Космические исследования в Якутии

Институт космофизических исследований и аэрономии им. Юрия Георгиевича Шафера, расположенный в Якутске, сыграл не последнюю роль в изучении аэрокосмических процессов. Что именно происходило в стенах института? Об этом сегодня расскажет Владислав Тимофеев, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник лаборатории космических лучей высоких энергий института.

С 1954 года ИКФИА под руководством д.ф.-м.н. проф. Юрия Георгиевича Шафера участвовал в разработке специальных комплексов аппаратур для установки на летательные аппараты. Лаборатория космических исследований выполняла ряд прикладных задач в интересах Главного управления космических сил МО СССР, среди которых: измерение сверхнизких давлений атмосферы на больших высотах; исследование надежности функционирования электронных устройств космических аппаратов, в условиях повышенной радиации естественного и искусственного происхождения. Проводились экспериментальные работы во время испытаний на космических аппаратах ядерных энергетических установок. В рамках выполнения этих программ были разработаны, изготовлены, установлены и в дальнейшем проведены натурные испытания на машинах в разных конструкторских бюро.

С 1956 по 1986 годы аппаратура института была установлена на борту 13 ракет. Среди ракетных измерений ионизирующего излучения следует особо отметить эксперимент «Вертикаль» (12 октября 1967 г.).  Эта была ракета с максимальной высотой подъема 4354 км.

Исследования на искусственных спутниках

Из всех экспериментальных работ на искусственных спутниках Земли расскажу только о трёх, по-моему, самых интересных и показательных.

Первый прибор был установлен на борту ИСЗ «Космос-6», запуск которого был осуществлен 30 июля 1962 года. Он состоял из сферической ионизационной камеры и счётчика Гейгера. Это позволяло одновременно регистрировать не только поток заряженных частиц, но и степень создаваемой ими ионизации.

В это время над США высоте 400 километров над атоллом Джостона в Тихом океане произвело ядерный взрыв. А так как ионизация имеет квадратичную зависимость от заряда частицы, это позволило однозначно определить осколки деления ядерного взрыва от естественной космической радиации. К слову, их воздействие привело к очень быстрой деградации солнечных батарей и электроники у семи спутников, в том числе и у первого коммерческого телекоммуникационного спутника Телстар 1. В общей сложности взрыв вывел из строя треть космических аппаратов, находившихся на орбитах в момент взрыва. Это стало одним из основных аргументов для принятия договора о запрещении испытаний ядерного оружия в атмосфере, космическом пространстве и под водой (также известен как Московский договор), который был подписан 5 августа 1963 года в Москве. Сторонами договора являлись СССР, США и Великобритания. Договор вступил в силу 10 октября 1963 года и был открыт для подписания другими странами с 8 августа 1963 года в Москве, Вашингтоне и Лондоне. Депозитариями Договора являются СССР (Российская Федерация), США и Великобритания. В настоящее время участниками Договора является 131 государство.

***

В СССР первый геостационарный спутник (ГС) был запущен в сентябре 1976 года. Это был космический аппарат серии «Радуга», разработанный выдающимся советским конструктором академиком Михаилом Фёдоровичем Решетневым. Орбита «Радуги» располагалась в плоскости экватора с радиусом около 6.6Rз (где Rз-радиус Земли). Спутник вращался синхронно с Землёй, можно сказать, что он всё время «висел» над одной и той же точкой планеты. На первых трёх спутниках «Радуга» была установлена научная аппаратура 3К-72 для регистрации ионизирующих излучений, разработанная и изготовленная под руководством профессора Ю.Г. Шафера.

Было впервые обнаружено, что всем всплескам потока релятивистских электронов на границе магнитосферы и на орбите геостационарного спутника предшествует увеличение скорости солнечного ветра. Выявлена особая роль рекуррентных высокоскоростных потоков плазмы солнечного ветра в процессе заполнения радиационных поясов Земли высокоэнергичными частицами. Показано, что максимум скорости солнечного ветра опережает возрастание потока электронов на орбите геостационарного спутника, в среднем, на величину около 2,5 суток.

Было экспериментально впервые обнаружено, что время запаздывания максимума потока релятивистских электронов на орбите геостационарного спутника относительно максимума потока скорости солнечного ветра, уменьшается с увеличением Кр — индекса геомагнитной активности. Показано, что время запаздывания по порядку величины равно времени диффузии электронов с границы магнитосферы.

***

Проект “Интербол” разрабатывался в рамках федеральной космической программы, осуществляемой российским космическим агентством. Создание космических аппаратов “Интербол-1” и “Интербол-2”, наземные испытания, адаптацию спутников к ракете-носителю, подготовку к запуску и управление в полете осуществляли НПО им. С.А. Лавочкина.

Субспутники “Магион-4” и “Магион-5” разработаны и изготовлены в Чехии при участии специалистов Австрии, России и Украины. Научным обеспечением проекта «Интербол», включая разработку, изготовление, испытание научной аппаратуры, а также управлением комплексом, обработкой и научным анализом информации занимался Институт космических исследований РАН. В разработке научной аппаратуры, приёме и обработке научной информации участвовали учёные Австрии, Болгарии, Великобритании, Венгрии, Германии, Греции, Италии, Канады, Киргизии, Кубы, Польши, Румынии, Словакии, Украины, Узбекистана, Финляндии, Франции, Чехии, Швеции, а также Европейское космическое агентство.

Нами было заявлено два эксперимента: один для исследования углового распределения потоков заряженных частиц на “Интербол-1”, второй для исследования динамики энергетического спектра космических лучей на КА “Интербол-2”. К сожалению, по результатам жесточайшего конкурса был принят только второй. Спутники “Интербол 1 и 2 “, массами 1250 кг и 1370 кг, созданы на основе космического аппарата “Прогноз-М2”, обладающего постоянной солнечной ориентацией.

С 1980 года мы с группой талантливых инженеров В.В. Мигалкиным, В.Ю. Комаровым, А.Н. Лиходедом, И.Г. Тихоновым начали разработку спектрометра, отвечающего жёстким требованиям, предъявляемым для приборов, устанавливаемых на космических аппаратах. В Харькове, в НИИ «Монокристалл» был разработан и изготовлен с нашим участием сцинтилляционный детектор в форме шарового слоя для широкоугольного спектрометра, в основу которого легло изобретение «Блок детектирования». В Ленинграде в Радиевом институте имени В.Г. Хлопина по нашему техническому заданию изготовлены полупроводниковые детекторы ядерного излучения. Все остальные узлы сложного даже в технологическом отношении прибора изготавливались в стенах ИКФИА по чертежам, разработанным в конструкторском бюро Института. В середине 1982 года был изготовлен опытный образец прибора 10К-80, и началось его тестирование в испытательном зале Института. Разработчики спектрометра 10К-80 были награждены медалями ВДНХ СССР.

С 1984 года начались контрольно-доводочные испытания на стендах ИКИ, где на всех этапах испытаний присутствовали представители Министерства обороны, которые осуществляли контроль испытаний и давали допуск к следующему циклу работ. Самыми сложными из них оказались испытания на электромагнитную совместимость. Теперь уже наш прибор стал источником электромагнитных помех. Так как на борту предполагалось установить различные приборы для измерения естественных магнитных и электрических полей, то требования к уровню электромагнитного шума прибора были в несколько раз выше, чем для любого космического аппарата.

К сожалению, в 1995 г. Лаборатория космических исследований в ИКФИА за год до начала эксперимента была закрыта. В это время в стране разрушалось все, что касалось обороны страны, в первую очередь, аэрокосмическая отрасль. Так что эксперимент мне пришлось завершать в одиночку, не имея ни одного помощника.

Тем не менее был получен новый экспериментальный материал, который позволил определить, к какому из классов отнести события, зарегистрированные на фазе роста 23-го цикла солнечной активности. Впервые на основе данных прямых наблюдений показано, что в присутствие бегущей межпланетной ударной волны, сформированной   выбросом корональной массы Солнца, первоначально очень жёсткий энергетический спектр монотонно смягчается. Указанное явление хорошо согласуется с ранее сделанными в ИКФИА теоретическими предсказаниями. Впервые экспериментально установлено, что инвариантный спектр энергичных солнечных частиц в области магнитного облака наблюдается вплоть до 300 МэВ.