Советско-французское сотрудничество в космосе - Станислав Петрунин

Занимаясь обработкой и интерпретацией данных эксперимента «Стерео-1», полученных с помощью станции «Марс-3», специалисты обеих стран одновременно подготавливали новую космическую программу радиоастрономических экспериментов — проект «Стерео-5». Может возникнуть вопрос: почему «Стерео-5», ведь он был только вторым в серии экспериментов «Стерео»? Дело в том, что из проектов «Стерео-2, -3, -4 и -5», предложенных учеными, именно последнему было отдано предпочтение.

В окончательном варианте программа эксперимента «Стерео-5» должна была решить следующие задачи:

1) измерение на Земле и на борту межпланетной станции временных сдвигов радиовсплесков Солнца на частотах 30 и 60 МГц с целью изучить направление движения пучков солнечных частиц;

2) исследование направленности радиоизлучения Солнца на частотах 30 и 60 МГц. Вторая задача аналогична той, которая решалась в ходе эксперимента «Стерео-1», но для нового диапазона частот.

В комплект аппаратуры «Стерео-5», входили две антенны (для приема радиоизлучения на частотах 30 и 60 МГц), предусилители и приемник. Так же как и в «Стерео-1», использовались блоки памяти и система сжатия данных. Аппаратура «Стерео-5» была установлена на советских автоматических межпланетных станциях «Марс-6 и -7», стартовавших 5 и 9 августа 1973 г.

Эксперименты «Стерео-1 и -5» позволили получить ценные результаты, касающиеся свойств солнечных радиовсплесков. В частности, измерение направленности дало возможность построить модель нижней короны Солнца, причем эта модель значительно отличается от предложенных ранее моделей со сферической симметрией.

Таким образом, была реализована качественно новая методика изучения структуры солнечной нижней короны — области, исследование которой с помощью наземных методов пока недостаточно эффективно. Причем анализ распространения радиоволн от радиовсплесков основывался на измерениях, выполняемых одновременно с двух точек наблюдения. Как будет видно из дальнейшего, метод стереоскопических наблюдений широко используется советскими и французскими учеными для исследования излучения Солнца и звезд не только в радио-, но и в других диапазонах (гамма-, рентгеновском и т. д.).

Внеатмосферная астрономия. Из рис. 2 с очевидностью следует, что атмосфера Земли пропускает к своей поверхности только малую часть из всего спектра космического электромагнитного излучения. Появление воздушных (баллоны, самолеты), а затем и космических средств дало в руки исследователей мощное орудие для изучения электромагнитного космического излучения во всем спектральном диапазоне, что представляет огромные возможности для решения фундаментальных проблем астрономии. Особенно важно это для ультрафиолетового, гамма- и рентгеновского диапазонов.

Совместные советско-французские эксперименты в этих новейших областях исследований дали интересные результаты, позволившие понять природу многих физических процессов, протекающих во Вселенной.

Ультрафиолетовая астрономия. Советско-французский эксперимент «Галактика», проведенный с помощью аппаратуры, установленной на автоматических станциях «Прогноз-6 и -7», предназначался для изучения галактических источников ультрафиолетового излучения. В состав прибора «Галактика» входит спектрометр с вогнутой дифракционной решеткой (R = 25 см, 600 штрих/мм, покрытие Al + MgF2). Спектр в интервале длин волн 100–190 нм получался путем сканирования с шагом 5,3 нм, и за один ход сканирования проводились 14 измерений интенсивности в различных участках спектра. Во время работы приборов на спутниках «Прогноз-6 и -7» было получено около 6000 спектров, в основном излучения области Млечного пути.

Рис. 2. Непрозрачность атмосферы Земли (заштрихованная область) для различных диапазонов длин волн и высоты

Первые результаты показали, что интенсивность излучения атомарного водорода в линии Lα (с длиной волны 121,6 нм) меняется от 170 Рл (в апогее) до 430 Рл (в перигее).[5] Однако в области радиационных поясов Земли (между апогеем и перигеем) эта величина может достигать 1200 Рл. Причем было обнаружено, что средняя величина интенсивности излучения для длины волны 150 нм составляет 1,55 10–8 эрг • с–1 • см–2 • ср–2. А в области созвездия Рыбы (вне Галактики). Для Млечного пути интенсивность фона почти в 3 раза больше.

Кроме своих основных научных целей, эксперимент «Галактика» одновременно предназначался для отработки новой методики космических исследований, являлся как бы начальным этапом подготовки следующих, более сложных советско-французских экспериментов в области ультрафиолетовой астрономии. В нем проверялись правомочность многих технических решений и возможность применения выбранных электронных элементов и светоприемных приборов.

Гамма- и рентгеновская астрономия. Первым совместным экспериментом по изучению солнечного гамма- и рентгеновского излучения стал эксперимент, проведенный в 1972 г. с помощью прибора «Снег-1», установленного на станции «Прогноз-2». Этот прибор представляет собой спектрометр энергии нейтронов и гамма-квантов, в нем регистрировались нейтроны в области энергий 0,981 — 16 МэВ и гамма-кванты в области энергий 0,35–11,8 МэВ. Особо интересная информация в эксперименте была получена во время солнечных вспышек в августе 1972 г.

В середине июля 1972 г. на Солнце отмечалось несколько небольших вспышек, сопровождавшихся возрастанием градиента магнитного поля. В конце июля — начале августа в этой области произошли мощные хромосферные вспышки. Наиболее интенсивные из них наблюдались 2, 4 и 7 августа. Анализ данных, полученных с помощью приборов «Прогноза-2», в частности прибора «Снег-1», позволил советским и французским ученым показать, что наблюдаемые явления связаны с генерацией линейчатого гамма-излучения, указывающего на протекание ядерных реакций на Солнце во время солнечных вспышек. По характеристикам всплесков гамма-излучения удалось определить химический состав и плотность солнечной атмосферы в области вспышки. На основании полученных данных ученые рассчитали качественную модель развития вспышечного события.

Если первый советско-французский эксперимент по гамма- и рентгеновской астрономии посвящался Солнцу, то следующие подобные эксперименты предназначались для обнаружения и локализации дискретных космических источников гамма-излучения. Эти эксперименты получили названия «Снег-2МП», «Снег-2МЗ», «Снег-3». Общее, если можно так сказать, «родовое», название «Снег» происходит от наименования первого прибора, которое является сокращением полного названия: «Спектрометр НЕйтронов и Гамма-излучения». Интересно отметить, что французское название этого же прибора SIGNE не является переводом русского слова «Снег», и также представляет собой аббревиатуру полного французского наименования прибора.

Решение о проведении спутниковых экспериментов по исследованию космического гамма-излучения несолнечного происхождения было принято осенью 1974 г. на очередном ежегодном совещании по советско-французскому сотрудничеству в изучении космоса. Назначение экспериментов «Снег-2МП», «Снег-2МЗ» и «Снег-3» состояло в решении трех основных задач:

поиск гамма- и рентгеновских всплесков и их локализация, определение временной структуры и энергетического спектра;

поиск дискретных гамма- и рентгеновских источников и их классификация;

измерение диффузного гамма- и рентгеновского фона в области энергий более 20 кэВ.

Для проведения такого комплексного эксперимента предполагались наблюдения гамма-излучения на нескольких космических аппаратах, что связано с решением очень сложных организационных задач. Необходимо было осуществить в течение нескольких месяцев запуски трех совершенно различных космических аппаратов — искусственный спутник Земли «Снег-3» на низкую околоземную орбиту, спутник «Прогноз» (рис. 3) на высокоапогейную орбиту и, наконец, межпланетную станцию к Венере. (Конечно, для двух последних исследование космического гамма-излучения не являлось единственной, а тем более основной задачей). Но все трудности были преодолены, и комплексный эксперимент, который иногда называют «ВГС» («Всплеск-Гамма-Стерео»), успешно осуществился.

Первой начала работать научная аппаратура на французском спутнике «Снег-3», выведенном на орбиту с помощью советской ракеты-носителя 17 июня 1977 г. Однако прежде чем запустить французский спутник на требуемую орбиту, необходимо было срочно решить ряд сложных проблем конструктивного характера, в частности, уменьшить вибрационные перегрузки и тепловые потоки, направленные к спутнику после сброса головного обтекателя. С этой целью в Тулузском центре КНЕС для гашения вибраций был изготовлен специальный переходник, через который спутник крепился к последней ступени ракеты-носителя. Переходник имел амортизаторы, предохраняющие спутник от разрушающего действия вибраций. Проблема уменьшения теплового потока к спутнику была также успешно решена: специалисты предложили сбросить головной обтекатель на больших высотах, где меньше плотность атмосферы и, следовательно, меньше тепловой поток.