Космические исследования в Якутии

Якутия в свое время очень плотно сотрудничала с институтами, занимающимися космосом. Так, основатель ИКФИА Юрий Георгиевич Шафер при участии В.Д. Соколова и А.В. Ярыгина в 1955 году начали подготовку к космическим исследованиям. Подробности в материале газеты «Якутия». 

Исследования на ракетах

Первый полет разработанной в ИКФИА аппаратуры состоялся 2 июня 1958 г. на борту геофизической ракеты. Был измерен высотный ход интенсивности ионизирующего излучения от 60-70 км до высоты 210 км.
С 1956 по 1986 гг. аппаратура института была установлена на борту 13 ракет, произведя измерение интенсивности ионизирующего излучения до высоты ~5000 км.
Среди ракетных измерений ионизирующего излучения следует особо отметить эксперимент «Вертикаль» (12 октября 1967 г.). Это была ракета с максимальной высотой подъема 4354 км. Среди научной аппаратуры на борту вертикального зонда была аппаратура лаборатории стратосферных и внеатмосферных исследований ИКФИА. В нее входили ионизационная камера 3К60, управляемая мастер-счетчиком СТС-5, и прибор 4К63, детектором которого был другой счетчик СТС-5, который за пределами плотных слоев атмосферы выдвигался на штанге в сторону от изделия. Полет продолжался 3130 сек. Были получены надежные экспериментальные данные об интенсивности ионизирующего излучения по ионизации и числу частиц.
В процессе полета ракета прошла через отроги внутреннего радиационного пояса и частично вошла во внешний радиационный пояс. На экспериментальных данных хорошо проявилась щель между внутренним и внешним радиационными поясами.
В целом эксперимент «Вертикаль» был высоко оценен. Три сотрудника ИКФИА ЯФ СО АН СССР были награждены медалями ВДНХ (Юрий Шафер, В.Д.Соколов и А.В.Ярыгин).

Исследования на искусственных спутниках Земли

Одновременно с ракетными шла подготовка эксперимента на искусственных спутниках Земли. Первый прибор был в работе на борту ИСЗ «Космос-6» 30 июля 1962 г. Затем пошли «Космос-19» (6 августа 1963 года), «Космос-25» (27 февраля 1964 года), «Метеор», «Радуга» и КА «Интербол-2».
Например, сотрудники лаборатории исследовали радиационные эффекты, связанные с высотным термоядерным взрывом, произведенным США 9 июля 1962 года над островом Джонстона, и термоядерным взрывом в КНР 27 декабря 1968 года.
В результате этих экспериментов было установлено, что продукты взрыва на больших высотах, в области магнитосопряженной с местом взрыва, могут существовать продолжительное время.
Лаборатория космических исследований выполняла ряд прикладных задач в интересах Главного управления космических сил МО СССР, такие как: 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. Для этого на спутниках серии «Космос» и ИСЗ «Метеор 2» есть по два спектрометра – один рядом с ядерной установкой, другой за бортом космического аппарата.
Все эти работы курировал космонавт №2 Герман Степанович Титов, в то время генерал-лейтенант, первый заместитель командующего космическими силами СССР.
Область научных интересов сотрудников лаборатории космических исследований в 1970-80-ые годы была достаточно широкой:
– Исследование распространения потоков заряженных частиц в солнечной короне и межпланетной среде (В.В. Клименко).
– Исследование динамики магнитной турбулентности в крупномасштабных структурах солнечного ветра (И.П. Безродных);
– Исследование динамики потоков высокоэнергичных электронов внешнего радиационного пояса Земли (И.П. Безродных).
В СССР первый геостационарный спутник был запущен в сентябре 1976 г. Это был космический аппарат серии «Радуга», разработанный выдающимся советским конструктором академиком М. Ф. Решетневым. Орбита «Радуги» располагалась в плоскости экватора с радиусом около 6.6 радиусов Земли. Спутник вращался синхронно с Землей, можно сказать, что он все время «висел» над одной и той же точкой планеты. На первых трех спутниках «Радуга» была установлена научная аппаратура 3К-72 для регистрации ионизирующих излучений, разработанная и изготовленная под руководством профессора Ю.Г. Шафера.

Впервые было обнаружено, что всем всплескам потока релятивистских электронов на границе магнитосферы и на орбите геостационарного спутника предшествует увеличение скорости солнечного ветра. Показано, что максимум скорости солнечного ветра опережает возрастание потока электронов на орбите геостационарного спутника в среднем на 2,5 суток. Также было впервые показано, что время запаздывания максимума потока релятивистских электронов на орбите геостационарного спутника относительно максимума потока скорости солнечного ветра, по порядку величины равное времени диффузии электронов с границы магнитосферы, уменьшается с увеличением Кр — индекса геомагнитной активности.
С 1977 года по инициативе Юрия Георгиевича в лаборатории начались работы по созданию спектрометрической аппаратуры. Новые молодые сотрудники интенсивно осваивали полупроводниковые и сцинтилляционные детекторы ядерного излучения. Одновременно разрабатывались цифровые устройства для обработки хранения и передачи информации. Все это привело к созданию новых конкурентоспособных приборов, в основу которых легли собственные изобретения.
Спектрометр 10К-80 был удостоен серебряной медали ВДНХ СССР

Участие ИКФИА в международном проекте «Интербол»

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 КА в полете осуществляет 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 управление комплексом, обработкой и научным анализом информации занимался (как головная организация) Институт космических исследований РАН.
В разработке научной аппаратуры, приеме и обработке научной информации участвовали ученые разных стран: Австрии, Болгарии, Великобритании, Венгрии, Германии, Греции, Италии, Канады, Киргизии, Кубы, Польши, Румынии, Словакии, Украины, Узбекистана, Финляндии, Франции, Чехии, Швеции и Европейское космическое агентство.
Нами было заявлено два эксперимента – один для исследования углового распределения потоков заряженных частиц на КА «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» массой 1250 кг и 1370 кг созданы на основе космического аппарата «Прогноз-М2», обладающего постоянной солнечной ориентацией. Космический аппарат имеет закрутку вокруг оси (угловая скорость 30/с), направленную на Солнце.
С 1980 года В.Е. Тимофеев с группой талантливых инженеров – В.В. Мигалкиным, В.Ю. Комаровым, А.Н. Лиходедом, И.Г. Тихоновым начали разработку спектрометра, отвечающего жестким требованиям, предъявляемым для приборов, устанавливаемых на космические аппараты.

В НИИ «Монокристалл» города Харькова 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, сделанным 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.
Для калибровки прибора из более десятка циклотронов, существующих в СССР, был выбран Киевский 240-сантиметровый изохронный циклотрон, ускоряющий протоны в диапазоне от 30 до 80 МэВ, как единственный, на котором можно было проверить работу телескопа и провести энергетическую калибровку прибора.
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 космического аппарата 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 аппарата.
По измерениям на космическом аппарате «Интербол-2» экспериментально удалось обнаружить события возрастания солнечных космических лучей от вспышек, которые сопровождались выбросами корональной массы, при этом изучение динамика энергетического спектра КЛ привело к выводу о существовании в этих событиях процесса ускорения заряженных частиц на фронте межпланетной ударной волны.
В начале девяностых годов в стране началась вакханалия разрушения промышленности и, в первую очередь, оборонной. С высоких правительственных трибун либерал-демократы спрашивали о том, зачем делать самолеты и другую технику, когда все можно купить. За год до начала нашего эксперимента в крупнейшем международном космическом проекте лаборатория космических исследований была закрыта.

В.Е. Тимофеев,
Заслуженный ветеран СО РАН, Изобретатель СССР, канд. физ.-мат. наук, доцент, старший научный сотрудник Института космофизических исследований и аэрономии им. Ю.Г. Шафера Сибирского отделения Российской Академии наук (ИКФИА СО РАН)