Советско-французское сотрудничество в космосе - Станислав Петрунин

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.

Орбиты спутников «Ореол», в частности, наклонения орбит (~ 74°), были выбраны так, чтобы спутники пересекали дневной полярный касп — область прямого вторжения плазмы в полярную ионосферу Земли. В частности, было показано, что районы пересечения каспа спутниками группируются около полуденного меридиана на широтах около 78°. Это означает, что приполуденная область в форме некоторого пятна с размерами 200 × 500 км более легко проходима протонами переходного слоя, чем другие области. Однако измерения, проведенные в экспериментах «Аркад-1 и -2», показали, что иногда спутники пересекали полярную шапку, но не встречали протонов нужных характеристик, т. е., другими словами, дневной полярный касп не представляет собой непрерывной щели, а обладает некоторой «рваной» или «пятнистой» структурой.[6]

Интересные научные результаты экспериментов «Аркад», полученные с помощью спутников «Ореол» (рис. 6) и «Ореол-2», послужили дополнительным стимулом к продолжению спутниковых исследований магнитосферы. В настоящее время ученые обеих стран подготавливают новый комплексный эксперимент — «Аркад-3», планируемый на начало 80-х годов.

Результаты исследований, проведенных с помощью спутника «Ореол-2», также использовались в комплексном советско-французском эксперименте «Самбо». Цель этого эксперимента — определить пространственные и временные характеристики процессов в полярной ионосфере. Решение поставленной задачи требует, с одной стороны, проведения одновременных измерений во многих точках пространства с помощью приборов с близкими характеристиками, с другой — непрерывности и длительности таких измерений в выбранной области пространства.

Рис. 6. Общий вид советского спутника «Ореол»

Главной составной частью эксперимента «Самбо» был запуск высотных аэростатов французского производства с советской и французской научной аппаратурой для изучения тормозного рентгеновского излучения, характеристик электрического поля, свечения полярных сияний. Отсюда и название эксперимента «Самбо» — Синхронные Авроральные Множественные Баллонные Обсерватории. Баллоны запускали с полигона Кируна (Швеция). Несомые ветрами, которые в зимнее время имеют преимущественное направление «запад — восток», аэростаты двигались на высотах 30–40 км над территориями Швеции, Финляндии, Советского Союза. Протяженность их полета составляла около 2000 км. Телеметрическая информация с научной аппаратуры аэростатов принималась сетью наземных телеметрических станций, расположенных вдоль побережья Ледовитого океана — Кируна, Апатиты, Шойна, Нарьян-Мар, Халмер-Ю (Амдерма).

Кроме того, к проведению данного эксперимента были приурочены запуски с о. Хейса двух советских метеорологических ракет МР-12 с аппаратурой для измерения электрического поля. Измерения потоков электронов и протонов различных энергий проводились приборами спутников «Ореол-2» и «Интеркосмос-10».

Программа исследований по эксперименту «Самбо» включала в себя несколько этапов. Первый из них проводился в начале 1974 г., второй — в начале 1979 г. В результате эксперимента «Самбо» получен большой объем данных о процессах входа авроральных частиц в ионосферу в магнитоактивные периоды.

Особую роль в структуре земной магнитосферы играют силовые линии магнитного поля Земли. Все возмущения, связанные с взаимодействием заряженных частиц (электронов, протонов и других) с электромагнитным полем, распространяются вдоль магнитных линий. Поэтому исследования, проводимые в разных, достаточно удаленных точках одной силовой линии, в частности в точках пересечения силовой линии с земной поверхностью на севере и на юге, представляют особый интерес.

Сотрудничество советских и французских ученых по изучению геофизических явлений в подобной паре точек — Архангельская область в Северном полушарии и о. Кергелен (Индийский океан) в Южном полушарии — было начато еще в 1961 г. В основном проводились фотометрические наблюдения полярных сияний, а с 1964 г. — исследования короткопериодических вариаций магнитного поля Земли и излучений очень низких энергий. Развитие советско-французского сотрудничества в области космических исследований, стимулированное соответствующим межправительственным соглашением 1966 г., позволило расширить исследования в магнитосопряженных районах, сделать эти исследования комплексными, привлечь в качестве технических средств как воздушные, так и космические аппараты.

В ходе советско-французского эксперимента «Омега», проведенного в сопряженных районах Архангельская область — о. Кергелен в 1968–1971 гг., был осуществлен широкий спектр измерений различных физических параметров: магнитных вариаций и излучений очень низкой энергии, высотных распределений характеристик ионосферы, степени поглощения в ней волн, интенсивности тормозного рентгеновского излучения. Проект «Омега» был реализован с помощью большой сети наземных пунктов и многочисленных аэростатов-баллонов с французской и советской аппаратурой, запускаемых одновременно в Южном и Северном полушариях.

Другим, очень существенным экспериментом, проведенным в данных магнитосопряженных районах, был эксперимент «Аракс», проведенный в начале 1975 г. Он относится к так называемым «активным» исследованиям.[7]

Цель эксперимента «Аракс» состояла в изучении процессов в магнитосфере и ионосфере Земли, сопровождающих искусственную инжекцию электронов и плазменной струи. Для реализации проекта с о. Кергелен были запущены две французские ракеты «Эридан» с советским ускорителем электронов и на высотах 150–200 км в околоземное пространство инжектировалась струя электронов.

На ракетах был установлен комплекс приборов для детектирования заряженных частиц и волн, которые регистрировались также и наземными приборами. Пуск первой ракеты был произведен в направлении на север, вдоль магнитного меридиана. При этом изучались процессы, связанные с искусственным полярным сиянием, а также результаты взаимодействия волн и частиц. Во время пуска второй ракеты, который был осуществлен на геомагнитный восток, изучался азимутальный дрейф электронов и электрическое поле Земли.

В подготовке и осуществлении эксперимента «Аракс» участвовали многие научно-технические коллективы СССР и Франции. Были организованы наземные станции наблюдения в Архангельской области и на о. Кергелен. Получены весьма ценные данные о процессах, связанных с движением электронов в электрическом и магнитном полях и в плазме околоземного пространства.

Исследование Луны, планет, межпланетного пространства. Исследование Луны. В первом советско-французском эксперименте по изучению Луны использовался лазерный метод наблюдений. При этом решалась задача лазерной локации Луны с целью привязки удаленных пунктов Земли, определения движения полюсов, дрейфа континентов. Однако для осуществления столь обширной программы необходимо было проводить измерения расстояний до Луны во многих точках земного шара, что подразумевает сотрудничество ученых разных стран. Поэтому не удивительно, что уже через год после подписания межправительственного соглашения по космосу ученые Франции и СССР выдвинули предложение осуществить совместную работу по лазерной локации естественного спутника нашей планеты.

После тщательного рассмотрения специалистами обеих стран предложение было принято. Причем оговаривалось, что доставку лазерного отражателя на Луну и его установку там осуществляет советская сторона, а французские ученые обеспечивают изготовление прибора — уголкового лазерного отражателя. Он состоит из нескольких специальных призм и обладает свойством возвращать направленный на него луч обратно к источнику, т. е. поворачивать луч на 180°. Каждая призма представляет «утолок», отрезанный от куба. Входной гранью служит плоскость среза, остальные три грани металлизированы. Призмы изготовлены из специального высокооднородного стекла типа «гомосил», углы выдержаны с точностью 0,2", плоскости с точностью 0,07 мкм. Оптические элементы лазерного отражателя изготовлялись с большой точностью, так как малейшие отклонения затрудняют прием отраженного луча.