Советско-французское сотрудничество в космосе - Станислав Петрунин

Рис. 3. Общий вид советского спутника «Прогноз-3»

Значительную часть аппаратуры спутника составляла система направленного детектирования, которая состояла из нескольких сцинтилляторов, снабженных фотоэлектронными умножителями (ФЭУ).

Основной детектор из кристалла иодистого натрия размещается в полом цилиндре из кристаллов иодистого цезия.

Детектор обладает хорошим энергетическим (10 %) и угловым (около 2°) разрешением. Для расширения полосы наблюдений ось детектора составляет с осью вращения спутника 10°, и при поле зрения прибора в 20° за каждый оборот спутника просматривается полоса в 40°. Таким образом, за год можно наблюдать достаточную протяженную область центра Галактики, в котором, как полагают, находятся многочисленные дискретные источники гамма-излучения (рис. 4), а также область галактического антицентра, относительно бедную этими источниками.

Уже предварительная обработка данных эксперимента «Снег-3» позволила получить новые данные об источниках гамма- и рентгеновского излучений. Так, например, были зарегистрированы источники рентгеновского излучения в области центра Галактики (июль 1977 г.) и области Крабовидной туманности (ноябрь, декабрь 1977 г. — январь 1978 г.). Причем в области центра Галактики наряду с большим числом рентгеновских источников низких энергий наблюдали достаточно интенсивные источники (GX3 + 1, GX5 — 1).

В результате эксперимента «Снег-3» получено много данных о всплесках гамма-излучения различной интенсивности. Особое внимание привлек всплеск гамма-излучения 10 ноября 1977 г., который также был зарегистрирован прибором «Снег-2МП» на «Прогнозе-6» и аппаратурой западноевропейской станции «Гелиос». Длительность всплеска гамма-излучения составила около 1 с. Методом триангуляции достигнута локализация источника.

Прибор «Снег-2МП» был установлен на спутниках «Прогноз-6 и -7», выведенных на орбиты соответственно в сентябре 1977 г. и в октябре 1978 г. В состав этого прибора входят три детектора, один из них установлен на верхней плите, а два других — на боковой стороне спутника.

Верхний всенаправленный детектор предназначен для изучения гамма- и рентгеновских всплесков. В качестве чувствительного элемента используется кристалл иодистого натрия диаметром 90 мм и толщиной 37 мм, окруженный пластическим сцинтиллятором. Обе части оптически изолированы и снабжены отдельными ФЭУ. Этот детектор позволяет получить временное и амплитудное распределения гамма-квантов в области энергий 80 кэВ — 3 МэВ.

С помощью двух боковых узконаправленных детекторов регистрировали гамма-излучение в области энергий 20 кэВ — 1 МэВ вблизи плоскости эклиптики (как в солнечном, так и в антисолнечном направлениях). Детекторы содержат анализирующий кристалл иодистого натрия диаметром 38 мм и толщиной 14 мм, окруженный цилиндром из активной защиты (кристаллом йодистого цезия).

Рис. 4. Область неба с зоной, просматриваемой приборами спутника «Снег-3» за год. Указаны некоторые объекты исследований

Три детектора прибора «Снег-2МП», установленного на спутнике «Прогноз-6», зарегистрировали около десятка всплесков гамма-излучения, в том числе всплеск 20 октября 1977 г. (который также наблюдался на космических аппаратах «Гелиос», «Вела-5», «ХЕАО-А»), всплеск 29 октября 1977 г. («Вела-5», «Гелиос») и всплеск 10 ноября 1977 г. («Снег-3», «Гелиос»). В эксперименте «Снег-2МП» наблюдали также большое количество всплесков гамма-излучения солнечного происхождения.

Прибор «Снег-2МЗ», установленный на автоматических межпланетных станциях «Венера-11 и -12», состоит из двух всенаправленных детекторов, по конструкции подобных верхнему детектору «Снега-2МП», но предназначенных для исследований в более узкой области энергий (80 кэВ — 1 МэВ). Они расположены на верхней и нижней плоскостях автоматической станции, с тем чтобы можно было наблюдать всплески гамма-излучения из любой точки небесной сферы. Только за три месяца работы приборов «Снег-2МП» и «Снег-2МЗ» удалось зарегистрировать 50 всплесков гамма-излучения (за предыдущие 10 лет таких наблюдений обнаружено менее 100 всплесков).

Геофизика, космические лучи. Исследованию корпускулярного излучения Солнца и взаимодействию этого излучения с магнитным полем Земли отводилось значительное место в совместных экспериментах советских и французских ученых. Изучению солнечной плазмы с различных расстояний от Солнца были посвящены эксперименты «Калипсо», «Жемо-Т», «Жемо-С», «Жемо-С2».

Прибор, установленный на борту спутника «Прогноз-2» для осуществления эксперимента «Калипсо», представляет собой спектрометр для измерения потоков электронов и протонов в области энергий 0,4 — 17 кэВ в 16 участках энергетического спектра. Измерения ионных и электронных спектров, проводимые прибором «Калипсо» непрерывно, в течение более пяти месяцев позволили получить обширный материал о солнечном ветре, потоках плазмы в переходном слое, положений фронта околоземной ударной волны и о потоках плазмы внутри магнитосферы. Кроме того, в данном эксперименте получена чрезвычайно интересная информация о вспышках на Солнце в августе 1972 г. В частности, впервые наблюдались некоторые необычайно интенсивные явления в межпланетной среде и в околоземном космическом пространстве.

На советских автоматических межпланетных станциях «Марс-6 и -7» была установлена аппаратура для проведения совместных советско-французских экспериментов «Жемо-С и — Т». «Жемо» в переводе с французского означает «близнецы». И это название не случайно. Во-первых, оба проекта близки по задачам и в известной степени дополняют друг друга. Во-вторых, приборы для проведения того и другого эксперимента установлены на двух одинаковых по конструкции космических станциях.

Однако каждый из двух экспериментов имеет свое, пусть и очень короткое, собственное имя — «С» и «Т», «С» — сокращенное обозначение французского города Сакле, где находится Лаборатория электронной физики Центра ядерных исследований, специалисты которой разработали и изготовили приборы для эксперимента «Жемо-С». Первая буква названия французского города Тулуза стала шифром для наименования другого эксперимента. Именно в Центре изучения космических лучей, расположенном в этом городе, подготавливалась аппаратура «Жемо-Т».

Рис. 5. Скорость солнечного ветра и температура, измеренные во время эксперимента «Жемо-Т» (13 августа 1973 г.)

Осуществляя программу «Жемо», ученые СССР и Франции получили данные о свойствах солнечного ветра спокойного Солнца и об изменении этих свойств на расстояниях от 1,0 до 1,52 а. е. от Солнца, т. е. практически за все время движения межпланетных станций. Результаты этих экспериментов дали ценную информацию о распространении межпланетных ударных волн и их связи с солнечными вспышками, а также о соотношениях между характеристиками межпланетной среды, Солнца и магнитосферными явлениями.

Научная аппаратура «Жемо-Т» состоит из двух спектрометров (ионов гелия и протонов), работающих в области энергий 100 эВ — 10 кэВ. Типичный пример полученных в эксперименте «Жемо-Т» характеристик невозмущенного солнечного ветра приведен на рис. 5.

Прибор «Жемо-С», предназначенный для регистрации протонов и электронов в области энергий 3 — 150 МэВ, а также альфа-частиц в области 180–500 МэВ, позволил подробно изучить движение солнечных частиц между Землей и Марсом.

Исследования корпускулярных потоков Солнца были продолжены на спутниках «Прогноз-6 и -7», на которых стояли приборы «Жемо-С2», являющиеся модернизацией прибора «Жемо-С».

В ходе экспериментов «Калипсо» и «Жемо» наряду с исследованием состава и движения солнечной плазмы также изучалось ее взаимодействие с магнитосферой Земли. Кроме этих экспериментов, ученые СССР и Франции осуществили еще ряд совместных экспериментов по изучению земной магнитосферы. Один из них, «Аркад», предназначался для исследования физических процессов в магнитосфере и верхней атмосфере Земли. При этом, в частности, изучался процесс вторжения частиц высоких энергий в атмосферу Земли в области высоких широт (данный процесс вызывает удивительное явление природы — полярные сияния).

В ходе экспериментов, осуществленных с помощью спутников «Ореол» и «Ореол-2», измерялись потоки протонов в области энергий 0,4 — 30 кэВ и 200 кэВ — 1,3 МэВ, а также потоки электронов в области энергий 0,2 — 160 кэВ. Одновременно по согласованной программе проводились наблюдения геофизических явлений в высокоширотных обсерваториях Советского Союза, расположенных на м. Шмидта, в Тикси, в Якутске, на островах Диксон, Хейса (Земля Франца-Иосифа), в Мурманске и в других районах.

Сочетание многочисленных наземных наблюдений и спутниковых измерений позволило построить пространственную и временную картину магнитосферных процессов, определить с большой точностью начальные (не измененные верхней атмосферой) энергетические и угловые распределения вторгающихся в атмосферу протонов.