Станислав Петрунин - Советско-французское сотрудничество в космосе

Использовавшиеся в советско-французских экспериментах спутники «Ореол», предназначенные для ионосферных и магнитосферных исследований, представляют собой одну из модификаций советских спутников серии «Космос». Цилиндрический корпус этого спутника выполнен из алюминиевого сплава и закрыт сверху и снизу полусферическими днищами. Диаметр цилиндрической части ~ 800 мм, ее длина ~ 660 мм. Общая масса спутника около 300 кг, научной аппаратуры — 72 кг. Последняя размещена в верхней полусфере, в нижней же находятся системы энергопитания. Внутренний цилиндрический отсек предназначен для служебной аппаратуры. К цилиндрической части крепятся панели солнечных батарей и антенно-фидерные устройства. Орбиты спутников имеют апогей 2000–2500 км, перигей 400 км, наклонение 74°.

Французские малые автономные спутники «МАС-1 и -2» для технологических исследований выводились на орбиту вместе с советскими спутниками «Молния». Конструкции обоих спутников «MAC» схожи: они представляют собой многогранники, на гранях которых расположены солнечные батареи. Масса спутника «МАС-1» — 15 кг, «МАС-2» — 29,6 кг. Спутники могут ориентироваться на Солнце, стабилизируются вращением (с угловой скоростью вращения не более 1 град/с). Орбиты близки к орбите советских спутников «Молния»: апогей около 40 000 км, перигей около 450 км, наклонение ~ 65°.

Для изучения солнечной активности и ее влияния на межпланетную среду и магнитосферу Земли в Советском Союзе осуществляются запуски автоматических станций «Прогноз», также использующихся в советско-французских экспериментах. Исследования, проводимые на этих станциях, направлены на комплексное определение различных физических параметров межпланетной среды, а также на выяснение взаимодействия солнечной плазмы с магнитным полем Земли. Станции этой серии пересекают зоны радиационных поясов, границы магнитосферы, переходной области, фронт ударной волны.

Находясь в течение 94 % всего времени полета вне радиационных поясов и до 80 % — вне магнитосферы Земли, автоматические станции «Прогноз» позволяют проводить почти непрерывные астрофизические наблюдения и исследования невозмущенной солнечной плазмы. Вывод станций на требуемую орбиту осуществлялся в два этапа: вначале их выводили на промежуточную орбиту: апогеем 500 км и перигеем 240 км, а затем с помощью двигателя разгонного блока переводили на окончательную орбиту: апогеем 200 000 км, перигеем 500 км, наклонением 65° и периодом обращения 97 ч.

Станция «Прогноз» выполнена в виде герметичного контейнера цилиндрической формы диаметром 1500 мм и длиной 1200 мм, сверху и снизу закрытого сферическими днищами. В верхней и нижней частях станции располагаются научная аппаратура, элементы системы ориентации, антенны радиокомплекса. Общая масса станции «Прогноз» составляет 800–900 кг.

Некоторые советско-французские эксперименты осуществлялись на борту советской орбитальной станции: «Салют-6» и с помощью некоторых спутников серии «Космос».

Особую область космических исследований составляет изучение Луны и планет. Советско-французская научная аппаратура устанавливалась на ряде автоматических лунных и межпланетных станций. Так, на самоходных лунных станциях «Луноход» и «Луноход-2» использовались французские лазерные отражатели. На автоматических межпланетных станциях, стартовавших к Марсу («Марс-3, -4, -5, -6 и -7») и к Венере («Венера-9, -10, -11 и -12»), стояли совместно разработанные приборы для изучения состава и свойств межпланетной среды и окрестностей планет.

К середине 1979 г. в рамках советско-французского сотрудничества было осуществлено уже свыше 30 экспериментов с использованием 9 спутников и 11 автоматических лунных и межпланетных станций. Подготовка и осуществление этих экспериментов проводится четырьмя совместными рабочими группами по космической физике, метеорологии, спутниковой связи, космической биологии и медицине. Круг вопросов, решаемых первой из этих групп, значительно шире ее официального названия («космическая физика»), он включает в себя такие дисциплины, как радиоастрономия, внеатмосферная астрономия (в ультрафиолетовом, гамма- и рентгеновском диапазонах), геофизика и космические лучи, исследования Луны, планет и межпланетного пространства, наблюдения искусственных спутников Земли в целях геодезии, эксперименты по отработке космической техники, космическое материаловедение.

Радиоастрономия. Советско-французские космические исследования по радиоастрономии начались 28 мая 1971 г. после успешного запуска автоматической межпланетной станции «Марс-3», на которой наряду с другими приборами была установлена аппаратура советско-французского эксперимента «Стерео-1» по исследованию радиоизлучения Солнца.

Солнечные радиоволны метрового и декаметрового диапазонов свободно проходят через земную атмосферу и относительно легко могут быть зарегистрированы наземными средствами. В связи с этим может показаться, что для их изучения нет необходимости в использовании космических аппаратов. Действительно, наземные наблюдения радиоизлучения Солнца проводятся достаточно широко и довольно детально как в Советском Союзе, так и во Франции, США, Австралии, Японии и других странах. Благодаря этим исследованиям удалось определить энергетический спектр солнечного радиоизлучения, его поляризацию и другие характеристики.

Однако в отличие от таких известных оптических явлений на Солнце, как солнечные пятна или протуберанцы, имеющих достаточно большую продолжительность существования, позволяющую надежно проследить их эволюцию и динамику, солнечные радиовсплески чрезвычайно кратковременны, и поэтому весьма трудно получить данные об изменении их интенсивности и перемещении по диску Солнца. Кроме того, интенсивность этого вида солнечного радиоизлучения различна в зависимости от направления. Существуют, например, направления, где интенсивность такого излучения максимальна. Но именно эта фокусировка излучения не наблюдается с Земли, так как наличие только одной точки наблюдения (с Земли) не позволяет получить пространственную структуру рассматриваемого явления.

С целью избежать этого недостатка наземных наблюдений при проведении эксперимента по программе «Стерео» использовался космический аппарат — автоматическая межпланетная станция «Марс-3». Наличие далеко разнесенных в пространстве двух точек наблюдения (с Земли и с борта станции) позволило получить пространственную (стереоскопическую) картину излучения солнечных радиовсплесков (отсюда и название экспериментов — «Стерео»).

Аппаратура «Стерео-1», установленная на борту автоматической межпланетной станции «Марс-3» (рис. 1), состояла из антенны, предусилителя, приемника, блока памяти и системы сжатия данных. Антенна массой около 600 г, аналогичная телевизионной, была смонтирована на одной из солнечных панелей станции. Принимаемый антенной- сигнал на частоте 169 МГц поступал через предусилитель в приемник. Программа работы автоматической межпланетной станции была составлена таким образом, чтобы аппаратура «Стерео-1» могла функционировать 1 ч в сутки. Одновременно с работой бортовой аппаратуры осуществлялись наземные наблюдения радиоизлучения Солнца на частоте 169 МГц в Нанси (Франция) и в обсерватории Института земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн АН-СССР.

Рис. 1. Советская автоматическая межпланетная станция «Марс-3». Слева, на солнечной панели, видна антенна прибора «Стерео-1».

В связи с тем что информация передавалась на Землю один раз в неделю, научная аппаратура была дополнена блоком памяти французского производства и системой сжатия данных, разработанной советскими учеными. Система сжатия позволила передавать на Землю всю информацию, регистрируемую аппаратурой «Стерео-1», и сыграла существенную роль в конечном успехе эксперимента «Стерео». Так, например, солнечная активность, проявляемая в радиоизлучении на частоте 169 МГц, имеет довольно длительные периоды «спокойствия», и получаемая в это время информация не представляет особого интереса. Использование же системы сжатия позволяло исключать информацию о периодах «спокойствия», и на Землю передавались только данные, касающиеся радиовсплесков.

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.