Научные космические исследования — это важнейшее направление фундаментальных наук в области изучения физических и химических условий на небесных телах, процессов их формирования и эволюции в Солнечной системе и Вселенной в целом. Результаты этих исследований позволяют сделать важные выводы о прошлом, настоящем и будущем Земли.
Международный проект «Гранат», разрабатываемый СССР в кооперации с Францией, Данией и Болгарией, предполагает запуск в 1989 году высокоапогейной астрофизической обсерватории. Общая масса научных приборов около 2300 кг при энергопотреблении 400 Вт. Точность стабилизации по трем осям 20 угл. сек (в течение 24 часов).
Проект астрофизической обсерватории «Гамма», в котором участвуют специалисты СССР, Франции и ПНР, предполагает запуск на круговую орбиту высотой 400 км и наклонением 51° КА с научной аппаратурой массой 2000 кг, позволяющей проводить одновременно исследования в рентгеновском и гамма-диапазонах. Аппарат будет обладать трехосной ориентацией с точностью наведения на заданный участок 30 угл. сек и позволит проводить длительные наблюдения исследуемых объектов.
Международный проект «Спектр Рентген — Гамма» осуществляется СССР в кооперации с НРБ, ГДР, ЧССР, Великобританией, Данией, Италией, Финляндией, Францией и Европейским космическим агентством (ЕКА). Это — промежуточное звено между проектами 80-х годов и перспективными проектами. Будет запущен космический аппарат (КА) на орбиту с апогеем 200 000 км. Комплекс аппаратуры включает приборы, дающие изображения при помощи телескопов с зеркалами косого и нормального падения и с кодированной апертурой.
По проекту «Радиоастрон» намечено создание наземно-космического радиоинтерферометра для исследования структуры источников космического радиоизлучения с высоким угловым разрешением. В проекте будут использоваться КА серии «Спектр» с радиотелескопами на борту.
Для обеспечения работ с космическими радиотелескопами в Узбекской ССР на плато Суффа ведется строительство крупнейшего 70-метрового радиотелескопа с регулируемой поверхностью, который может работать вплоть до миллиметровых волн. Кроме того, планируется дооборудование центров дальней космической связи в городах Евпатория и Уссурийск.
По проекту «Аэлита» предполагается запуск высокоорбитального спутника с криогенным охлаждением аппаратуры, работающей в субмиллиметровом и коротковолновом миллиметровом диапазонах. Кроме того, будет установлен телескоп диаметром 1 м с фокальными приборами диапазона 2 мм — 300 мкм, а также меньшие телескопы миллиметровых воли.
Проект «Реликт-2» продолжит поиск крупномасштабной анизотропии реликтового излучения, начатого автоматической станцией «Прогноз-9».
Изучение этого излучения может дать сведения о распределении материи и гравитационных полей от ранних стадий эволюции Вселенной до наших дней (образование планет, звезд, галактик, скоплений галактик неизбежно связано с образованием областей повышенной плотности), поэтому поиск флуктуации реликтового излучения приобрел статус фундаментального эксперимента в космологии.
Для реализации проекта необходимо поместить КА в окрестность антисолнечной точки либрации на расстоянии 1,5 млн. км от Земли с целью исключения влияния радиотепловых полей от Солнца, Земли и Луны. На его борту будет установлено пять прецизионных радиометров с устройством охлаждения входных усилителей и системой их калибровки, а также плазменный комплекс.
Проект создается в международной кооперации.
Исследования Солнца и солнечно-земных связей занимают особое место в программе космических исследований, так как активные процессы, происходящие на поверхности Солнца, оказывают сильное влияние на состояние магнитосферы, ионосферы и нейтральной атмосферы Земли и в конечном итоге на жизнедеятельность на нашей планете. Такая взаимосвязанность процессов и явлений в названных областях космического пространства предполагает комплексный характер проводимых исследований.
Так, в рамках проекта «Интербол» задумано провести изучение физических механизмов, обусловливающих передачу в магнитосферу энергии нестационарных потоков солнечной плазмы, ее накопление там и последующую диссипацию в авроральных областях магнитосферы, ионосферы и нейтральной атмосферы во время магнитосферных суббурь. Планируется запуск системы из двух спутников типа «Прогноз-М2», каждый из которых снабжен субспутником производства ЧССР. Один из этих спутников — «Хвостовой зонд» — запускается в «хвост» магнитосферы, служащей резервуаром энергии магнитосферных суббурь, другой — «Авроральный зонд» — на орбиту, пересекающую область над овалом полярных сияний. Проект осуществляется в широкой международной кооперации — СССР, НРБ, ГДР, ПНР, СРР, ЧССР, Куба, Австрия, Канада, Франция, Финляндия, Швеция и ЕКА. Запуск намечен на 1990 год.
Развитием идей, положенных в основу проекта «Интербол», в середине 1990 годов станут исследования магнитосферно-ионосферной плазмы для построения полной трехмерной картины токов и движения плазмы. Для решения этой задачи уже недостаточно измерений на двух близко расположенных аппаратах. Для воссоздания трехмерной картины необходимо как минимум пять-шесть аппаратов. Создание подобной многоспутниковой системы рассматривается «Интеркосмосом» и ЕКА. Она получила название «Кластер». Обсуждается и более дальняя перспектива изучения этой проблемы с помощью нескольких десятков небольших космических зондов, размещенных в различных точках магнитосферы (проект «Рой»).
Комплексные исследования активных процессов на Солнце и их влияние на ионосферно-магнитосферную среду планируются в проектах «Коронас-И, -Ф» и «Фотон», которые предполагают запуск трех аппаратов типа «АУОС-СМ» (автоматическая универсальная орбитальная станция с ориентацией на Солнце, модернизированная) на околокруговые орбиты высотой 500 км с наклонением (73° — 83°). Будут проведены измерения в широком диапазоне электромагнитного спектра от гамма— до радиодиапазона, потоков солнечных космических лучей и энергичных частиц солнечных вспышек. Кроме того, будут изучаться способы передачи энергии от Солнца с помощью видимого и ультрафиолетового излучения в верхнюю атмосферу и с помощью потоков солнечной плазмы в магнитосферу Земли. Полученные научные результаты помогут разработать и внедрить необходимый набор измерительных средств для ведения солнечного мониторинга. Запуск аппаратов предполагается осуществить в 1990—1992 годах.
 Космический аппарат «Спектр-УФТ». Предназначен для астрофизических исследований в ультрафиолетовом диапазоне электромагнитного спектра |  Космический аппарат «Спектр-Р». Предназначен для внеатмосферных радиоастрономических исследований с высоким пространственным разрешением |
Важное направление исследований магнито-сферно-ионосферных связей в частности и солнечно-земных связей в целом — проведение активных экспериментов в околоземном пространстве. Планируется комплексное исследование распространения электромагнитных волн ОНЧ-диапазона в магнитосфере Земли и механизмов наиболее серьезных коллективных процессов в магнитосферной плазме — проект «Активный», а также эффектов искусственного воздействия модулированных электронных и плазменных пучков на ионосферу и магнитосферу Земли — проект «АПЭКС» (активный плазменный эксперимент). Эти проекты предполагают запуск двух аппаратов типа «АУОС-3» (автоматическая универсальная орбитальная станция с ориентацией на Землю) на эллиптические орбиты с высотой перигея 400 — 500 км, апогея 1500 — 3000 км и с наклонением 81° — 83°. В течение 1990-х годов дальнейшее проведение активных экспериментов намечено с использованием более совершенной воздействующей аппаратуры. Эксперименты в окрестности Солнца, предусмотренные проектом «Солнечный зонд», могут дать ответы не только на многие вопросы физики Солнца и околосолнечного пространства, но и позволят изучить эффекты задержки сигнала, сдвига частоты и отклонения электромагнитного излучения в гравитационном поле, а также нецентральность поля тяготения Солнца. Таким образом, осуществление этого проекта станет еще одной независимой проверкой существующих теорий гравитации. |
 Космический аппарат «Спектр-РГ». Предназначен для астрофизических исследований в рентгеновском и гамма-диапазонах спектра электромагнитных волн |  Система из двух космических аппаратов и двух субспутников. Предназначена для исследования взаимодействия потоков солнечной плазмы с магнитным полем Земли в период активного Солнца (проект «Интербол») |
Поскольку достижение близких окрестностей Солнца осуществимо лишь с помощью пертурбационного маневра у Юпитера, целесообразно включить в программу полета «Солнечного зонда» исследования этой планеты-гиганта. В настоящее время осуществляется проект «Фобос». Его цель — исследование спутника Марса, дистанционное зондирование атмосферы и поверхности Марса, а также изучение Солнца и межпланетного пространства. Пролет над Фобосом на высоте нескольких десятков метров позволит провести активное дистанционное зондирование его поверхности потоком ионов и излучением лазера для анализа грунта, телевизионную съемку с высоким разрешением, спектроскопические измерения, радиолокационное зондирование. Во время пролета от КА отделятся спускаемые аппараты для проведения исследований контактными методами. Один из аппаратов способен перемещаться по поверхности Фобоса. |
|
Космический аппарат «Фобос». Он изучает Схема интерферометра с длинной базой: 1. космический радиотелескоп; 2. наземный радиотелескоп; 3. источник радиоизлучения; 4. получаемое изображение |  |
 | |
После первых искусственных спутников Земли, полетов человека в космос, высадки его на поверхность Луны, создания системы космических аппаратов, исследующих Землю и околоземное пространство, наиболее значимым событием должны стать первые посещения человеком планет Солнечной системы.
Планета Марс — наиболее интересный объект для первого посещения. На его поверхность, так же как и на поверхность Венеры — ближайшей соседки Земли по Солнечной системе, уже спускались автоматические аппараты. Мы многое знаем о Марсе, но, как и раньше, он продолжает притягивать к себе взоры и волновать воображение.
История его поверхности и климата исключительно интересна. Имеются все указания на то, что в прошлом атмосфера была более плотной, климат теплее, а на поверхности существовала вода в жидком состоянии. Нельзя также исключить то, что на планете существуют или существовали в прошлом простейшие формы жизни. История климата и геологии, вопросы наличия воды и биосферы (хотя бы и ископаемой), исследования магнитного поля составляют комплекс задач высокого научного приоритета, которые будут решаться на новом техническом уровне в ближайшие десятилетия. Наконец, высадка человека на Марс подготовлена технически и может быть осуществлена в ближайшие 20 — 25 лет. В СССР и США накоплен значительный опыт длительных полетов человека в космосе, созданы мощные транспортные системы и ракеты-носители, освоена сборка на орбите сложных крупногабаритных комплексов. Совокупный научно-технический потенциал СССР, США и стран ЕКА позволяет говорить о реальности пилотируемой экспедиции на Марс в период 2005 — 2015 годов. Ее разработке и осуществлению должны предшествовать глобальные исследования планеты с помощью автоматических космических аппаратов.
 Спутник Марса, исследующий планету совместно с аэростатным зондом и марсоходом |
В СССР разработаны программы исследования Марса, предусматривающие несколько этапов.
Этап 1 (1991 —1996 гг.):
— отработка техники посадки на поверхность Марса;
— отработка методов и средств отбора образцов грунта;
— получение детальных изображений поверхности, глобальных данных по химическому составу грунта, по распределению температуры и влаги, мощности осадочных образований и глубины залегания коренных пород и криолитосферы;
— магнитная и гравитационная съемка, т. е. получение всех необходимых данных для научно-обоснованного выбора места посадки будущей экспедиции и ее безопасности.
Схема миссии — запуск искусственного спутника Марса с большим набором научной аппаратуры, состоящим из оптического, спектрометрического, масс-спсктрального, локационного и плазменного комплексов приборов.
В выбранном месте произойдет отделение от спутника спускаемого аппарата с малым марсоходом. В процессе спуска — отделение аэростатного зонда с одновременным сбросом пенетраторов.
Зонд осуществляет полет в атмосфере Марса на высоте 2 — 6 км в течении 6—10 дней (ночью садится на поверхность) по трассе протяженностью несколько тысяч километров.
Марсоход оборудован грунтозаборным устройством и комплексом приборов для анализа грунта, телевизионными камерами, позволяющими осмотреть панорамы поверхности, проверить правильность выбора площадок для взятия наиболее информативных образцов марсианских пород.
Этап 2 (1996 — 2005 гг.).
Доставка образцов марсианских пород на Землю для их детального геохимического и биологического исследования.
Схема миссии — одновременный запуск к Марсу орбитального и спускаемого аппаратов. На последнем находится большой марсоход, который после предварительного анализа образцов грунта отобранные пробы складирует в контейнер. Тот автоматически перегружается во взлетный модуль, который доставляется на орбиту Марса, где происходит его стыковка с орбитальным КА, затем контейнер перегружается в возвратную ракету, которая и направляется к Земле.
Марсоход со временем активного существования до 5 лет должен иметь на борту телевизионный комплекс и обладать возможностью использования различных методов отбора проб — бурение на глубину нескольких метров, выборка из больших каменных глыб, возвратный вибропенетратор.
Этап 3 (2005 —2015 гг.).
В настоящее время наиболее устоявшийся сценарий пилотируемой экспедиции на Марс предусматривает полет по орбитально-десантной схеме с прямым аэродинамическим входом корабля возвращения с экипажем в атмосферу Земли. Состав экспедиционного комплекса при этом включает:
— марсианский орбитальный корабль для обеспечения жизнедеятельности экипажа в составе 4—6 человек в течение 1,5 — 2 лет;
— посадочный корабль для доставки на поверхность Марса 2 — 3 человек экипажа и оборудование, обеспечивающее их работу и жизнедеятельность сроком до 1 месяца;
— корабль возвращения на Землю, позволяющий вход в атмосферу с пролетной траектории со второй (или несколько большей) космической скоростью;
— энергетические и двигательные установки, обеспечивающие все межпланетные и орбитальные динамические операции.
 Стыковка на орбите Земли возвращаемого аппарата, доставляющего грунт Марса, с орбитальной станцией |
Тип двигательно-энергетической установки межпланетного марсианского комплекса и ее технические характеристики определяют стоимость всего проекта и потребную суммарную массу комплекса.
Возможны различные варианты. Использование жидкостных ракетных двигателей (ЖРД), хотя они и наиболее отработаны в ракетно-космической практике СССР и США, приведет к значительной суммарной массе комплекса на орбите Земли до 2000 тонн и поставит серьезные научно-технические проблемы по выведению и сборке разгонных ракетных блоков и длительному хранению криогенных компонентов топлива на орбите старта.
Создание двигательных установок, использующих энергию ядерного реактора, позволило бы значительно снизить суммарную массу марсианского комплекса на орбите старта. Это ядерный ракетный двигатель (ЯРД) большой тяги — до 1000 тонн или ядерная электро-реактивная двигательная установка (ЯЭРДУ) — до 400 — 500 тонн. Конечно, наиболее предпочтительна разработка ЯЭРДУ, тем более что ее использование в будущем может значительно облегчить создание транспортной межпланетной системы, способствующей расширению сферы деятельности человека в космосе.
В случае успешной реализации проекта международной экспедиции человека на Марс будет открыта новая страница космической эры человечества.
Схема пилотируемой экспедиции па Марс |
Из множества проблем, стоящих перед человечеством, одни из самых важных — продовольственная, экологическая и энергетическая.
Эти проблемы могут успешно решаться только при эффективном использовании достижений научно-технического прогресса. В этом смысле перспективным представляется исследование природных ресурсов Земли (ИПРЗ) космическими методами. Информация, полученная из космоса, способствует более интенсивному развитию производительных сил, контролю и охране природной среды. Она используется для нужд геологии, картографии, сельского, лесного, водного и рыбного хозяйства, океанографии, мелиорации, градостроительства.
Работы в области космического природоведения жизненно необходимы для всего мирового сообщества.
В настоящее время в СССР введена в эксплуатацию специализированная космическая система «Ресурс». Она включает спутники «Ресурс-О» и «Океан-О» для оперативного сбора информации о состоянии суши, океана и окружающей среды, а также спутники серии «Ресурс-Ф» для фотографирования земной поверхности с высоким пространственным разрешением. Получение метеоинформации осуществляется при помощи спутников серии «Метеор». Кроме того, для отработки перспективных методов дистанционного зондирования Земли из космоса используется орбитальная пилотируемая станция «Мир».
В качестве базового аппарата оперативной подсистемы для изучения природных ресурсов суши используются КА серии «Метеор— Природа», запуски которых начаты в 1974 году. Они выводятся на номинальную орбиту высотой около 650 км и наклонением 96°.
На борту «Ресурс-О» размещен комплекс многозональных сканирующих устройств (МСУ), в который входят многозональное устройство среднего разрешения с коническим сканированием (МСУ-СК) и трехканальное устройство высокого разрешения с электронным сдвигом изображения (МСУ-Э) на основе приборов с зарядовой связью (ПЗС). МСУ-СК проводит съемку поверхности суши в пяти спектральных зонах (в видимом и тепловом инфракрасном диапазонах спектра) в полосе обзора 600 км с максимальным разрешением около 250 м. МСУ-Э дает изображения в диапазонах 0,5-0,6; 0,6-0,7; 0,8-1,1 мкм с разрешением 45 м в полосе обзора 45 км. Установка на борту КА сдвоенного МСУ-Э увеличивает полосу обзора до 80 км и позволяет более гибко вести съемку земной поверхности.
Отличительной особенностью океанографического спутника является включение в бортовой комплекс аппаратуры радиолокационной станции бокового обзора (РЛС БО) и сканирующего СВЧ-радиометра РМ-0,8. РЛС БО позволяет получать снимки поверхности океана в диапазоне 3,2 см независимо от погодных условий с разрешением 1 -2 км в полосе обзора 450 км. РМ-0,8 предназначен для измерения температуры поверхности океана с точностью 1-2° по Кельвину, причем осреднение данных ведется в полосе обзора 660 км и обеспечивает разрешение 6 км. В дополнение к радиофизической аппаратуре на «Океане-О» устанавливается четырехканальнос устройство малого разрешения (МСУ-М) с разрешением 1 км в полосе обзора 1930 км. В его задачу входит получение синхронной информации об облачной обстановке и состоянии морской поверхности. Для оптимальных условий наблюдения МСУ-М крепится на поворотной платформе.
В настоящее время в нашей стране создается постоянно действующая космическая система. В качестве базового в ней будет использован унифицированный по служебным системам КА с повышенными возможностями по размещению полезных нагрузок. Он будет выводиться на круговые солнечно-синхронные орбиты высотой 650-900 км. Бортовой комплекс аппаратуры будет включать группы приборов высокого, среднего и малого разрешения, работающих в различных диапазонах спектра.
В группу приборов высокого (10-50 м) и среднего (100-300 м) разрешения будут входить:
— многозональные сканирующие устройства высокого разрешения;
— многозональное устройство высокого разрешения с использованием ПЗС с размером элемента разложения не более 30 м (прорабатывается возможность доведения разрешения до 10 м);
— радиолокатор с синтезированной апертурой;
— многозональное сканирующее устройство среднего разрешения с конической разверткой.
В группу приборов малого разрешения (0,5-1 км):
— радиолокатор бокового обзора (РЛС БО);
— сканирующий многоканальный СВЧ-радиометр.
Для получения снимков земной поверхности с высоким пространственным разрешением, фотограмметрической и геометрической точностью используются КА фотонаблюдения, которые запускаются на низкие круговые орбиты. Съемки в трех спектральных интервалах ведутся широкоформатными камерами с размером кадра 180 х 180 мм2. Разрешение снимков на местности составляет 15-30 м. Спектральные и панхроматические съемки выполняются длиннофокусными сверхширокоформатными камерами с размером кадра 300 х 300 мм2. Разрешение снимков на местности составляет 5-8 м. Масштаб изображений соответственно 1:1000000 и 1:200000. Полученная фотографическая информация используется для решения неоперативных задач исследования природных ресурсов Земли.
Развитие подсистемы фотографического наблюдения направлено на удовлетворите перспективных требований потребителей. На борту КА должна устанавливаться принципиально новая аппаратура для проведения многозональной съемки: все спектральные каналы должны работать синхронно и регистрировать самые разнообразные характеристики земной поверхности, почвенного и растительного покрова, состояние водоемов, морские и океанические течения, результаты воздействия человека на окружающую среду; синхронно с основными спектральными каналами должна работать и фотокамера для съемки звездного неба, позволяющая проводить координатную привязку материалов съемки.
Информация от эксплуатационной системы ИПРЗ до передачи ее потребителям будет проходить стадию межотраслевой обработки, т. е. стадию приведения ее к стандартному виду, удобному для использования всеми группами потребителей. Межотраслевая обработка будет включать в себя выполнение следующих операций:
— первичную регистрацию данных на магнитных лентах высокой плотности записи;
— пространственную и временную привязку информации и аннотирование;
— радиометрическую коррекцию;
— приведение к картографической проекции;
— формирование кадров, составление каталогов и тиражирование информации для распространения.
Межотраслевая обработка оперативной информации в системе ИПРЗ будет выполняться совокупностью региональных центров приема и обработки данных (РЦПОД), расположенных в Москве. Новосибирске, Хабаровске, Ташкенте. Главный центр обработки данных (ГЦПОД) расположен в Москве. Информация от ИСЗ на наземные РЦПОДы будет передаваться как в режиме непосредственной передачи, так и в режиме воспроизведения накопленных за виток данных. В перспективе РЦПОДы будут созданы в городах Мурманске и Петропавловске-Камчатском.
Гидрометеорологическое обеспечение народного хозяйства в настоящее время осуществляется с помощью метеорологических спутников второго поколения «Метеор-2». Они снабжены сканирующей телевизионной системой для запоминания и прямой передачи снимков в видимом диапазоне спектра с разрешением 1 км в полосе обзора 2200 км и инфракрасным радиометром для получения тепловых изображений с разрешением 8 км в полосе 2600 км. Кроме изображений облачности и подстилающей поверхности спутники «Мстеор-2» позволяют получать данные о вертикальном профиле температуры атмосферы.
Начаты запуски метеорологических спутников третьего поколения «Метеор-3», оснащенных усовершенствованной аппаратурой, работающей в режимах запоминания и непосредственной передачи информации. С высоты орбиты до 1250 км они способны обеспечить обзор всей поверхности Земли практически без пропусков.
Предполагается запустить метеорологический геостационарный спутник с телевизионной аппаратурой для получения изображений в видимом и инфракрасном участках спектра. Он позволит собирать данные о распределении облачности в экваториальных и умеренных широтах на освещенной и теневой сторонах Земли, о скорости и направлении ветра на 2-3 уровнях.
Его технические характеристики обеспечат совместимость с международной системой геостационарных метеорологических спутников, в которой участвуют страны Западной Европы, США и Япония.
Спутниковые изображения Аральского моря в видимом (0,6-0,7мкм) и тепловом (10,5-12,5 мкм) инфракрасном диапазонах, полученные сканером среднего разрешения МСУ-СК |
|
 Снимок горного района в условных цветах, полученный многозональным сканирующим устройством МСУ-Э (разрешение 45 м) |
 Радиолокационные изображения ледовой обстановки в районе советской антарктической станции: исходный необработанный снимок (слева) и последовательные изображения отделения и раскола льдины  |  Спутниковое изображение в условных цветах Днестровского лимана и прилегающего сельскохозяйственного района, полученное многозональным сканирующим устройством на ПЗC МСУ-Э. На снимке отчетливо идентифицируются поливные участки и зоны повышенной увлажненности |
 Космический крупномасштабный фотоснимок территории Канады |
|
Сегодня в народном хозяйстве эксплуатируется спутниковая радионавигационная система «Цикада». Она может обслуживать неограниченное количество потребителей (судов морского флота) и имеет глобальную зону действия. Ошибка определения координат объекта составляет 100 м, дискретность— 1-2 часа в зависимости от широты места. В системе используются 4-5 ИСЗ на круговых орбитах высотой 1000 км и наклонением 83°. Они излучают сигналы на частотах 400 и 150 МГц. В судовом приемоиндикаторе «Шхуна», работающем по сигналам системы «Цикада», процесс определения местоположения судна полностью автоматизирован. Результаты расчета координат выводятся на дисплей и регистрирующее устройство. В промежутках между навигационными сеансами обеспечивается счисление пути судна по данным курса и скорости движения с учетом сноса.
Эффективность использования морским флотом спутниковых радионавигационных систем может быть повышена за счет использования приемоиндикаторов, одновременно работающих по сигналам «Цикады» и аналогичной ей американской системы «Транзит».
Дальнейшее совершенствование характеристик отечественной спутниковой навигационной системы станет возможным с введением в действие системы «Глонасс», которая начнет эксплуатироваться (в ограниченном объеме) в 1989-1990 годах. Она обеспечит возможность глобального и непрерывного определения координат и скорости не только судов, но и самолетов гражданской авиации.
Спутники системы «Глонасс» выводятся на близкие к круговым орбиты высотой 19 100 км и наклонением около 65°. Первоначально будет использоваться 10-12, а к 1991-1995 годам 24 спутника (из них 3 резервных), расположенных в трех орбитальных плоскостях по 7-8 спутников в каждой. Спутники будут излучать навигационные сигналы на частотах в диапазоне 1600 МГц.
Аппаратура пользователя производит беззапросные измерения навигационных параметров (псевдодальности и радиальной псевдоскорости) до четырех спутников системы одновременно или последовательно в зависимости от канальности аппаратуры.
В составе навигационного сообщения с каждого спутника будет передаваться информация о его положении в пространстве и времени относительно единой для системы шкалы времени, а также информация о состоянии всех спутников системы. По результатам. измерений производится определение трех координат и составляющих вектора скорости пользователя, а также привязка его временной шкалы к шкале времени системы. Количество пользователей системы «Глонасс» неограниченно.
Система обеспечивает точность определения координат 100-150 м и скорости — 15 см/с. Ее точностные характеристики могут быть значительно улучшены при организации работы пользователя в дифференциальном режиме.
Международная космическая система поиска и спасения судов и самолетов, терпящих бедствие, «КОСПАС-САРСАТ» предназначена для определения координат и поиска аварийных объектов и позволяет успешно решать благородную задачу спасения людей. За шесть лет эксплуатации, к концу 1988 года она помогла спасти жизни более 1500 человек, находившихся на аварийных судах и самолетах, оснащенных специальными радиобуями. Опыт создания «КОСПАС-САРСАТ» еще раз подтверждает возможность плодотворного международного сотрудничества в мирном освоении космического пространства. В перспективе система войдет в состав будущей глобальной морской системы связи для поиска и спасения при бедствии.
«КОСПАС-САРСАТ» состоит из двух аналогичных, технически совместимых, но практически независимых систем — советской «КОСПАС» и американо-франко-канадской «САРСАТ». В них используются низкоорбитальные ИСЗ на круговых околополярных орбитах высотой 800-1000 км. Их зона действия охватывает всю Землю.
На борту спутников установлены специальные ретрансляторы поиска и спасения. Сигнал бедствия подается аварийными радиобуями на частоте 121,5 МГц, что позволяет определять координаты с точностью до 10-15 км, и радиобуями на частоте 406 МГц, обеспечивающими точность 3 км.
| Аварийный радиобуй, установленный на советских морских судах В 1988 году система «КОСПАС-САРСАТ» использовалась участниками советско-канадского перехода через Северный полюс | 
|
 | |
В настоящее время к «КОСПАС-САРСАТ» присоединились Великобритания, Норвегия, Бразилия, Болгария, Финляндия.
Принцип работы системы предполагается использовать в будущем для создания советской спутниковой системы диспетчеризации флота и сбора метеорологической информации.
Важной политической, социальной и экономической задачей является увеличение возможностей средств связи в интересах промышленных и административных центров, а также расширение охвата населения центральным многопрограммным телевизионным вещанием. Космические средства позволяют решать ее гораздо быстрее и экономичнее по сравнению с наземными радиорелейными и кабельными линиями.
В СССР создание национальной спутниковой системы связи «Орбита» началось с запуска в 1965 году на высокую эллиптическую орбиту спутника-ретранслятора «Молния-1» и строительства наземных станций приема и передачи информации. Через два года была введена в постоянную эксплуатацию первая очередь этой системы, включающая 20 наземных станций и 4 спутника «Молния-1», работающих в дециметровом диапазоне частот 0,8-1 ГГц. При этом излучаемая мощность ретрансляционной аппаратуры спутников (40 Вт) обеспечивала достаточно высокий уровень радиосигнала у поверхности Земли на всей территории СССР.
Система позволила организовать дополнительные линии телефонно-телеграфной связи с отдаленными районами Сибири и Дальнего Востока и расширить охват населения этих районов центральным телевизионным вещанием.
В 1974 году система «Орбита» включала уже более 60 станций и усовершенствованные спутники серии «Молния»: сначала «Молния-2» (1971 г.), а затем «Молния-3» (1974 г.). Эти новые модификации обеспечивали ретрансляцию сигналов в более высоком (сантиметровом) диапазоне частот 4-6 ГГц и позволили повысить пропускную способность системы за счет увеличения суммарной мощности излучения и полосы пропускания бортовых ретрансляторов.
В настоящее время система «Орбита» включает более 100 наземных станций, оснащенных параболическими антеннами диаметром 12 м.
В 1972 году семейство спутников связи пополнилось новым, наиболее совершенным спутником «Горизонт», который был выведен на круговую геостационарную орбиту. В настоящее время на этой орбите находятся несколько таких спутников над Атлантическим, Индийским и Тихим океанами.
Наряду с внутрисоюзной связью они обеспечивают международную телефонно-телеграфную и телевизионную связь с европейскими и азиатскими странами, с Кубой и Алжиром. На последних модификациях спутника «Горизонт» размещен дополнительный ретранслятор «Волна» в целях организации связи с судами и самолетами.
Благодаря спутникам связи и станциям «Орбита» программы Центрального телевидения (ЦТ) сегодня регулярно смотрят жители всех крупных городов и промышленных центров отдаленных районов — Крайнего Севера, Сибири, Дальнего Востока, Средней Азии. В небольших городах и поселках для этих целей используются более простые приемные установки специальных спутниковых распределительных систем телевещания «Экран» и «Москва».
Первая в мире эксплуатационная спутниковая система телевизионного вещания создана в СССР после запуска в 1976 году ИСЗ «Экран». Он оборудован остронаправленной антенной и передатчиком мощностью около 200 Вт, что позволило использовать на Земле более простые, менее дорогостоящие антенны и приемники. В настоящее время прием телевизионных программ осуществляется более чем 4000 малогабаритными наземными установками, расположенными на территории Сибири и Крайнего Севера.
В 1979 году была дополнительно создана распределительная телевизионная система «Москва», использующая специальные мощные ретрансляторы (40 Вт) спутников «Горизонт», работающие в сантиметровом диапазоне частот 4 ГГц. Она обслуживает приемные станции в европейской части страны, на Урале, в Средней Азии и на Дальнем Востоке. Приемная телевизионная станция «Москва» проста по устройству, оснащена небольшой параболической антенной (2,5 м) и не требует постоянного обслуживания. На сегодняшний день в системе «Москва» используется более 1000 таких станций.
С вводом этих двух систем программы ЦТ смогли смотреть около 260 млн. человек (более 90% населения СССР).
|
В ближайшей перспективе Главкосмос СССР планирует создание новой системы спутникового телевещания «СТВ-12», которая будет работать в международном диапазоне частот 12 ГГц. В ней будут использоваться геостационарные многоствольные спутники, ведущие ретрансляцию на всю территорию СССР нескольких программ ЦТ и одновременно республиканских телепрограмм на каждую союзную республику. Прием телевизионных сигналов будет осуществляться на специальные наземные установки, оснащенные параболическими антеннами диаметром 1,5 и 2,5 м.
В разработке и создании системы примут участие социалистические страны, которые также планируют развертывание своих национальных распределительных систем на базе советских спутников системы «СТВ-12».
Наряду с телевизионным спутником «СТВ-12» Главкосмос СССР разрабатывает новый, более совершенный спутник связи, который придет на смену спутникам «Горизонт». Он обеспечит более высокую пропускную способность за счет увеличения числа стволов и суммарной полосы пропускания ретранслятора, использования более остронаправленных бортовых приемо-передающих антенн и поляризационного уплотнения стволов. Будут существенно улучшены и другие эксплуатационные характеристики спутника, такие, как точность его ориентации и удержания в заданной точке геостационарной орбиты, срок активного существования и др.
| Аппаратный зал станции связи «Орбита» |  |
 Станция международной системы связи «Интерспутник» на Кубе |
Важным направлением использования космических средств в интересах науки и народного хозяйства является космическая геодезия, основные задачи которой:
— построение высокоточных глобальной и региональных геодезических сетей;
— изучение внешнего гравитационного поля Земли.
Исследования в области космической геодезии проводятся в СССР на спутниках серии «Космос» начиная с 1962 года. Спутники наблюдаются с нескольких наземных пунктов, при этом фиксируются следующие параметры: дальность, изменение дальности, угловое положение и др. Измерения осуществляются с помощью радиотехнической и квантово-оптической аппаратуры.
Советский Союз участвовал в реализации международных программ по космической геодезии «Большая Хорда», «Динамика», «Изажекс». Особенно плодотворно развивается сотрудничество социалистических стран, осуществляющееся с 1968 года в рамках программы «Интеркосмос». В настоящее время в рамках этой программы готовится к запуску спутник «ГЕО-ИК». предназначенный для построения высокоточных глобальной и региональных геодезических сетей и определения параметров гравитационного поля Земли.
В перспективе — использование работающей по сигналам космической навигационной системы «Глонасс» специальной геодезической приемо-индикаторной аппаратуры, которая позволит решать задачи геодезии с высокой точностью и оперативностью.
Кроме того, метод радиоинтерферометрии со сверхдлинной базой (РСДБ) даст возможность получать координаты пунктов геодезических сетей в единой геоцентрической системе координат с точностью до единиц дециметров.
Для дальнейшего изучения параметров гравитационного поля Земли важное значение имеет совершенствование новых методов космической геодезии: спутниковой альтиметрии и градиентометрии, относительных измерений по линии «спутник-спутник».
Следующим шагом в развитии международного сотрудничества в данной области явится запуск геодезического спутника нового поколения, оснащенного более совершенной измерительной аппаратурой.
Под космической технологией в настоящее время понимаются экспериментальные исследования промышленного получения в космосе различных неорганических и органических материалов и веществ с улучшенными характеристиками за счет использования особенностей протекания физических процессов в условиях невесомости.
Исследования проводились на трех видах ракетно-космической техники: высотных ракетах типа «Вертикаль», автоматических ИСЗ типа «Фотон» и пилотируемых станциях «Салют», «Мир». Наибольшее количество экспериментов было поставлено в работе с полупроводниковыми материалами, металлами и сплавами, стеклами. Анализ результатов показал, что полученные в условиях невесомости (точнее, микрогравитации), эти материалы обладают значительно более высокими показателями. Так, в полупроводниковых материалах оказалось более однородным распределение компонентов и легирующих примесей. Установлено, что металлургические процессы, проходящие в условиях невесомости, приводят к значительным изменениям в фазовом составе, размере и форме включений и кристаллов, что улучшает основные свойства материалов. Например, при исследовании полученных в космосе на установке «Сплав» образцов сверхпроводящего сплава ниобий-олово обнаружен слой, состоящий из фазы Nb3Sn, которая распадается в образцах, изготовленных на Земле. Проволока из соединения Nb3Sn позволяет значительно поднять критическую величину плотности тока — до 105 А/см2 и выше. Критическая величина магнитного поля при этом превосходит 8,8 Тл.
Экспериментальные исследования производства в космосе стеклообразных сред, проведенные на установке «Сплав» и «Кристалл», показали, что космические образцы фосфатного, борато-свинцового, фторбериллиевого и других стекол также обладают свойствами, отличными от земных прототипов. В ряде случаев структура образцов улучшилась, снизилась плотность дефектов, возросла прозрачность.
Значительный объем экспериментов выполнен и с органическими веществами. На борту орбитальных станций «Салют» начиная с 1982 года они неоднократно проводились по электрофоретическому разделению смеси биологических веществ. В результате получена противогриппозная вакцина, что обеспечило годовую потребность в такого рода препаратах НИИ эпидемиологии, микробиологии и гигиены имени Пастера, проведена очистка генно-инженерного интерферона, осуществлено разделение микроорганизмов, продуцентов кормового антибиотика и др. Аналогичные исследования проводились в 1988 году на борту спутника «Фотон» с помощью электрофоретической установки «НАФ-4».
В процессе изучения трехмерной структуры белка методами кристаллографии все больший интерес вызывает рост белков в космосе, так как на Земле невозможно получить их необходимого размера и достаточной степени чистоты. Знание трехмерной структуры чрезвычайно важно для понимания механизмов биохимических и биофизических процессов, что необходимо при синтезе таких веществ, как медицинские препараты для лечения злокачественных опухолей, анемии, гипертонии и т. д. Другая область использования белковой кристаллографии — белковая инженерия, т. е. синтез ферментов, гормонов с заданными свойствами. Третья — создание синтетических вакцин.
В Советском Союзе первые эксперименты по кристаллографии белков были проведены в декабре 1987 года на борту станции «Мир» на биокристаллизаторе «Айнур» и продолжены на борту спутника «Фотон» в апреле 1988 года с использованием элсктрофоретической установки «Каштан». Кристаллизация белков происходила при контакте белкового раствора с солевым.
Разработана программа создания специализированных средств космической технологии, которая предусматривает улучшение таких характеристик, как нижний уровень микрогравитации и продолжительность его стабильного поддержания, энергетическое обеспечение экспериментов, объема и веса технологических установок, а также расширение видов приготовляемых в космосе материалов.
В период до 2005 года наряду с эксплуатацией автоматического спутника типа «Фотон» и проведением экспериментальных работ на станции «Мир» предполагается разработка и создание автоматических платформ и автономного модуля пилотируемой станции для постепенного перехода от экспериментальных исследований к полупромышленному, а затем и к промышленному производству в космосе отдельных видов полупроводниковых материалов, металлов и сплавов, стекол, выращиванию кристаллов, выделению и очистке биологически активных веществ.
| Внешний вид установки «Пион-М» для исследований особенностей невесомости  |
СПУТНИКИ ДЛЯ КОСМИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА |
Первый полет человека в космос, совершенный Юрием Гагариным в 1961 году, ответил на один из важнейших вопросов космонавтики: человек может жить и эффективно работать на борту космического корабля.
В дальнейшем в ходе реализации программ полетов космических кораблей серий «Восток». «Восход» и «Союз» был решен широкий круг научных и технических вопросов, связанных с длительным пребыванием человека в космосе, безопасностью его полета и возвращением на Землю.
В 1971 году была создана первая орбитальная пилотируемая станция «Салют». Программа эксплуатации этой станции носила научно-экспериментальный характер. В ходе ее реализации была решена задача материально-технического обеспечения орбитальных станций, доставки и смены экипажей, что позволило довести срок активного функционирования станций до 5-7 лет.
На станциях «Салют» получен ряд уникальных результатов. Так, с помощью орбитального солнечного телескопа проводились многократные спектрометрические измерения, позволившие детально изучить характер протекания различных физических процессов на поверхности Солнца. При помощи рентгеновского телескопа зарегистрировано несколько десятков рентгеновских источников различной интенсивности и получены их спектрометрические характеристики. Бортовым субмиллиметровым телескопом БСТ-1М с диаметром главного зеркала 1.5 метра был выполнен цикл измерений собственного излучения Земли.
В области гамма-астрономии с помощью малогабаритного гамма-телескопа проведены эксперименты по измерению энергетических спектров потоков гамма-квантов, а также потоков заряженных частиц внутри станции в диапазоне 20-600 МэВ.
Над европейской частью страны, Казахстаном, республиками Средней Азии. Приморьем, Курильскими островами и островом Сахалин велась съемка земной поверхности. Она была использована для выявления структурно-тектонических образований в перспективных районах месторождений нефти, газа, рудных ископаемых.
Велась также съемка облачного покрова планеты, образований тайфунов и циклонов. Метеорологические наблюдения осуществлялись со спутников «Метеор» и средствами авиации.
Было проведено более 200 экспериментов по космическому материаловедению и технологии. В специально сконструированных ампульных нагревательных печах с программным управлением получено около 300 образцов различных материалов.
Объектами биологических исследований являлись высшие и низшие растения, микроорганизмы, насекомые, позвоночные животные, культуры живых тканей, биополимеры. Изучались фундаментальные процессы жизнедеятельности — наследственность, изменчивость, клеточное деление, эмбриональное развитие и т. д.
Научная программа медицинских исследований, проводимых на станциях, включала не только мероприятия по контролю и профилактике здоровья экипажа, но и углубленное изучение различных аспектов пребывания и работы человека в условиях длительного космического полета. В полученных данных о состоянии здоровья космонавтов во время их пребывания в космосе и в период реадаптации нет таких, которые указывали бы на невозможность или, по крайней мере, опасность дальнейшего увеличения продолжительности космических полетов.
В 1986 году на орбиту выведена станция третьего поколения — «Мир». Она предназначена для построения многоцелевого постоянно действующего пилотируемого комплекса со специализированными модулями научного и народнохозяйственного назначения. Возможность подстыковки к станции пяти исследовательских модулей позволяет довести массу научного оборудования до 12-15 тонн и существенно расширяет круг приводимых на борту исследований и экспериментов.
С момента запуска станции рентгеновскими приборами «Рентген-37КЭ» с ультрафиолетовым телескопом «Глазар» получены данные о характере активности астрофизических источников излучения, изменении его потока во времени и энергетическом, спектре космических лучей высоких энергий. Эти данные необходимы для решения фундаментальных проблем астрофизики, определения механизма освобождения энергии, поиска ее новых источников, исследования строения и эволюции астрономических объектов во Вселенной.
На станции «Мир» выполняются исследования атмосферы и природных ресурсов Земли, магнитного поля и метеорной обстановки по трассе полета, оптических и геометрических характеристик аэрозольного слоя космического происхождения. Используется как вновь разработанная аппаратура, так и та, которая применялась на станции «Салют-7».
В период 1989-1992 годов программа полета станции «Мир» предусматривает дальнейшее проведение широкого круга научных и народнохозяйственных исследований и экспериментов в области внеатмосферной астрономии, медицины, биологии, космической технологии, контроля природных ресурсов Земли.
Долговременные орбитальные станции — это прообраз будущего постоянно действующего орбитального комплекса. Основной его элемент — базовой блок — по своим техническим характеристикам должен существенно превосходить современную орбитальную станцию. Так, больший в сравнении с существующим ныне объем научных задач и их сложность вызовут необходимость увеличения численности экипажа и соответственно веса (в 8-10 раз) жилой части базового блока, а также потребует высокоэффективной бортовой энергоустановки мощностью порядка ста кВт. Кроме того, базовый блок будет оснащен большим числом стыковочных узлов для присоединения к нему целевых модулей, транспортных и грузовых кораблей, устройствами для автономного перемещения в открытом космосе, манипуляторами, автоматическими и пилотируемыми буксирами «Космос— Космос». Эти средства предназначены для сборки, монтажа, обслуживания и транспортировки крупногабаритных космических аппаратов на их рабочие орбиты.
В состав постоянно действующего космического комплекса войдет ряд астрофизических объектов, оснащенных уникальной научной аппаратурой (оптическими и радиотелескопами, интерферометрами и т. п.), установленной на специальных поворотных платформах. Сегодня уже не выглядят фантастикой предприятия на орбите по производству уникальных материалов, сверхчистых кристаллов, медицинских препаратов.
Особое значение на различных этапах создания и эксплуатации постоянно действующего комплекса будет иметь выбор рациональных средств его материально-технического обеспечения. Помимо обычных одноразовых ракет-носителей будут использоваться многоразовые, предназначенные для транспортировки на орбиту и спуска на Землю космонавтов и грузов.
Постоянно действующий орбитальный комплекс откроет новые перспективы для развития международного сотрудничества в освоении космического пространства.
|
|
| В Центре управления полетом Транспортировка ракеты-носителя «Протон» на стартовую площадку |  |
 | |
 | Старт универсальной ракетно- космической транспортной системы «Энергия — Буран» Автоматическая посадка многоразового космического корабля «Буран» | |
 | ||
| Перед стартом: (сверху вниз) летчик-космонавт СССР Александр Волков, бортинженер Сергей Крикалев и французский космонавт-исследователь Жан-Лу Кретьен Выход в открытый космос Жан-Лу Кретьена |  |
 | |
|
СССР В КОСМОСЕ 2005 год Цена 1 р. ВТ08007 Отпечатано в типографии Издательства АПН по заказу Главкосмоса СССР 3500000000 |
