длительным изучением отдельных районов и доставка на Землю образцов грунта. Практически это будет генеральная репетиция пилотируемой экспедиции, но без экипажа.
  • Впервые межпланетный перелет, видимо, будет совершаться с помощью ядерной электрореактивной двигательной установки. Важнейшей особенностью такого двигателя является очень высокая скорость истечения газа. Если у реактивного двигателя, работающего на жидком водороде и кислороде, скорость истечения составляет около 2500 м/с, то у электрореактивного двигателя она достигает 20-25 тыс. м/с. Рабочего тела для электрореактивного двигателя требуется в 15-20 раз меньше по сравнению с жидкостными двигателями. Соответственно может быть увеличена масса полезной нагрузки корабля.
  • Наконец, третий этап (2005-2010 гг.) — пилотируемая экспедиция на Марс.
  • С технической точки зрения полет человека на Марс сегодня представляется достаточно сложным, но вполне разрешимым предприятием. Другое дело — способен ли сам человек к столь длительному (минимум полтора года) пребыванию в космосе.
  • Опыт полетов советских космонавтов на орбитальных станциях показывает, что человек может удовлетворительно адаптироваться к продолжительному воздействию невесомости, а по окончании полета — к земной гравитации. Юрий Романенко, Владимир Титов и Муса Манаров на станции "Мир" уже "долетели" до Марса.
  • Ведутся работы по созданию на борту космических кораблей автономных экологических систем, способных к относительно длительному функционированию на основе замкнутого круговорота веществ, с собственными механизмами саморегулирования и самоуправления, как и в биосфере Земли.
  • Но вот проблема обеспечения радиационной безопасности экипажа представляется более сложной, чем при полетах по околоземной орбите. Предусматривается создание на марсианском корабле специального радиационного убежища, но оно не защитит от тяжелых ядер галактического космического излучения. Как показывают предварительные оценки, за время полета космонавты за счет этого излучения получат почти максимально допустимую дозу облучения. Поэтому всякие "добавки" (от ядерной двигательной установки, при полете через радиационный пояс Земли, за счет рентгеновских вспышек на Солнце) должны быть исключены. По-видимому, придется до минимума сократить и время пребывания космонавтов на поверхности Марса в легком скафандре вне конструкции корабля.
  • Далее, проблема поддержания связи с экипажем. Помимо длительности прохождения радиосигнала из-за больших расстояний от Земли до корабля, есть и еще одна сложность — нарушения радиосвязи при заходе корабля за Солнце. Поэтому важно обеспечить максимальную автономность корабля и самостоятельность экипажа в своих действиях.
  • Принять участие в предложенной советскими учеными программе исследований Марса изъявили желание научные организации и специалисты многих стран, в том числе и США. Прорабатывается, в частности, вопрос совместной работы советских космических аппаратов 1994 г. и американского аппарата "Марс-обсервер". Он мог бы, например, принимать телеметрическую информацию с советских аэростатов и марсоходов. Не менее важна организация совместной наземной сети для круглосуточного приема данных с искусственных спутников Марса.
  • Особый интерес представляет координация исследований отдельных районов планеты. На борту космического аппарата "Марс-обсервер" должна быть установлена телевизионная камера высокого разрешения, а поскольку его запуск запланирован на 1992 г., он мог бы предварительно исследовать районы предполагаемого десантирования марсоходов, пенетраторов и метеомаяков советской миссии 1994 г. В дальнейшем может быть произведен обмен информацией по метеорологии Марса, создан общий банк данных об атмосфере, организована совместная интерпретация результатов исследований. Итогом этой работы стала бы разработка объединенными усилиями инженерной модели Марса для последующих этапов его исследования.
  • Не останутся без внимания в советской космической программе и планеты-гиганты и их спутники. Несомненный научный интерес представляет, например, исследование феноменальных систем циркуляции на Юпитере и Сатурне, природа Большого Красного Пятна и ряда пятен меньших размеров — свободных лолгоживущих вихрей в атмосфере Юпитера.
  • Юпитер и Сатурн целесообразно исследовать с помощью спускаемых аппаратов (атмосферных зондов) и искусственных спутников, Титан — с помощью посадочного аппарата и аэростатного зонда. Возможна также комбинация в одной экспедиции 2-3 различных аппаратов.
  • Основные задачи исследований Юпитера и Сатурна на спускаемом аппарате — прямые измерения температуры, давления и плотности атмосферы, ее химического и изотопного состава; изучение структуры облачного слоя и характеристик аэрозольных частиц, включая анализ их химического состава; измерение скорости ветра, потоков солнечного и теплового излучения; регистрация электрических явлений в атмосфере; анализ ее нейтрального и ионного состава, электронной и ионной концентрации.
  • Предусматривается также изучение метеорного вещества вблизи планет, магнитного поля в магнитосфере, энергетического спектра заряженных частиц, регистрация радиоизлучения планет, изучение морфологических характеристик поверхности спутников планет.
  • Одной из задач исследований Титана с помощью посадочного аппарата станет получение изображении его поверхности, анализ ее состава и механических свойств.
  • При помощи аэростатного зонда, дрейфующего в атмосфере Титана, будут измеряться ее температура и давление, скорость и направление ветра, параметры турбулентности, исследоваться характеристики аэрозоля, анализироваться химический состав атмосферы. Телевизионная камера, установленная в гондоле аэростата, позволит получить при высоте полета 5-6 км детальное изображение поверхности. Время активного существования аэростатного зонда составит порядка 10 суток.

    ДАЛЬНИЙ КОСМОС

  • Развитие внеатмосферной астрономии в Советском Союзе проходило по трем основным направлениям. Во-первых, для наблюдений использовались телескопы, устанавливаемые на пилотируемых космических аппаратах-орбитальных комплексах на базе станции "Салют" и транспортных космических кораблях "Союз". Затем астрономические приборы входили в состав комплексов научной аппаратуры автоматических многоцелевых космических аппаратов, например, искусственных спутников Земли серии "Космос", "Прогноз", автоматических межпланетных станций серии "Венера". И наконец, в последние годы для астрономических исследований стали создаваться специализированные космические аппараты, такие, как, например, спутник "Астрон".
  • Астрономические инструменты стояли уже на самой первой орбитальной станции серии "Салют". С их помощью проводились наблюдения в ультрафиолетовом и гамма-диапазонах. Работа с этими приборами позволила приобрести опыт астрономических наблюдений на пилотируемых космических аппаратах и перейти к более сложным экспериментам в последующих полетах.
  • Очень интересные результаты удалось получить с помощью ультрафиолетового телескопа-спектрометра "Орион", установленного на космическом корабле "Союз-13". Были, в частности, открыты мощные хромосферы у холодных звезд, а также группировки горячих звезд очень низкой светимости. Впервые получена ультрафиолетовая спектрограмма планетарной туманности — гигантского газового образования с очень горячей звездой в центре.
  • На орбитальной станции "Салют-4" стоял комплекс астрофизических приборов, в который входили зеркальный рентгеновский телескоп и телескоп со щелевыми коллиматорами "Филин". Во время двух экспедиций на этой станции проведены наблюдения многих рентгеновских источников — Лебедя Х-1, Геркулеса Х-1, Циркуля Х-1, рентгеновской Новой А0620-00 и других, в ходе которых были получены интересные сведения о свойствах этих объектов.
  • Новый диапазон длин волн был освоен на орбитальной станции "Салют-6", на которой стоял большой субмиллиметровый телескоп с диаметром зеркала 1500 мм.
  • Уже в ходе полета этой станции на ее борт был доставлен в виде отдельных блоков и узлов, а затем собран космонавтами радиотелескоп КРТ-10 (космический радиотелескоп с 10-метровой антенной).
  • Широкая программа астрофизических экспериментов проводилась и на орбитальной станции "Салют-7". Основной астрономический инструмент станции — рентгеновский телескоп (диапазон энергий от 2 до 30 кэВ) с газовыми пропорциональными счетчиками общей площадью 3000 см2. Поле зрения телескопа составляло ЗХЗ градуса. За 1000 с телескоп мог обнаружить источник с потоком энергии в несколько тысяч раз меньшим, чем у Крабовидной туманности. Среди результатов исследований — обнаружение мощной вспышки рентгеновского излучения активной галактики C4151.
  • Еще один астрономический прибор "Салюта-7" — гамма-телескоп "Елена", предназначенный для измерения фонового излучения конструкции космического аппарата. Полученные с его помощью данные были важны для подготовки будущих экспериментов с большими гамма-телескопами.
  • В последние годы выполняется обширная программа наблюдений всплесков космического гамма-излучения. Это явление было обнаружено сравнительно недавно, в начале 70-х годов. В точение короткого времени, не превышающего нескольких десятков секунд, на небесной сфере появляется источник с потоком, в тысячи раз превышающим потоки самых ярких стационарных источников в том же диапазоне энергий (от нескольких десятков тысяч до нескольких миллионов электронвольт). Частота подобных событий невелика, она не превышает сотен событий в год на всей небесной сфере. Наблюдение таких явлений требует использования всенаправленных детекторов жесткого рентгеновского и мягкого гамма-излучения. Много данных о космических всплесках гамма-излучения было получено с помощью приборов, установленных на межпланетных автоматических станциях "Венера" и высокоапогейных искусственных спутников Земли "Прогноз". Цель этих экспериментов (в них принимали участие и французские ученые) — определение точных координат гамма-всплесков методом измерения времени прихода сигнала на каждый из разнесенных в пространстве космических аппаратов (метод триангуляции). Для этого, помимо "Венер" и "Прогноза", использовались также космические аппараты США и ФРГ. Для сотен гамма-всплесков были определены координаты с точностью в несколько угловых минут, а в одном случае — до 5 угловых секунд.
  • Измерялись и спектры гамма-всплесков, а также их временные профили. По результатам этого эксперимента опубликованы два каталога спектров и профилей гамма-всплесков.
  • Из других результатов внеатмосферных астрономических наблюдений следует отметить исследования спектра излучения межпланетной среды в ультрафиолетовом диапазоне, что позволило обнаружить движение Солнечной системы относительно межзвездного газа и определить физические параметры в ближайших окрестностях Солнца: плотность атомов водорода и гелия, их температуру и скорость движения относительно Солнца.
  • В экспериментах на спутниках "Прогноз" и станциях "Венера" удалось получить обзор неба в линиях водорода и гелия с угловым разрешением 2 градуса. Применение оригинальной методики дало возможность измерять ширину линий водорода, что, в свою очередь, позволило определить температуру межзвездных атомов водорода, пролетающих через Солнечную систему.
  • В марте 1983 г. в Советском Союзе на высокоапогейную орбиту выводится специализированная автоматическая станция "Астрон".
  • В состав комплекса научной аппаратуры станции "Астрон" были включены 2 больших телескопа: ультрафиолетовый телескоп-спектрометр (УФТ) и рентгеновский телескоп-спектрометр.
  • Основная задача наблюдений на телескопе УФТ — получение данных о химическом составе звезд, межзвездной среды, о наличии звездного ветра, о взрывах и выбросах в звездах, ярких квазарах и галактиках, а также о других нестационарных объектах. Для отождествления звезд имелась отдельная телевизионная камера с широким полем зрения (0,5°).
  • В эксперименте с УФТ впервые в Советском Союзе была решена задача высокоточного наведения телескопа и удержания в поле его зрения точечных источников космического излучения. Точность наведения составила порядка десятых долей угловой секунды.
  • Чувствительная площадь рентгеновского телескопа составила около 2000 см2. Это меньше, чем у аналогичного рентгеновского телескопа "Филин", установленного на орбитальной станции "Салют-7". Однако телескоп "Астрона" обладал значительно более высоким временным разрешением — до трех тысячных долей секунды. Кроме того, с его помощью можно было наблюдать источник рентгеновского излучения непрерывно до 3 часов. Отсюда и основная задача эксперимента — получение спектров и детальное исследование одиночных источников рентгеновского излучения. В их числе пульсары и остатки сверхновых, компактные релятивистские объекты в тесных двойных системах, активные галактики и рентгеновские барстеры. Точность наведения и стабилизации обсерватории при проведении рентгеновских наблюдений достигала 2-3 угловых минуты.
  • Еще на начальной стадии подготовки эксперимента был составлен список около 1000 рентгеновских источников и такого же количества ультрафиолетовых. Этот список пропустили через ЭВМ. Она исключила примерно треть источников, которые по тем или иным причинам невозможно было наблюдать с борта "Астрона" в период его работы, а остальные расположила в таком порядке очередности наблюдений, чтобы переориентация аппарата с одного источника на другой была минимальной. Наблюдения велись поочередно — сначала ультрафиолетовым телескопом, затем рентгеновским и наоборот. Проводились и одновременные синхронные исследования сразу и в том и в другом диапазонах, что было очень важно для выяснения природы изучаемых объектов.
  • Что касается наблюдений в ультрафиолетовом диапазоне, то здесь прежде всего осуществлялся поиск в спектрах звезд тяжелых элементов, таких, как торий, свинец, уран. Их образование не укладывается в рамки известных науке процессов. Возможно, рождение тяжелых элементов связано с мощными взрывами во Вселенной, с взаимодействиями двух звезд, включая превращение одной из них в нейтронную. Вопрос, как возникают тяжелые элементы, — фундаментальный не только для астрофизики, но и для физики в целом. Знание возраста тяжелых элементов поможет определить, как именно рождаются звездные миры. Торий постепенно превращается в свинец — это своеобразные радиоактивные часы Вселенной. Следовательно, выяснив относительное содержание этих элементов, можно заглянуть в далекое прошлое нашего мира. Ультрафиолетовый телескоп "Астрона" позволял получать информацию о количественном содержании различных элементов, даже если оно очень невелико.
  • С помощью рентгеновского телескопа был обнаружен эффект выключения источника Геркулес Х-1, определены верхние границы потоков от Сверхновой, вспыхнувшей в галактике М83. Неоднократно проводились наблюдения быстрого барстера, причем наблюдались импульсы различной длительности и формы и был обнаружен новый тип всплесков. При покрытии быстрого барстера Луной удалось обнаружить идущий от него постоянный поток рентгеновского излучения.
  • В ходе длительной эксплуатации "Астрона" выявилась его большая гибкость — он мог быстро перенацсливаться на новые объекты и даже работать в таких режимах, которые первоначально не предусматривались. Примером могут служить наблюдения кометы Галлея, исследование Свсрхновой, вспыхнувшей в конце февраля 1987 г. в Большом Магеллановом Облаке.
  • Космическая обсерватория "Астрои" успешно функционировала на орбите более пяти с половиной лет.
  • "Астрон" еще не закончил свою работу, когда в космос была выведена новая астрофизическая обсерватория "Рентген". Доставленная на орбиту на борту модуля "Квант"-, она стала частью научного оборудования станции "Мир". Эта обсерватория — крупнейший целенаправленный комплекс из устанавливающихся до сих пор на советских орбитальных аппаратах. Разработка и изготовление аппаратуры для нее проводились в СССР, Голландии, Англии и ФРГ при участии научных организаций и промышленных предприятий Европейского космического агентства.
  • В составе обсерватории 4 рентгеновских телескопа, предназначенных для решения принципиально новых задач астрофизики высоких энергий. Самый крупный из них "Пульсар Х-1" создан Институтом космических исследований АН СССР совместно с учеными других научных организаций страны. Телескоп предназначен для поиска и исследований галактических и внегалактических источников жесткого рентгеновского излучения, измерения их энергетических спектров. В состав телескопа включен специальный широкоугольный монитор всплесков космического рентгеновского гамма-излучения. Большие размеры детектора позволяют получать детальные спектры и прослеживать развитие во времени этих редких и интересных событии.
  • Другой прибор — так называемый телескоп с теневой маской-детище специалистов Утрехтской лаборатории космических исследований в Голландии и Бирмингемского университета в Великобритании. В телескопе использован новый принцип получения изображения наблюдаемых объектов, позволяющий достичь разрешения в несколько угловых минут. На его входном окне установлена "крышка" — теневая кодирующая маска с определенным образом расположенными отверстиями квадратного сечения. Общая площадь отверстий близка к 50% площади входного окна телескопа. При "освещении" телескопа параллельным пучком фотонов от удаленного источника в плоскости детектора рентгеновского излучения формируется теневой образ кодирующей маски. Математическая обработка точек распределения регистрации фотонов позволяет восстановить распределение яркости рентгеновского излучения по небесной сфере, т. е. получить ее "картину в рентгеновских лучах". При этом местоположение рентгеновских источников определяется с точностью до угловых минут.
  • Еще один телескоп-спектрометр — "Сирень-2" — создан в отделе космической астрофизики Европейского космического агентства. Особенность этого телескопа — новый принцип измерения рентгеновских квантов. Он основан на регистрации газовых сцинтилляций — всплесков ультрафиолетового излучения определенной длительности, соответствующей энергии квантов. Благодаря этому энергетическое разрешение телескопа более чем в два раза превышает разрешение обычных счетчиков, использовавшихся до последнего времени. Телескоп позволяет исследовать, например, химический состав горячего газа в скоплениях галактик. Этот газ чрезвычайно разрежен, а температура его составляет десятки миллионов градусов. Скорость звука в таком газе превышает 1000 км/с. В нем с дозвуковыми и сверхзвуковыми скоростями движутся сотни галактик.
  • Название прибора западногерманских ученых "ГЕКСЕ" переводится с немецкого языка как "ведьма". Он создан Институтом внеатмосферной физики общества Макса Планка и Тюбингенским университетом. Особенность этого прибора — детектор типа "Фосвич" е качанием коллиматоров. Это позволяет одновременно измерять сигнал от источника и уровень фона. Телескоп предназначен для работы в области высоких энергий.
  • В состав орбитальной обсерватории входят также советские приборы для управления всем комплексом, для распределения каналов телеметрической информации и обеспечения электропитанием научной аппаратуры.
  • По своим техническим характеристикам и научным возможностям космическая обсерватория не будет иметь себе аналогов в мире по крайней мере до 1990 г. Например, входящий в ее состав советский телескоп "Пульсар Х-1" для спектрометрических исследований в области жесткого рентгеновского излучения имеет эффективную площадь детектирующих устройств в 6 раз большую, чем у американского спутника ХЕАО-3.
  • С помощью обсерватории "Рентген" было проведено несколько тысяч наблюдений, в результате которых получены важные научные результаты. Наибольший интерес, несомненно, представляют исследования Свсрхновой, вспыхнувшей в конце февраля 1987 г. в Большом Магеллановом Облаке.
  • Светящаяся оболочка, образовавшаяся при взрыве звезды, сначала была настолько плотной, что "не выпускала" наружу потоки рентгеновского и гамма-излучений, которые теряли свою энергию, как бы застревал в ней. Но поскольку оболочка разлетается во все стороны с колоссальной скоростью, она постепенно становилась все "прозрачнее", и 10 августа 1987 г. обсерваторией "Рентген" было зарегистрировано жесткое рентгеновское излучение.
  • Излучение такой природы, имеющее аномально жесткий спектр, астрономы ранее никогда не наблюдали. Бесспорно, это излучение явилось следствием радиоактивных распадов ядер кобальта, превращающихся в железо. Ядерные гамма-линии испытывают в оболочке десятки и сотни рассеяний, уменьшают свою энергию и приходят к Земле в виде непрерывного рентгеновского потока с чрезвычайно жестким спектром.
  • Поток излучения от Сверхновой медленно и неуклонно нарастал. Нарастание продолжалось даже, когда 98% кобальта уже распалось, что можно объяснить быстрым просветлением оболочки. Основной целью продолжавшихся наблюдений Сверхновой стал поиск рентгеновского пульсара — быстровращающейся замагниченной нейтронной звезды, родившейся в результате гибели голубого сверхгиганта в соседней галактике.
  • Следует отметить что жесткое рентгеновское излучение, наблюдаемое обсерваторией "Рентген", имело быстропеременный компонент с характерным временем в несколько дней. В то же время иная переменность наблюдалась в более мягком диапазоне японским спутником "ГИНГА". Различное временное поведение говорит о разной природе излучения в разных диапазонах энергий.
  • Среди других объектов наблюдений обсерватории "Рентген" — квазар ЗС 273; рентгеновский пульсар Геркулес Х-1; известный кандидат в черные дыры Лебедь Х-1; источник, излучающий гамма-лучи сверхвысоких энергий, Лебедь Х-3, Цефей Х-4 и многие другие объекты.
  • Еще один проект орбитальной обсерватории — он получил название "Гранат" — осуществляется совместными усилиями советских, французских, датских и болгарских ученых. Обсерватория задумана как комплекс приборов для проведения детальных исследований в широчайшем диапазоне — от 3 кэВ до 2 МэВ. Это дает возможность определять температуру тепловой плазмы в скоплениях галактик, рентгеновских пульсарах, аккреционных дисках вокруг черных дыр, выявлять объекты, где работают нетепловые механизмы излучения.
  • Напомним, что американская спутниковая обсерватория "Эйнштейн", которая доставила ученым массу "свежих новостей", зачастую совершенно неожиданных, могла работать лишь в мягком диапазоне энергий — от 1/10 до 3 кэВ. Основой приборного комплекса обсерватории "Гранат" являются телескоп АРТ-П, разработанный учеными ИКИ АН СССР совместно с другими организациями, и советско-французский телескоп "Сигма".
  • Орбита космической обсерватории "Гранат" и наличие емкой памяти на борту обеспечат возможность наблюдательных сеансов длительностью 24 ч. Это наряду с большой площадью детекторов сделает обсерваторию рекордной по чувствительности и широте решаемых научных задач среди осуществленных и принятых к разработке космических проектов.
  • Запуск обсерватории "Гранат" планируется на то же время, что и запуск западногерманского спутника РОСАТ, имеющего высокую чувствительность в мягком рентгеновском диапазоне и предназначенного в значительной мере для картографирования небесной сферы. Высокая точность локализации источников приборами станции "Гранат" позволит идентифицировать их с источниками на картах, полученных спутником РОСАТ, с оптическими и радиобъектами. Это даст возможность исследовать спектры слабых источников во всем диапазоне — от радиоволн до гамма-лучей.
  • "Гранат" должен стать и крупнейшим в мире целенаправленным проектом по наблюдению гамма-всплесков.
  • Большие надежды в решении перспективных задач внеатмосферной астрономии ученые связывают с проектом "Спектр-Рентген-Гамма". Этот проект станет, по-видимому, и своеобразным рекордсменом по масштабам международной кооперации. В его подготовке активно участвуют специалисты из Австрии, Болгарии, Великобритании, Венгрии, ГДР, Дании, Италии, Канады, Польши, Португалии, США, Финляндии, Франции, ФРГ, Чехословакии, Японии и Европейского космического агентства.
  • Реализация проекта позволит сделать значительный шаг в выяснении свойств различных классов астрономических объектов, определении природы многих пока не до конца понятых физических явлений, наблюдаемых во Вселенной. Приборы новой орбитальной обсерватории должны дать уникальную информацию о галактических источниках рентгеновского излучения ("черных дырах" и нейтронных звездах в двойных звездных системах, остатках вспышек сверхновых, горячем межзвездном газе); свермассивных черных дырах (они в миллионы или даже в миллиарды раз массивнее Солнца) в ядрах активных галактик; межгалактическом газе в скоплениях галактик; рентгеновском излучении нормальных галактик. Огромная площадь собирающих зеркал, установленных на борту обсерватории рентгеновских телескопов, широчайший энергетический диапазон, способность строить рентгеновские изображения с высоким разрешением, проводить рентгеновскую спектроскопию открывают уникальные возможности использования обсерватории для решения космологических проблем.
  • Можно будет вести поиск самых удаленных рентгеновских квазаров — этих исключительно ярких образований, излучение каждого из которых не уступает излучению целой галактики из сотен миллиардов звезд. Один из таких квазаров, обозначаемый ОХ-169, всего за 3 ч изменяет яркость рентгеновского излучения в 2 раза. Выходит, что он по своим размерам не больше Солнечной системы (скорее всего, даже примерно в половину меньше). Самая тяжелая черная дыра подобных размеров имела бы массу около 200 млн. солнц.
  • Откуда же тогда чудовищный выход энергии из квазаров?
  • Обсерватории будут доступны сотни тысяч сверхслабых рентгеновских источников, находящихся у границы наблюдаемой Вселенной. Детальное их изучение позволит пролить дополнительный свет на проблему диффузного рентгеновского фона.
  • Дело в том, что небо в рентгеновском диапазоне не выглядит темным. Существует фоновое "размазанное" излучение, сравнимое с излучением дискретных источников. Предполагается, что это излучает очень разреженный горячий межгалактический газ, заполняющий все пространство. Если это так, то по величине диффузного фона можно судить о средней плотности Вселенной и, следовательно, о том, каков наш мир — "замкнутый" или "разомкнутый", сменится ли когда-либо наблюдаемое расширение Вселенной сжатием. Или оно будет продолжаться бесконечно?
  • По может быть, фон — это слившиеся воедино очень далекие и по отдельности пока неразличимые точечные источники? Поэтому телескопы обсерватории "Спектр— Рентген-Гамма" будут направлены и на "пустые" области неба, где присутствует только фон, с тем чтобы проводить подсчеты свсрхслабых рентгеновских источников.
  • Важной задачей проекта станет и исследование транзиентных (пропадающих) рентгеновских источников и гамма-всплесков.
  • Широкий энергетический диапазон, высокие чувствительность, спектральное и угловое разрешение выдвигают проект "Спектр-Рентген-Гамма" в ряд наиболее интересных научных космических проектов первой половины 90-х годов. В рамках сложившейся международной кооперации этот проект, с одной стороны, станет важным дополнением к планируемому запуску спутника РОСАТ, с другой — необходимым логическим звеном при переходе от проектов 80-х годов к чрезвычайно дорогостоящим и в какой-то мере амбициозным проектам 90-х годов Европейского космического агентства — ХММ и Национального управления по аэронавтике США-АХАФ. Проект ХММ, например, предусматривает установку на борту космического аппарата четырех рентгеновских телескопов "косого падения" — ведь рентгеновские лучи нельзя сфокусировать, как свет в оптических телескопах, поэтому их постепенно "сводят" с помощью вложенных друг в друга колец-зеркал. Каждый из телескопов будет состоять из 50 зеркал и иметь фокусное расстояние 7,5 м.
  • Одним из основных инструментов обсерватории "Спектр-Рентген-Гамма" станет советско-датский телескоп-концентратор (устанавливается вдоль главной оси обсерватории), в котором используется рентгеновская оптика косого падения по схеме "конус-конус". Суммарная площадь поверхности рентгеновских зеркал двух идентичных телескопов составит 130 м2. Чувствительность телескопа в 20 раз превысит чувствительность аппаратуры, которая была установлена на американском спутнике "Эйнштейн".
  • Телескопы планируется выводить в космос в сложенном состоянии и затем раскрывать их на орбите. Фокальное расстояние телескопов составит 8 м, и его можно будет изменять. Угловое разрешение — 2'.
  • Разработка и изготовление оптической системы телескопа будет выполняться советскими специалистами. Советской стороной проводятся и все расчеты тепловых и механических характеристик телескопа, а также его испытания на соответствие условиям эксплуатации на борту космического аппарата. В создании телескопа намерены принять участие также специалисты США, Финляндии и ряда других стран. Так, в Чехословакии разрабатывается система смены и точного наведения фокальных детекторов телескопа.
  • Еще один телескоп косого падения JET-X (также устанавливается вдоль главной оси) предназначен для точной локализации, спектроскопии и построения изображения слабых рентгеновских источников с разрешением 10". В состав телескопа войдет оптический монитор с зеркалом диаметром 30 см и устройством с так называемой обратной зарядовой связью. Это кремниевый микрокристалл, поверхность которого содержит сотни тысяч датчиков. Свет, собираемый и усиливаемый зеркалом, падает на них и преобразуется в электрические сигналы, пропорциональные его интенсивности в этой части изображения. Фотопластинки, которые всегда были "стандартным приложением" к наземным астрономическим камерам, регистрировали только 7 из каждой 1000 световых квантов. Прибор с зарядовой связью регистрирует 700 из каждой 1000 квантов.
  • Оптическому монитору будут доступны тысячи звезд на каждой площадке наблюдения вплоть до 20-й и даже 21-й величины. Это может облегчить оптическую идентификацию рентгеновских объектов и позволит синхронно исследовать их переменность в рентгеновском и оптическом диапазонах.
  • Над созданием телескопа JET-X совместно работают специалисты Англии, Италии, СССР, ФРГ и Европейского космического агентства.
  • Эти два главных инструмента обсерватории дополняют друг друга: советско-датский телескоп благодаря громадной собирающей площади зеркал сможет проводить детальную спектроскопию сравнительно слабых источников, а телескоп JET-X вследствие высокого углового разрешения должен дать рекордные результаты при длительных глубоких обзорах неба и при наблюдениях свсрхслабых объектов. Основные задачи этих инструментов связаны с внегалактической астрономией и космологией.
  • Вдоль главной оси устанавливается и создаваемый советскими учеными телескоп с кодирующей маской, предназначенный для построения изображений и спектроскопии источников в жестком рентгеновском диапазоне. Его угловое разрешение — 7" .
  • В кооперации специалистов СССР, ГДР и Англии разрабатывается телескоп "нормального падения" для наблюдении источников в диапазоне предельного (экстремального) ультрафиолета и исследований однородности межзвездной среды. Два идентичных телескопа устанавливаются вдоль главной оси, два — на поворотной платформе. Угловое разрешение телескопа — 10".
  • На поворотной платформе планируется также разместить еще один советский телескоп с кодирующей маской для построения изображения и спектроскопии ярких рентгеновских источников и исследования протяженных рентгеновских источников — пространственное разрешение 7" — и чехословацкий телескоп косого падения для наблюдения ярких источников в стандартном рентгеновском диапазоне — угловое разрешение 20".
  • Для определения положения поворотной платформы в Болгарии изготавливается звездный датчик. Одновременно он будет использоваться для оптических наблюдений рентгеновских источников.
  • Анализ и спектроскопия гамма-всплесков космического происхождения будут выполняться советским прибором космических гамма-всплесков.
  • Обсерваторию "Спектр-Рентген-Гамма" планируется вывести на сильно вытянутую орбиту с начальными высотами в перигее 500-1000 км и в апогее 200 тыс. км. Продолжительность рабочего участка орбиты при этом составит 3-4 сут. В течение года космический аппарат будет дважды входить в тень Земли не более чем на 3 ч.
  • В связи со значительным ожидаемым объемом научной информации и необходимостью проведения длительных исследований основным режимом работы приборов станут автономные наблюдения с регистрацией информации в собственных запоминающих устройствах. В очередном сеансе связи накопленная информация будет передаваться на Землю радиокомплексом. Средняя продолжительность сеанса наблюдении в таком режиме составит одни сутки, число сеансов в год — 200-250.
  • В течение рабочего цикла аппарат сможет наблюдать всю небесную сферу. В каждом отдельном сеансе космический аппарат может автоматически по заданной программе перестраиваться на разные интересующие ученых источники.
  • Планируется, что орбитальная обсерватория "Спектр-Рентген-Гамма" будет давать несколько миллиардов единиц информации ежедневно. Эту информацию не сможет обработать полностью ни один из вычислительных центров, ни одна из научных групп. Выход из положения — в принятии системы конкурсных заявок на наблюдения. Это откроет доступ к участию в проекте всем обсерваториям, институтам и университетам. По условиям соглашений о сотрудничестве Советский Союз получит значительную часть наблюдательного времени каждого из приборов обсерватории "Спектр— Рентген-Гамма", и это время будет распределено между различными группами астрономов и физиков на конкурсной основе, как это имело место для обсерватории "Эйнштейн" (США), спутников IDE и EXOSAT (Европейское космическое агентство), как это планируется для космического телескопа им. Хаббла.
  • Запуск космической обсерватории "Спектр-Рентген-Гамма" запланирован на 1993 г.
  • Приобретает права космического гражданства и гамма-астрономия. Включение гамма-диапазона в круг астрономических наблюдений постепенно должно привести к новому качественному скачку в познании человеком окружающего мира. Одна из специфических особенностей гамма-диапазона, отличающего его от других частей спектра, — большая энергия гамма-квантов. А это сулит проникновение во взаимодействие с большим выделением энергии в каждом элементарном процессе.
  • Гамма-кванты рождаются при взаимодействии частиц высокой энергии с веществом, например, в термоядерных реакциях. Такие процессы, видимо, лежат в основе "жизнедеятельности" звезд и ярких галактик, происходят при звездных вспышках и во время взрывов галактических ядер. Гамма-астрономия дает, таким образом, возможность заглянуть в мир высоких энергий, "увидеть" и изучить процессы, которые управляют миром звезд и галактик и в конечном счете определяют развитие Вселенной.
  • Другая примечательная особенность гамма-излучения — его высокая проникающая способность. Оно не подвержено влиянию электромагнитных полей и распространяется практически прямолинейно. Поглощение по всем направлениям в среднем не превышает десятой доли процента. По сути, Метагалактика прозрачна для такого излучения. Поглощение гамма-квантов становится существенным лишь для очень удаленных частей Вселенной. Следовательно, гамма-астрономия обладает потенциальной возможностью "заглянуть" дальше, чем даже радиоастрономия, и "увидеть" более ранние эпохи развития Вселенной.
  • В гамма-лучах должны быть "видны" и такие особые районы Галактики, как, например, ее центр, скрытый облаками пыли и газа, окружающих галактическое ядро, и поэтому невидимый в оптических лучах.
  • Первый спутниковый гамма-телескоп, в котором направление прихода гамма-квантов определялось с помощью искровой камеры, был установлен на советском "Космосе-264" (1969 г.). Ряд важных результатов, относящихся к диффузному галактическому гамма-излучению и дискретным источникам, был получен на американском и западноевропейском спутниках SAS-2 и COS-B и высотных аэростатах. Сегодня для некоторых "гамма-звезд" ученые достаточно точно определили, в каком районе неба они находятся. Но многие из них пока не удалось отождествить с каким бы то ни было объектом, наблюдаемым в другом диапазоне спектра.
  • Новый этап в развитии гамма-астрономии ученые связывают с введением в эксплуатацию (запуск в 1989 г.) самого крупного в мире космического гамма-телескопа, разработанного учеными Советского Союза и Франции. Позднее в кооперацию вошли польские специалисты. Телескоп получил название "Гамма-1" и будет вести исследования в самом жестком энергетическом диапазоне (свыше 50 МэВ), В состав космической обсерватории войдет также телескоп мягкого гамма-излучения и рентгеновский телескоп-спектрометр.
  • В телескопе "Гамма-1" в отличие от ранее устанавливавшихся на космических аппаратах применена широкозазорная искровая камера. В отсеках такой камеры искра движется вдоль следа частицы, если ее траектория отклонена от вертикали не более чем на 20°. Это улучшает пространственную точность определения координат источника излучения, уменьшает число ложных пробоев, искажающих картину наблюдения.
  • Снятие информации с искровых камер телескопа выполнястся с помощью видикона. Телевизионная система измеряет координаты искр и передает данные в телеметрическую систему. Направление движения гамма-кванта определяется с точностью до 1°.
  • Время активного существования космической обсерватории на орбите должно быть не менее одного года. Длительность наблюдений гамма-телескопом одной области неба составит от недели до месяца. Информация от земного посланца будет поступать несколько раз в сутки.
  • Большие надежды астрофизики возлагают на дальнейшее развитие радиоастрономии. С ее помощью они рассчитывают "увидеть" и понять, когда и как образовались первые галактики, первые звезды и первые планетные системы; что собой представляют квазары и ядра галактик, связаны ли они с большими черными дырами; хотят знать, каковы вообще основные свойства окружающего пространства, его средняя плотность, эволюция, начиная от момента Большого взрыва. Наконец, не менее интересно определить, есть ли области Вселенной, существенно отличающиеся по своим закономерностям от нашей; увидеть и исследовать другие планетные системы, определить вероятность возникновения жизни в различных районах Вселенной и попытаться обнаружить другие внеземные цивилизации.
  • Радиометоды дают возможность исследовать объекты, от которых до Земли из-за большого их удаления доходит предельно малое количество энергии, а также имеющие настолько низкую температуру, что их излучение приходится только на радиодиапазон.
  • Однако из-за большой длины радиоволн разрешающая способность радиотелескопов не превышает возможностей невооруженного глаза. Выход был найден в исследовании радиоизлучения космических объектов методом анализа интерференционной картины, создаваемой двумя и более радиотелескопами, с записью информации на магнитных лентах, которые затем обрабатываются на ЭВМ с использованием сведений о текущей геометрии интерферометра и координат радиоисточника. Такая система оказалась эквивалентной инструменту с диаметром, равным расстоянию между антеннами.
  • Уже длительное время учеными ведутся интсрферометрические радионаблюдения ядер внегалактических объектов и районов звездообразования в Галактике. В этих наблюдениях реализуется наибольшая разрешающая способность по сравнению с другими методами исследований во всех диапазонах электромагнитного спектра (до 0,0004" на волне 1,35 см). В экспериментах участвуют радиообсерватории СССР, США, Австралии, ФРГ, Швеции. Создан интерферометр с базой Евпатория-Симеиз-Пущино.
  • В ИКИ АН СССР впервые были исследованы уникальные возможности перспективных внеатмосферных астрономических наблюдений, связанные с созданием крупных радиотелескопов в космосе и разнесением их на расстояния, намного превышающие диаметр Земли. Это позволит на много порядков увеличить их чувствительность и угловое разрешение. Первый шаг в этом направлении был сделан в 1979 г., когда по инициативе и с участием института на борту орбитальной станции "Салют-6" был развернут космический радиотелескоп с антенной 10 м (КРТ-10).
  • Сегодня ведется разработка новых инструментов. Один из ближайших проектов, над которым работают ученые (он получил название "Радиоастрон"), предусматривает создание наземно-космической радиосистемы, по своей эффективности эквивалентной гигантскому радиотелескопу с диаметром антенны более миллиона километров.


    Рис. 4. Космический аппарат "Радиоастрон"
  • Проект планируется реализовать в три этапа. На первом этапе (1991 — 1996 гг., "Радиоастрон-СМ") предусматривается вывод космического аппарата на так называемую суточную орбиту (период обращения — 24 ч, высота перигея — до 7400 км, апогея -77000 км). Космический радиотелескоп с диаметром антенны 10 м образует с наземной сетью радиоинтерферомстров единую систему, что позволит получить разрешение до 3 на 10 в -5 степени с дуги. При выбранных параметрах орбиты продолжительность непрерывных измерений достигнет 24 ч, а суммарная продолжительность экспериментов составит два года. Используя эволюцию орбиты за счет естественных факторов, можно будет выполнять наблюдения в разных направлениях на небесной сфере.
  • На втором этапе (1996-2000 гг., "Радиоастрон-ММ") орбита космического аппарата выбирается по результатам работы с "Радиоастроном-СМ". Наконец третий этап (2001-2006 гг., "Радиоастрон-КК") — космическая система апертурного синтеза будет состоять из трех радиотелескопов с диаметром антенн по 30 м, один из которых будет находиться на геостационарной орбите, второй — на эллиптической с периодом обращения 27 сут и третий — в антисолнечной точке либрации (удаление от Земли около полутора миллионов километров). С помощью такой системы можно будет строить объемные изображения объектов, находящихся в нашей Галактике.
  • Мозговой центр проекта "Радиоастрон" находится в Советском Союзе, но сама эта проблематика все больше приобретает международный характер. Бортовую аппаратуру для советского космического радиотелескопа и средства обработки информации будут разрабатывать также консорциум европейских радиообсерваторий, Технологический университет Финляндии, Австралийское научно-исследовательское общество, Австралийская радиоастрономическая обсерватория и Национальная радиоастрономическая обсерватория США.
  • Одновременно с космическим инструментом будут работать все крупнейшие радиотелескопы мира. Для обработки огромного потока ожидаемой информации создаются 4 специализированных центра, оборудованных мощными ЭВМ, — в Западной Европе, Австралии, США и Советском Союзе.
  • Одним из самых замечательных достижений радиоастрономии стало открытие в 1965 г. слабого излучения, приходящего к Земле со всех направлений. Это излучение назвали реликтовым.
  • В 1983 г. в Советском Союзе был запущен высокоапогейный спутник "Прогноз-9". Основной прибор комплекса научной аппаратуры этого спутника — высокочувствительный радиометр, предназначенный для исследования угловых флуктуации яркости реликтового излучения на волне 8 мм.



    Рис. 5. Схема наземно-космического радиоинтерферометра.

  • По принятой ныне теории, наша Вселенная расширяется. Галактики и их скопления стремительно удаляются друг от друга по мере того, как расширяется пространство между ними. А это может означать, что до какого-то определенного момента далекого прошлого все вещество, вся энергия Вселенной были сосредоточены в одной "точке". Потом был взрыв, разлет... Отсюда и название: теория Большого взрыва.
  • В первые после взрыва мгновения температура вещества выражалась единицей с 32 нулями. Эта первичная плазма состояла из протонов, ионов гелия и электронов непрерывно излучающих, рассеивающих и снова поглощающих фотоны. Спустя примерно миллион лет от начала расширения температура плазмы и излучения упала уже до 4000°. Электроны присоединялись к ядрам атомов, вещество в массе своей превратилось в смесь атомов водорода и гелия, и Вселенная за очень короткое время стала прозрачной для излучения.
  • По мере дальнейшего расширения "отклеившееся" от вещества излучение становится все более и более холодным. Сейчас его температура лишь на З° выше абсолютного нуля. Характер же излучения, его спектр сохранился как реликт, как "память" о раннем периоде эволюции мира.
  • Изучать реликтовое излучение оказалось, однако, очень трудно — велики помехи. В результате почти за полтора десятилетия исследований набралось всего лишь 24 часа "чистого" времени наблюдений.
  • "Чистое" время наблюдений с помощью радиометра "Прогноза-9" (проект "Реликт-1") составило полгода. К тому же удалось добиться очень высокой чувствительности телескопа — он мог различать две точки на небесной сфере, если их температура разнилась лишь на десятичные доли градуса. Чувствительность созданного советскими учеными радиометра, судя по сообщениям зарубежной печати, вдвое больше, чем у подобного прибора на американском спутнике СОВЕ (Cosmos Background Explorer), запуск которого планируется только на 1989 г.
  • "Прогноз-9" подтвердил высокую однородность распределения по небу яркости реликтового излучения. Никаких, даже слабых эффектов, существование которых предусматривается другими моделями Вселенной, обнаружено не было, что уже ставит эти модели под сомнение.
  • Сегодня советские ученые готовят новый проект исследований крупномасштабной анизотропии реликтового излучения — "Реликт-2". Существенная особенность эксперимента — охлаждение приемника излучения и антенны. Это позволит повысить чувствительность аппаратуры в 3-4 раза по сравнению с достигнутой в проекте "Реликт-1".
  • При столь высокой чувствительности основным источником систематических помех является радиотепловое излучение Солнца, Земли и Луны. Чтобы исключить эти помехи, космический аппарат планируется вывести в окрестности точки либрации, расположенное на расстоянии 1,5 млн. км от Земли.
  • В эксперименте "Аэлита", планируемом на середину 90-х годов, охлаждение аппаратуры будет обеспечиваться ужо не радиационным способом, а специальной криогенной системой — жидким неоном и сверхтекучим гелием, а для глубокоохлаждаемых болометров — циклически работающим адсорбционным криогенным рефрижератором. Чувствительность аппаратуры при этом достигнет примерно 10 в -5 степени градусов К.
  • Ожидаемое время работы криогенной системы, согласно расчетам, составит 3-4 года.
  • В задачи проекта "Аэлита" входят наблюдения "холодного" вещества в нашей и других галактиках и исследование неодпородностсй космологического реликтового фона. Данные о "холодном" веществе — пыли и молекулярных облаках — позволят прояснить процессы образования звезд, эволюции межзвездного вещества и галактик в целом. Исследование неоднородностей реликтового излучения, в частности его рассеяния на газе скоплений галактик, ласт важную информацию о ранних стадиях существования Вселенной. Кроме исследований в "сверхдальнем" космосе, данный эксперимент может внести большой вклад и в изучение нашей Солнечной системы, в частности комет и атмосфер планет-гигантов.


    Рис. 6. Орбита космического аппарата — проект "Реликт-2" — в окрестности центра либрации L2.
  • Вместе с советскими учеными в проекте "Аэлита" принимают участие их коллеги из Италии.

    ЧЕЛОВЕК ОБЖИВАЕТ КОСМОС

  • На 1 декабря 1988 г. космические полеты совершили 208 человек. Преимущественно это были граждане СССР и США (22 космонавта — из других стран), 121 человек выполнил по одному полету, 55 — по два, 26 — по три, 4 — по четыре, 1 — пять и 1 — шесть полетов. Из них кратковременных полетов (до 14 суток) — 46 в СССР и 53 в США, средней продолжительности (от 14 до 120 суток) — 11 в СССР и 3 в США. Длительные полеты (свыше 120 суток) выполнялись только в Советском Союзе — их было 12. 361 космические сутки (в двух полетах) были зачислены в актив Валерия Рюмина. Казалось, этот рекорд нескоро будет превзойден. Но Юрий Ромаиснко за три полета набрал 430 суток. Ему же принадлежал до недавнего времени и новый рекорд непрерывного пребывания человека в космическом пространстве. Сегодня, как известно, этот рекорд превзойден Владимиром Титовым и Мусой Манаровым.
  • Все более очевидным становится тот непреложный факт, что фундаментальное освоение человеком околоземного космического пространства возможно лишь с созданием долговременных орбитальных станций. Восемь орбитальных станций запущено Советским Союзом начиная с апреля 1971 г. Их успешная эксплуатация позволила определить основные направления развития пилотируемых полетов, выработать стратегию использования космических исследовательских лабораторий в интересах науки и для решения прикладных задач.
  • Если "Салют-6", который впервые в истории был оборудован двумя причалами, относят к станциям второго поколения, то научно-исследовательский комплекс "Мир" по праву можно считать космической многоцелевой лабораторией третьего поколения. Она представляет собой качественно новую ступень пилотируемой техники, рассчитанной на принципиально новые технологии научных исследований.
  • В отличие от "Салюта-6 и -7" станция "Мир" имеет 6 стыковочных узлов. Таким образом, только к носовой части станции можно пристыковать в общей сложности 5 блоков: транспортный корабль и 4 модуля.
  • Совершенно очевидно, что принцип дополнения научного, технического и технологического оборудования станции отдельно доставляемыми модулями и особенно возможность их замены по мере появления новых исследовательских задач сильно расширяет спектр выполняемых на орбите разнообразных научных исследований. Каждый модуль оснащается определенной аппаратурой и оборудованием в соответствии со своим назначением — скажем, для проведения астрономических исследований, выполнения технологических экспериментов и получения новых материалов в условиях невесомости, дистанционных исследований Земли из космоса. Словом, в модулях могут быть оборудованы лаборатории, цехи, обсерватории, оранжереи и т. д.
  • Первый такой модуль с рентгеновской астрофизической обсерваторией на борту работает в составе орбитальной станции "Мир" с марта 1987 г. Идет подготовка к запуску новых модулей — геофизического, технологического, биологического. Если говорить об основном назначении геофизического модуля, то здесь вполне применим термин "астрономия наоборот". Научные приборы, установленные на его борту, будут направлены не на далекие космические объекты, а на нашу планету. С их помощью будет выполняться дистанционное зондирование Земли из космоса в целях изучения природных ресурсов, обеспечения надежного контроля окружающей среды, прогнозов погоды и короткопериодических изменений климата.
  • Запланированная программа исследований охватывает широкий круг вопросов. В частности, учеными социалистических стран, входящих в программу "Интеркосмос", разработан проект "Гсосистема", целью которого является дальнейшее развитие методов и средств дистанционного определения различных физических параметров атмосферы и земной поверхности, в том числе поверхности океана и внутренних водоемов.
  • Один из разделов проекта "Гсосистема" — исследования над подспутниковыми полигонами, оснащенными аппаратурой для измерения характеристик поверхности и атмосферы, определяемых одновременно с борта космического аппарата дистанционными методами. В ГДР, например, для этих целей будет использоваться полигон "Лейпциг-Галле", на Кубе — полигон "Карибэ-Интеркосмос".
  • Что касается космической технологии, то она относится к направлениям исследований, наиболее подготовленных сегодня к переводу на "модульный режим" работ. Актуальность же этого направления связана с перспективами создания новых, уникальных по физико-химическим свойствам материалов и организации на этой основе промышленного производства в космосе.
  • С включением в состав "Мира" технологического модуля, по-видимому, можно будет организовать опытное производство небольших партий некоторых материалов. Советские ученые и специалисты социалистических стран создали ряд технологических установок для проведения таких работ. Среди них советско-чехословацкая установка "Кристаллизатор", предназначенная для проведения технологических исследований на борту орбитальной станции и получения материалов в полупромышленных масштабах. Установка снабжена микропроцессором и может работать в автоматическом режиме по программе, записанной на магнитной ленте. Экипаж обеспечивает профилактическое обслуживание и при необходимости ремонт аппаратуры.
  • Конечно, на первом этапе речь может идти лишь о получении отдельных видов материалов, потребность в которых исчисляется не более чем десятками килограммов в год, а стоимость каждого килограмма высока. К таким материалам относятся, в частности, полупроводниковые кристаллы больших размеров, некоторые биологические препараты, высококачественные стекла для лазеров. По современным оценкам, стоимость земного производства для большинства из этих материалов сравнима или даже больше стоимости доставки сырья на орбиту и возвращения на Землю готовой продукции.
  • Основным назначением биологического модуля станет проведение исследований, связанных с решением проблем длительного пребывания человека в космосе, подготовкой к межпланетным полетам. Предполагается, что биомодуль будет состоять из 4 основных отсеков — санитарно-шлюзового, научно-исследовательского, экспериментально-операционного и отсека для содержания биообъектов.
  • Возрастание масштабов космической деятельности потребует совершенствования транспортных операций. Существенно увеличится грузопоток по линии Земля— Космос, призванный обеспечить потребности орбитальных комплексов в энергетике, сменных элементах, научных приборах и установках. Здесь определенные надежды возлагаются на создание системы многоразового использования.
  • Другая проблема — перевод летательных аппаратов с одной орбиты на другую. Пока это обходится слишком дорого. Поэтому необходимо создание многоразовых буксиров с электрореактивными двигателями, питание которых обеспечивалось бы солнечными батареями.
  • С помощью таких буксиров орбитальную станцию можно было бы переместить, например, на солнечно-синхронную орбиту, которая интересна тем, что условия освещенности подспутниковой полосы поверхности Земли остаются неизменными в течение длительного периода. В эту полосу из-за суточного вращения Земли попадают различные участки земной поверхности, но картина изменения высоты Солнца над ними повторяется от витка к витку. Таким образом, обеспечивается единый по освещенности режим работы всей бортовой наблюдательной аппаратуры — спектрометрической, фотографической, телевизионной. Диапазон исследований мог бы быть широким — от визуальных наблюдений поверхности суши и океана до выполнения целевых научных программ по метеорологии, экологии, геологии и т. д.
  • Космические исследования с каждым годом раскрывают все новые горизонты для прогресса науки, техники, производства. Достигнутое сегодня — это лишь первые шаги. Пилотируемые космические корабли во все большей степени будут выступать не только как средство расширения сферы исследований, но и как средство расширения сферы жизни. Естественно при этом, что дальнейшее освоение человеком космического пространства связано с решением сложных медико-биологических задач, таких, например, как физиология длительного пребывания человека в космосе, создание систем жизнеобеспечения с замкнутым циклом круговорота вещества.
  • Впереди — создание космических кораблей, которые, будучи оснащены средствами сверхдальней связи, совершенными навигационными приборами и системами жизнеобеспечения, сделают возможными многолетние межпланетные путешествия.
  • Со времени запуска первого в мире искусственного спутника Земли Советский Союз неоднократно заявлял, что посвящает свои космические достижения всему человечеству. Этот курс проводится последовательно и неуклонно.

    УВАЖАЕМЫЙ ЧИТАТЕЛЬ!

  • В № 8 за 1988 г. допущен ряд опечаток и неточностей:
    СтраницаНапечатаноСледует читать
    15 последний абзац1 августа31 августа
    38 третья строка10000 пудов10000 тонн
    41 второй абзацЮ. Е. КондратюкЮ. В. Кондратюк
    43 четвертый абзацВороцовВоронцов
    ***Б. В. КажинскийБ. Б. Кажинский
    44 последний абзацИ. 3. ДирьяномИ. 3. Кирьяном
    45 первая строкаВ. ШпилиндераВ. Шплиндера
    48 седьмая строкасентябрь-октябрьоктябрь-ноябрь
    59 первый абзац1947 г.1974 г.
    61 третья строкамай-июнь 1919 г.май-июнь 1918 г.
    61 пятая строкаиюнь 1919июнь 1918 г.
    39-45С. К ОрджоникидзеГ. К. Орджоникидзе или С. Орджоникидзе
  • Автор и редакция приносят свои извинения.

    Научно-популярное издание

  • Юрий Иванович Зайцев
  • НА РУБЕЖЕ ТЫСЯЧЕЛЕТИЙ (Космическая программа СССР до 2000 года)
  • Гл. отраслевой редактор Л. А. Ерлыкин. Редактор И. Г. Вирко. Мл. редактор С. С. Патрикеева. Обложка художника Э. К. Ипполитова. Худож. редактор К. А. Вечерин. Техн. редактор Н. В. Клецкая. Корректор Л. В. Иванова.
  • ИБ №10092
  • Сдано в набор 24.11.88. Подписано к печати 09.01.89. Т-00802. Формат бумаги 84x106 1/32. Бумага тип. №2. Гарнитура литературная. Печать высокая. Уел. печ. л. 3,36. Усл. кр.-отт. 3.57. Уч.-изл. л. 3.45. Тираж 26786 экз. Заказ 2304. Цена 15 коп. Издательство "Знание". 101635. ГСП. Москва. Центр, проезд Серова, д. 4. Индекс заказа 894202. Типография Всесоюзного общества "Знание". Москва, Центр, Новая пл, д. 3/4.