В соответствии с программой освоения космического пространства и дальнейшего совершенствования космических кораблей в Советском Союзе проводится разработка космических аппаратов, позволяющих осуществлять в ходе орбитальных полетов широкое маневрирование во всех направлениях.

Проводимые работы позволят решить задачу управления в полете космическими кораблями, направляя их в требуемые районы для получения научной информации, связанной с исследованием космического пространства.

В целях выполнения указанной программы 1 ноября 1963 года в Советском Союзе произведен запуск управляемого маневрирующего космического аппарата «Полет-1», оборудованного специальной аппаратурой и системой двигательных установок, обеспечивающих его стабилизацию и проведение широкого маневрирования в околоземном космическом пространстве.

На борту космического аппарата установлена научная аппаратура, радиотелеметрическая система и передатчик, работающий на частоте 19,945 мегагерц.

Космический аппарат вышел на исходную орбиту с максимальным расстоянием от поверхности Земли (в апогее) 592 километра и с минимальным расстоянием (в перигее) 339 километров.

В полном соответствии с установленной программой произведены многократные включения двигателей для стабилизации и последовательного осуществления пространственных маневров космического аппарата.

Космический аппарат «Полет-1» совершил значительные боковые маневры, меняя плоскость орбиты, а также маневры по высоте и перешел на конечную орбиту с углом наклонения к плоскости экватора 58 градусов 55 минут, с высотой в апогее 1437 километров и в перигее 343 километра.

Начальный период обращения космического аппарата на этой орбите составляет 102,5 минуты.

Бортовая аппаратура, установленная на космическом аппарате, работает нормально.

Наблюдение за космическим аппаратом «Полет-1» и прием телеметрических данных производятся наземными командно-измерительными пунктами, расположенными на территории Советского Союза.

Радиотелеметрическая аппаратура обеспечивает передачу необходимой научной информации, связанной с исследованием космического пространства.

Таким образом, впервые осуществлено многократное широкое маневрирование космического аппарата в условиях космоса.

В результате осуществления намеченной программы испытаний в Советском Союзе сделан важный шаг, необходимый для дальнейшего изучения и освоения космического пространства.

В соответствии с программой освоения космического пространства в Советском Союзе 12 апреля 1964 года произведен очередной запуск управляемого маневрирующего аппарата «Полет-2». Запуск космического аппарата «Полет-2» произведен в целях дальнейшего совершенствования космических аппаратов, позволяющих осуществлять широкое маневрирование во всех направлениях, и отработки вопросов, связанных с решением задачи сближения и встречи объектов в космосе.

Для осуществления маневров в космосе и стабилизации полета космический аппарат «Полет-2» оборудован специальной аппаратурой управления и системой двигательных установок.

На борту космического аппарата установлена научная аппаратура, радиотелеметрическая система и передатчик, работающий на частоте 19,895 мегагерц.

После отделения от ракеты-носителя и баллистического полета космический аппарат «Полет-2» с помощью специальной двигательной установки был выведен на исходную орбиту и в соответствии с установленной программой осуществил многократные маневры в различных направлениях. В результате выполнения одного из маневров, произведенного в районе экватора, космический аппарат значительно изменил угол наклонения плоскости орбиты.

После выполнения всей программы маневрирования конечная орбита космического аппарата «Полет-2» имеет следующие параметры:

– угол наклонения к плоскости экватора 58,06 градуса;

– высота в апогее 500 километров и в перигее 310 километров;

– начальный период обращения космического аппарата на этой орбите 92,4 минуты.

В процессе полета космического аппарата осуществлялись многократные развороты аппарата и ориентация его по заданной программе. Для непрерывной стабилизации и проведения маневров космического аппарата было произведено большое число включений ракетных двигателей стабилизации и маневрирования.

Бортовая аппаратура, установленная на космическом аппарате, работает нормально.

Радиотелеметрическая аппаратура обеспечивает передачу необходимой научной информации, связанной с исследованием космического пространства.

Наблюдение за космическим аппаратом «Полет-2» и прием телеметрических данных производятся наземными командно-измерительными пунктами, расположенными на территории Советского Союза.

Запуском космического аппарата «Полет-2» в Советском Союзе сделан еще один важный шаг в совершенствовании маневрирующих космических аппаратов и в освоении космического пространства.

В соответствии с программой исследования верхних слоев атмосферы и космического пространства 30 января 1964 года в Советском Союзе осуществлен успешный запуск космической системы, состоящей из двух научных станций (спутников Земли) «Электрон-1» и «Электрон-2», выведенных на существенно различные орбиты одной мощной ракетой-носителем.

Отделение космической станции «Электрон-1» от ракеты-носителя произведено на активном участке полета при работающем двигателе последней ступени.

После отделения космической станции «Электрон-1» последняя ступень ракеты-носителя продолжала свой полет по заданной траектории и, набрав необходимую скорость, вывела на заданную орбиту космическую станцию «Электрон-2».

По предварительным данным, космические станции выведены на орбиты, близкие к расчетным со следующими параметрами:

«Электрон-1» – высота в перигее – 406 километров, высота в апогее – 7100 километров.

«Электрон-2» – высота в перигее – 460 километров, высота в апогее – 68 200 километров.

Период обращения станций составляет соответственно 2 часа 49 минут и 22 часа 40 минут.

Угол наклона плоскости орбит космических станций к плоскости экватора составляет 61 градус.

На борту космических станций установлены научная аппаратура, радиотелеметрические системы и радиопередатчики «Сигнал» и «Маяк», работающие на частотах: 19,943; 19,954; 20,005; 30,0075; 90,225 мегагерц.

Основной задачей запуска космических станций «Электрон-1» и «Электрон-2» является одновременное изучение внутреннего и внешнего радиационных поясов Земли и связанных с ними физических явлений.

Изучение радиационных поясов Земли с помощью космических станций позволит получить ценные научные данные о природе, пространственном расположении и энергетическом спектре заряженных частиц.

Одновременно будет проводиться изучение различных излучений, приходящих из глубины космического пространства, и физических условий в верхних слоях атмосферы.

Наблюдение за космическими станциями «Электрон-1» и «Электрон-2» и прием телеметрических данных производятся наземными пунктами командно-измерительного комплекса, расположенными на территории Советского Союза. Управление работой бортовой аппаратуры осуществляется от программно-временных устройств, установленных на борту станций, и по командам с Земли.

Радиотелеметрическая информация, принятая с космических станций «Электрон-1» и «Электрон-2», свидетельствует о нормальном функционировании всех систем.

Координационно-вычислительный центр ведет обработку всей поступающей информации.

Опубликование результатов научных исследований, проводимых с помощью космических станций «Электрон-1» и «Электрон-2», будет производиться по мере накопления и обработки радиотелеметрической информации.

Большой интерес во всем мире вызвал новый выдающийся космический эксперимент, предпринятый в Советском Союзе, – запуск научных станций (спутников Земли) «Электрон-1» и «Электрон-2». Этому событию была посвящена пресс-конференция советских и иностранных журналистов, устроенная вчера Академией наук СССР, Министерством иностранных дел СССР и Государственным комитетом Совета Министров СССР по культурным связям с зарубежными странами.

Пресс-конференцию открыл президент Академии наук СССР академик М. В. Келдыш.

Дорогие товарищи, господа!

4 октября 1957 г. советская наука и техника открыли путь в космос. Вышел на орбиту первый в мире искусственный спутник Земли. Начался исторический этап в планомерном исследовании космического пространства. Новой важнейшей вехой на этом пути явились полеты советских лунных космических ракет, принесших науке открытия фундаментального значения – фотографирование обратной стороны Луны и доказательство отсутствия у Луны существенного магнитного поля.

Крупнейшим вкладом советских ученых, конструкторов и инженеров в дальнейшее изучение космоса явилось осуществление первого в мире полета человека в космическое пространство.

Спутники Земли и автоматические межпланетные станции прочно вошли в арсенал технических средств для исследования космического пространства, а также планет солнечной системы. Все это привело к появлению новой науки о космосе – космической физики.

В настоящее время получены важные сведения о структуре верхних слоев атмосферы и зависимости плотности и давления атмосферы от деятельности Солнца, открыта так называемая «ионизированная геокорона», простирающаяся до расстояний 20 000 километров, в межпланетном пространстве впервые экспериментально зарегистрированы потоки корпускул, выбрасываемых Солнцем, получены данные о структуре магнитного поля Земли до расстояний нескольких земных радиусов, построена планетарная карта распределения интенсивности космического излучения на высотах 220 – 300 километров и обнаружена область аномально высокой интенсивности излучений в районе Бразильской магнитной аномалии и многое другое.

Одним из наиболее ярких достижений в изучении околоземного космического пространства является открытие радиационных поясов Земли.

Радиационные пояса Земли оказались очень сложным образованием как по своей природе, так и по своему строению.

До настоящего времени неизвестен механизм их возникновения. Целый комплекс сложных физических процессов, которым они обязаны своим существованием, требует постановки новых опытов. Особенностью этих опытов является проведение одновременных измерений в различных точках околоземного космического пространства.

Такая постановка задачи потребовала создания специальной космической системы, состоящей из нескольких спутников, выводимых на существенно различные орбиты. Космическая система «Электрон» является первой такой системой.

С помощью мощной ракеты-носителя удалось вывести на орбиту с апогеем в 7000 километров научную станцию «Электрон-1» и с апогеем около 70 000 километров научную станцию «Электрон-2».

На этих станциях осуществляются одновременные исследования радиационных поясов Земли и связанных с ними: физических явлений по единой программе. Эта программа предусматривает исследование частиц малых и больших энергий, входящих в радиационные пояса Земли, магнитных полей Земли и радиационных поясов, космических лучей, химического состава околоземного космического пространства, коротковолнового излучения Солнца и радиоизлучения галактик, микрометеоритов. Проведение указанных исследований в период Международного года спокойного Солнца, который начался 1 января 1964 года, придает этим опытам еще большее значение.

Полученные результаты будут широко публиковаться в научной печати и явятся вкладом советских ученых в осуществление программы Международного года спокойного Солнца.

Настоящая пресс-конференция имеет своей целью ознакомление мировой общественности с научными задачами системы космических станций «Электрон-1» и «Электрон-2».

Разрешите представить ученых, которые расскажут об этих задачах: член-корреспондент АН СССР С. Н. Вернов, доктор технических наук К. И. Грингауз и доктор физико-математических наук Ю. Д. Калинин.

Первые полеты спутников привели к открытию нового, не известного до тех пор науке явления природы – радиационных поясов Земли.

Удалось выяснить, что околоземное космическое пространство имеет сложную структуру. В нем существуют две зоны, наполненные интенсивными потоками заряженных частиц. Эти зоны получили названия радиационных поясов Земли. На больших расстояниях от Земли (в 10 раз превосходящих размер нашей планеты) существует открытый при полете третьего советского спутника внешний радиационный пояс Земли. Даже сейчас (т. е. более чем через пять лет после его открытия) внешний радиационный пояс представляет собой загадку.

Помимо внешнего радиационного пояса Земли, существует внутренний радиационный пояс, открытый при полетах американских спутников.

Сразу же после открытия внутреннего радиационного пояса в СССР, а затем и в США была выдвинута гипотеза о механизме возникновения внутреннего пояса. Эта гипотеза хорошо объясняет экспериментальные факты о природе и энергетическом спектре частиц во внутреннем радиационном поясе.

Совсем иная картина наблюдается при изучении внешнего радиационного пояса. Можно считать установленным, что механизм возникновения внутреннего пояса не может дать объяснения существованию внешнего пояса. Это было показано в 1960 году при полете советских космических кораблей. По-видимому, вблизи Земли на расстояниях в тысячи и десятки тысяч километров работает своеобразный «космический ускоритель» частиц.

Для объяснения природы «космического ускорителя» необходимо одновременное исследование многих физических явлений в космосе вблизи Земли. Это требует создания космической системы, состоящей из ряда спутников, проводящих одновременные измерения в различных точках прилегающего к Земле космического пространства.

Запуск научных станций-спутников «Электрон-1» и «Электрон-2» есть начало создания такой системы. Уже проведенные до настоящего времени исследования показали, что при попадании Земли в корпускулярные потоки, изверженные из Солнца, т. е. при появлении па Земле магнитных бурь и полярных сияний, происходят сильные изменения во внешнем радиационном поясе Земли. Это означает, что именно в это время начинает работать «околоземной космический ускоритель».

Основная задача, которая должна решаться при полетах «Электрона-1» и «Электрона-2», – это изучение внутреннего и внешнего радиационных поясов Земли и связанных с ними физических явлений.

На борту обоих спутников установлена идентичная аппаратура для измерения электронов и протонов, обладающих различными энергиями. Эти измерения должны позволить определить одновременно в двух точках околоземного космического пространства состав излучения в радиационных поясах. С помощью «Электрона-1» изучаются внутренний радиационный пояс Земли и наиболее близкие к Земле «отроги» внешнего радиационного пояса, в то же время научная станция-спутник «Электрон-2» прорезает внешний радиационный пояс и уходит за его пределы в межпланетное пространство, где должны отсутствовать частицы радиационных поясов и основным видом излучения являются космические лучи.

Наличие идентичной аппаратуры на обоих спутниках позволяет нарисовать картину пространственного расположения радиационных поясов и связать измерения, выполненные различными спутниками на разных расстояниях от Земли.

Широкий набор различных приборов позволяет детально изучать состав излучений, определять природу и энергетический спектр частиц, входящих в состав радиационных поясов.

Со спутников «Электрон-1» и «Электрон-2» поступает разнообразная и богатая информация. Полученные в настоящее время данные показывают, что научная аппаратура работает нормально.

Московский договор о запрещении проведения ядерных испытаний в космосе обеспечивает возможность изучения радиационных поясов без помех от ядерных взрывов в космическом пространстве.

Я хочу привлечь ваше внимание к области, расположенной непосредственно за радиационными поясами, имеющей, безусловно, большое геофизическое значение, но изученной значительно меньше, чем радиационные пояса. Речь идет о зоне существования интенсивных потоков электронов сравнительно малых энергий, так называемом самом внешнем поясе заряженных частиц.

Результаты измерений токов, зарегистрированных в ловушках заряженных частиц на первых советских лунных ракетах 1959 года, показали, что после выхода ракет из внешнего радиационного пояса ловушки начинали регистрировать потоки электронов с энергиями от 200 эв до 10 – 20 кэв, превышавшие по величине потоки электронов во внешнем поясе не менее чем в 10 раз.

В дальнейшем исследования зоны, о которой идет речь, были продолжены при помощи спутников и космических ракет как в СССР, так и в США. Магнитные измерения показали, что магнитное поле в области самого внешнего пояса заряженных частиц непрерывно меняется как по величине, так и по направлению. Это свидетельствовало о том, что электроны в этой зоне не захвачены магнитным полем Земли, так как магнитная ловушка для заряженных частиц существовать здесь не может. По-видимому, потоки электронов самого внешнего пояса способны весьма сильно воздействовать на верхнюю атмосферу, попадая в нее на высоких широтах.

Является ли самый внешний пояс заряженных частиц полностью замкнутым, т. е. существует ли он в направлении, противоположном направлению Земля – Солнце? Такой вопрос, естественно, возникает, если исходить из предположения о происхождении самого внешнего пояса из потоков солнечной плазмы.

Хотя совокупность проведенных до настоящего времени опытов еще не позволяет окончательно ответить на этот вопрос, она все же дает основание предполагать, что этот пояс полностью замкнут. В пользу такого предположения свидетельствуют, в частности, результаты измерений на станции «Марс-1».

Измерения, проведенные на станции «Электрон-2», должны существенно дополнить имеющиеся в настоящее время сведения о самом внешнем поясе заряженных частиц.

Среди научной аппаратуры, установленной на космической станции «Электрон-2», имеются два магнитометра, с помощью которых производится исследование магнитного поля Земли и внешнего радиационного пояса. Магнитометры, установленные на станции «Электрон-2», по своим техническим возможностям и устройству подобны использованным ранее на первой и второй советских космических ракетах, по позволяют измерять магнитные поля с большей, чем прежде, точностью.

Станция «Электрон-2» предназначена специально для изучения внешнего радиационного пояса и рассчитана на длительную работу.

Мы надеемся получить материал для выяснения вопроса, что же происходит с внешней радиационной зоной во время геомагнитных бурь. До последнего времени ученые считали, что геомагнитная буря – это период, когда на Землю с ее магнитным полем налетает поток солнечных корпускул – электронов и ионов.

Станция «Электрон-2» позволит выяснить поведение границы магнитосферы во времени, в частности выяснить, становится ли эта граница ближе к Земле во время бурь, как это предполагают, или нет, каков размах ее колебаний в пространстве.

Надо остановиться еще на одном вопросе. Согласно заключенному соглашению между Академией наук СССР и Национальным управлением по аэронавтике и исследованию космического пространства США о мирном исследовании космического пространства предусмотрено проведение в 1965 году мировой магнитной съемки с помощью спутников Земли. Наблюдения на станции «Электрон-2» являются первым опытом изучения изменений магнитного поля внешней радиационной зоны с целью учета закономерностей этих изменений во время будущей мировой магнитной съемки.

В настоящее время получаемые данные обрабатываются, и результаты будут изложены в научных статьях.

Уже больше месяца прошло с тех пор, как в околоземное космическое пространство были запущены научные станции «Электрон-1» и «Электрон-2». Основной задачей запуска этих станций является одновременное изучение радиационных поясов Земли.

Сегодня мы публикуем статью ученых о значении и устройстве космической системы «Электрон».

Советская наука и техника открыли путь в космос. Уже первые полеты спутников дали много полезных сведений о космическом пространстве, привели к открытию нового, неизвестного до тех пор науке явления природы – радиационных поясов Земли.

Дальнейшее освоение космического пространства для практических нужд человечества, таких, как осуществление сверхдальней радиосвязи и надежного, своевременного прогноза погоды, создание внеземных космических лабораторий, требует детального изучения свойств космического пространства. Запуски спутников связи, оборудованных сложной аппаратурой для проведения ретрансляции телевизионных сигналов, метеорологических спутников с автоматическими приборами для проведения метеорологических исследований требуют обеспечения длительного действия бортовых приборов в условиях космического полета.

30 января 1964 года в Советском Союзе осуществлен успешный запуск космической системы, состоящей из двух научных станций – «Электрон-1» и «Электрон-2», выведенных на существенно различные орбиты с помощью одной мощной ракеты-носителя. Создание такой системы открывает новые возможности в исследовании околоземного космического пространства и имеет принципиальное значение для развития космической физики. С помощью научных станций «Электрон-1» и «Электрон-2» осуществляется широкий комплекс измерений, необходимых для более глубокого понимания физических процессов, протекающих в различных областях околоземного космического пространства.

Одной из основных задач спутников «Электрон-1» и «Электрон-2» является изучение внутреннего и внешнего радиационных поясов Земли. Потоки заряженных частиц в радиационных поясах весьма велики. Эти частицы бомбардируют каждое тело, появившееся в радиационных поясах. Энергия многих частиц радиационных поясов столь велика, что они могут проникать внутрь космических кораблей.

Радиационное облучение не только опасно для здоровья космонавтов, совершающих длительные путешествия в радиационных поясах, но и приводит к изменению свойств различных материалов, используемых на космических объектах. В настоящее время установлено, что кремниевые солнечные батареи, используемые на спутниках и космических ракетах, в процессе облучения частицами радиационных поясов Земли уменьшают количество вырабатываемой электрической энергии. При очень сильных облучениях солнечные батареи могут вообще быть выведены из строя, что и произошло с некоторыми американскими спутниками после резкого увеличения интенсивности излучения радиационных поясов в результате ядерного взрыва, проведенного США 9 июля 1962 года на большой высоте.

Известно также, что некоторые прозрачные материалы под действием облучения теряют свою прозрачность, мутнеют, что особенно неприятно в оптических системах. Многие органические материалы, нанесенные в виде тонких пленок для придания поверхностям различных свойств, например, для просветления оптики, под действием облучения разрушаются.

Изучением поведения различных материалов в космическом пространстве занимается недавно зародившаяся наука – космическое материаловедение.

Для определения надежности того или иного материала в космическом полете необходимо знать дозу радиации, которую может получить данный образец материала. Для прогнозирования дозы радиации ученые должны знать не только состояние радиационных поясов сегодня, но и уметь предсказывать их состояние на завтра. Для этого необходимо знать законы, управляющие радиационными поясами, понимать природу их возникновения и поддержания.

В настоящее время дано удовлетворительное объяснение природы внутреннего радиационного пояса Земли, открытого американскими учеными на спутнике «Эксплорер-1». Под действием космических лучей происходит разрушение ядер атомов, входящих в состав атмосферы Земли. При разрушении атомных ядер их составные части – нейтроны – разлетаются во все стороны и некоторые из них вылетают из атмосферы. Время жизни нейтронов всего 12 минут. При распаде нейтрона возникают заряженные частицы – протон и электрон. Если нейтрон распался вблизи Земли, то протон и электрон захватываются магнитным полем Земли и начинают двигаться по спиральным траекториям, путешествуя из северного полушария в южное и обратно вдоль магнитных силовых линий. До своей гибели частица успевает совершить сотни миллионов «путешествий» из одного полушария в другое. Каждое такое путешествие длится менее одной секунды. Это обстоятельство говорит о том, что магнитное поле Земли создаст «ловушку» для заряженных частиц. В этой ловушке может накопиться много частиц, так как на больших высотах над Землей плотность вещества весьма мала и двигающиеся там частицы очень медленно теряют свою энергию. Эта гипотеза хорошо объясняет экспериментальные данные о составе и энергетическом спектре частиц во внутреннем радиационном поясе. Более того, из сопоставления теории с опытом можно получить сведения о плотности атмосферы на высотах более одной тысячи километров.

Совсем иная картина наблюдается во внешнем радиационном поясе, открытом советскими учеными при полете третьего искусственного спутника. Можно считать установленным, что рассмотренный выше механизм возникновения внутреннего пояса не может дать объяснения существованию внешнего пояса. Поэтому даже сейчас внешний радиационный пояс представляет собой загадку. По-видимому, вблизи Земли на расстояниях в тысячи и десятки тысяч километров работает своеобразный «космический ускоритель» частиц. На основании полученных в результате полетов спутников данных мы знаем, какие частицы в основном разгоняются в этом «ускорителе». Однако, как устроен этот «ускоритель», мы не знаем.

Когда Земля попадает в корпускулярные потоки, извергаемые из Солнца, наблюдаются магнитные бури и полярные сияния. В это же время происходят наиболее сильные изменения во внешнем радиационном поясе. Это означает, что в это время работает «околоземной космический ускоритель».

Вот почему для решения загадки околоземного космического пространства в нем необходимо одновременно исследовать различные физические явления. Это требует создания космической системы, состоящей из ряда спутников, проводящих одновременные измерения в различных областях радиационных поясов. Запуск спутников «Электрон-1» и «Электрон-2» является первым шагом в этом направлении.

Объяснение природы «околоземного космического ускорителя» позволит решить важнейшие научные проблемы. Уже сейчас известно, что существуют «космические ускорители» несравненно большего масштаба. На Солнце во время так называемых вспышек действует «космический ускоритель», сила которого в тысячу раз превосходит силу «околоземного ускорителя». Этот солнечный ускоритель вырабатывает частицы с энергией до 10 миллиардов электронвольт. В миллиард раз больший по своим размерам «ускоритель», создающий частицы с энергией до миллиона миллиардов электронвольт, расположен в недрах нашей Галактики. Наконец, за пределами нашей Галактики существуют «ускорители», порождающие частицы еще больших энергий.

Чтобы понять цепочку этих увлекательных проблем создания частиц высоких энергий, входящих в состав космических лучей, необходимо начать с наиболее доступной нам области околоземного космического пространства.

Выбор орбит космических станций «Электрон-1» и «Электрон-2» производился, исходя из необходимости одновременного исследования верхних слоев атмосферы, радиационных поясов Земли и околоземного космического пространства.

При этом учитывался также ряд других факторов – условия радиосвязи во время сеансов передачи информации с борта станций на наземные пункты, длительность существования станций на орбите, освещенность станций Солнцем.

В результате рассмотрения ряда возможных вариантов для космической системы «Электрон» были выбраны две эллиптические орбиты с большим эксцентриситетом. Такие орбиты обеспечивают проведение научных исследований во всем интересующем диапазоне высот – от верхних слоев атмосферы до космического пространства за пределами радиационных поясов. Первая орбита лежит в наиболее интересных областях внутреннего радиационного пояса, частично пересекает внешний пояс и захватывает область пространства с нерегулярным магнитным полем, где формируются неустойчивые потоки частиц, вызывающих полярные сияния. Вторая орбита частично проходит во внутреннем поясе, наиболее интересных областях внешнего радиационного пояса и пересекает лежащую за внешним поясом область с нестационарными потоками электронов малых энергий, получившую в литературе название самого внешнего пояса заряженных частиц. Высота в апогее для первой орбиты была принята 7000 километров, что примерно соответствует внешней границе внутреннего радиационного пояса, а высота в апогее для второй орбиты выбиралась в пределах 65 000 – 70 000 километров. Высота в перигее для обеих орбит была установлена в диапазоне 400 – 460 километров.

Существенно, что фокальные оси орбит космических станций (т. е. линии, соединяющие перигей с апогеем) выбраны различного направления. Для низкой орбиты расположение фокальной оси отвечает условию наиболее благоприятного положения относительно внутреннего радиационного пояса. Для высокой орбиты положение фокальной оси в плоскости орбиты выбрано таким образом, чтобы получить возможно большее различие высот на одинаковых географических широтах при полете на восходящем и нисходящем витке орбиты, что важно с точки зрения научных измерений при исследовании внешнего радиационного пояса. Наклонение обеих орбит составляет около 61 градуса к плоскости экватора. Величина наклонения сильно влияет на изменение параметров орбиты под действием возмущений Луны и Солнца, а также из-за сплюснутости Земли. При выбранном наклонении перигеи орбит с течением времени будут перемещаться на север и, что особенно важно, орбита космической станции «Электрон-1» при таком перемещении фокальной оси в течение года пройдет по всей толще внутреннего радиационного пояса.

Схема орбит космической системы «Электрон» показана на рис. 14. Расположение перигеев орбит в северном полушарии обеспечивает наиболее благоприятные условия для проведения сеансов радиосвязи космических станций с наземными приемными пунктами.

Рис. 14. Схема орбит спутников «Электрон-1» и «Электрон-2» 1 – орбита станции «Электрон-2»; 2 – внутренний радиационный пояс; 3 – орбита станции «Электрон-1»; 4 – внешний радиационный пояс; 5 – пояс заряженных частиц малых энергий

Вместе с тем при нахождении станций в области перигея орбит объем научной информации является максимальным, поскольку в этой области наряду с исследованием радиационных поясов проводятся измерения, связанные с изучением верхней атмосферы.

Известно, что спутники Земли, движущиеся по низким орбитам, имеют ограниченное время существования в связи с торможением их в верхних слоях атмосферы. По мере увеличения высоты орбиты время существования спутника возрастает, поскольку тормозящее влияние атмосферы уменьшается. Для высот в перигее, соответствующих орбитам системы «Электрон», с тормозящим действием атмосферы практически можно не считаться. Однако при увеличении высоты в апогее орбиты до нескольких десятков тысяч километров на движение спутника начинают заметно влиять новые факторы – воздействие сил притяжения Луны и Солнца. Проведенные расчеты показали, что при неблагоприятном сочетании этих сил время существования спутника на орбите с высотой в апогее 65 000 – 70 000 километров может составить несколько суток.

В связи с этим были проведены детальные исследования движения спутников на орбитах с высоким апогеем и определены моменты пуска, при которых обеспечивалось достаточно большое время существования космической станции «Электрон-2» на выбранной для нее сильно вытянутой орбите.

Наиболее целесообразным способом создания космической системы на указанных выше орбитах являлось одновременное выведение двух космических станций одной ракетой-носителем.

Наличие в Советском Союзе мощных космических ракет позволяло решить задачу именно таким образом. Однако практически выведение двух спутников на существенно различные орбиты с помощью одного носителя представляет значительные технические трудности. Для выведения космических станций «Электрон-1» и «Электрон-2» на заданные орбиты было необходимо осуществить отделение первой из них на активном участке полета последней ступени носителя во время работы ее двигателя. Отделение станции «Электрон-1» должно было быть осуществлено таким образом, чтобы не создать возмущающих моментов, влияющих на работу системы управления последней ступени и на точность выведения станции «Электрон-2». При отделении станции «Электрон-1» она не должна была попасть в зону действия реактивной струи двигателя последней ступени.

Обе эти трудности были преодолены за счет применения специальной реактивной системы, обеспечивающей отделение станции «Электрон-1» от последней ступени ракеты-носителя со строго заданной скоростью. Отделение происходило практически без всяких возмущающих воздействий на дальнейшее движение последней ступени. Наряду с этим конструкция станции «Электрон-1» была разработана таким образом, чтобы в период отделения станция была бы наиболее компактна и не имела больших выступающих частей.

«Электрон-1» и «Электрон-2» являются автоматическими станциями-спутниками, разработанными для комплексного Изучения околоземного космического пространства.

На рис. 15 и 16 показан внешний вид станций-спутников «Электрон-1» и «Электрон-2».

Рис. 15. Космическая станция «Электрон-1»: 1 – герметический корпус; 2 – жалюзи системы терморегулирования; 3 – солнечные батареи; 4 – антенны; 5 – детектор микрометеоритов; 6 – прибор для регистрации корпускулярного излучения; 7 – масс-спектрометр; 8 – детектор протонов; 9 – прибор для изучения энергетического спектра электронов радиационных поясов

Снаружи станций размещены солнечные батареи, антенные системы, часть приборов для научных исследований и датчики солнечной ориентации. На цилиндрической части корпуса расположены вращающиеся жалюзи системы терморегулирования. Особенностью станции «Электрон-1» являются складные антенны и панели солнечных батарей, открываемые после отделения станции от ракеты-носителя по команде от программно-временного устройства. Это связано с обеспечением отделения станции на активном участке полета. На станции «Электрон-2» панели солнечных батарей закреплены жестко.

В соответствии с широкой программой изучения околоземного пространства на станциях «Электрон» установлена разнообразная научная аппаратура, которая производит измерения во многих точках орбиты. Результаты записываются в бортовых запоминающих устройствах. Б запоминающем устройстве накапливаются научная информация и данные о работе бортовых систем за один или несколько витков по орбите (в зависимости от выбранного режима работы запоминающих устройств).

Рис. 16. Космическая станция «Электрон-2» 1 – герметический корпус станции; 2 – жалюзи системы терморегулирования; 3 – солнечные батареи; 4 – антенны; 5 – магнитометр; 6 – датчики солнечной ориентации; 7 – сферический анализатор для изучения энергетического спектра частиц малой энергии; 8 – прибор для изучения химического состава космических лучей; 9 – прибор для изучения энергетического спектра электронов радиационных поясов; 10 – масс-спектрометр; 11 – прибор для исследования рентгеновского излучения Солнца; 12 – детектор протонов малых энергий; 13 – ловушки заряженных частиц

Во время сеансов связи, наряду с передачей запомненной информации, осуществляется непосредственная телеметрическая передача большого числа параметров, регистрируемых научной аппаратурой, а также передаются данные о работе всех бортовых систем станции. Управление работой бортовой аппаратуры осуществляется двумя способами – автономно и с помощью команд, передаваемых на борт станций по специальной командной радиолинии с наземных пунктов.

Угловое положение станций «Электрон» в пространстве определяется с помощью датчиков солнечной ориентации, показания которых регистрируются в запоминающих устройствах одновременно с результатами измерений научной аппаратуры.

Управление полетом космической системы «Электрон» – измерение параметров орбит станций-спутников, прием и регистрация телеметрической и научной информации, выдача команд на включение и выключение бортовой аппаратуры осуществляются наземным командно-измерительным комплексом.

Проведенные сеансы связи подтвердили, что космическая система «Электрон» надежно управляется по командам с Земли.

Остановимся теперь более подробно на основных задачах, которые должны решаться при полетах «Электрона-1» и «Электрона-2». Как уже говорилось выше, основной задачей космической системы «Электрон» является изучение внутреннего и внешнего радиационных поясов Земли и связанных с ними физических явлений. Для этих целей на борту обоих спутников установлена идентичная аппаратура для измерения электронов и протонов, обладающих различными энергиями. Эти измерения должны позволить определить состав излучений в радиационных поясах одновременно в двух точках околоземного космического пространства.

Научная станция «Электрон-1» совершает полет вокруг Земли на сравнительно небольших высотах (ниже 7000 километров). С ее помощью изучаются внутренний радиационный пояс Земли и наиболее близкие к Земле «отроги» внешнего радиационного пояса. В то же время научная станция «Электрон-2» прорезает внешний радиационный пояс и уходит за его пределы в межпланетное пространство, где должны отсутствовать частицы радиационных поясов и основным видом излучения являются космические лучи.

Наличие идентичной аппаратуры на обоих спутниках позволяет нарисовать картину пространственного расположения радиационных поясов и связать измерения, выполненные различными спутниками на разных расстояниях от Земли. Часть аппаратуры расположена внутри герметического контейнера. Эти приборы регистрируют частицы достаточно высоких энергий, а именно – электроны с энергией больше 2 миллионов электронвольт, протоны с энергией больше 30 миллионов электронвольт и фотоны с энергией больше 50 килоэлектронвольт.

Частицы меньших энергий не могут проникать внутрь герметического контейнера. Для регистрации таких частиц установлены приборы на его наружной поверхности. Детекторы излучений закрыты тончайшими слоями вещества. Толщина их составляет несколько тысячных долей миллиметра. В такие детекторы проникают электроны с энергией больше 30 килоэлектронвольт и протоны с энергией больше миллиона электрон-вольт.

Для регистрации частиц еще меньших энергий на спутнике «Электрон-2» используется так называемый сферический анализатор. На пути поступающих в этот анализатор частиц нет совсем никаких преград. Отклоняясь в электростатическом поле, частицы двигаются по кругу. В полете электрическое напряжение, приложенное к сферическому анализатору, автоматически переключается. Тем самым улавливаются протоны и электроны различных энергий, начиная со 100 электронвольт.

Частицы малых энергий измеряются также «ловушкой» заряженных частиц, подобной тем, с помощью которых при полете советских космических ракет были открыты ионизированная «геокорона» Земли и самый внешний пояс заряженных частиц, лежащий за внешним радиационным поясом и состоящий из электронов сравнительно малых энергий. Многократные измерения в «геокороне» и самом внешнем поясе при помощи детекторов частиц малых энергий должны значительно увеличить объем сведений об этих областях околоземного пространства.

На борту станции «Электрон-1» установлен радиопередатчик «Маяк», излучающий когерентные радиоволны. Наблюдая эти радиоволны с помощью станций, расположенных на поверхности Земли, можно проследить за распространением радиоволн и определить концентрацию электронов на больших высотах.

На спутнике «Электрон-1» частицы малых энергий регистрируются специальным счетчиком в комбинации с ускорительной трубкой. Для предохранения катода фотоумножителя от света кристалл счетчика обязательно надо закрывать каким-либо непрозрачным материалом. Как бы ни была тонка закрывающая кристалл фольга, она все равно препятствует попаданию в кристалл электронов с энергией, меньшей 10 килоэлектронвольт. Установленная перед кристаллом ускорительная трубка восполняет этот пробел, сообщая медленным электронам дополнительную скорость, доводя их энергию до 10 килоэлектронвольт. Таким образом, установленный на спутнике «Электрон-1» прибор позволяет регистрировать электроны от самых малых энергий (примерно 100 электронвольт) до нескольких десятков тысяч электронвольт. Эти сведения должны дополнить данные, получаемые с помощью указанных выше приборов, установленных на борту спутников. Таким образом, широкий набор различных "приборов позволяет детально изучать состав излучений, определять природу и энергетический спектр частиц, входящих в состав радиационных поясов.

Движение частиц радиационных поясов определяется магнитным полем Земли. Поэтому сведения о радиационных поясах должны быть дополнены данными о магнитных полях. Более того, движение частиц радиационных поясов может приводить к возникновению электрического тока, который в свою очередь создает добавочное магнитное поле. Для регистрации магнитных полей на наиболее удаляющемся от Земли спутнике «Электрон-2» установлено два магнитометра, измеряющих величину и направление напряженности магнитного поля. Один магнитометр обладает меньшей чувствительностью, но имеет возможность измерять достаточно интенсивное магнитное поле Земли. Другой магнитометр предназначен для регистрации слабых магнитных полей, существующих во внешнем радиационном поясе и даже на больших расстояниях за его пределами.

Концентрация заряженных частиц различных энергий в радиационных поясах и величина создаваемых этими частицами магнитных полей тесно связаны друг с другом. Одновременное измерение различных частиц и магнитных полей даст очень важную информацию о радиационных поясах Земли.

Совершенно очевидно, что большое значение имеют исследования состава верхней части атмосферы Земли. В настоящей статье нам хотелось бы подчеркнуть возможную существующую связь между радиационными поясами Земли и составом верхней части земной атмосферы. Совершающие «путешествия» из северного полушария в южное частицы радиационных поясов иногда заканчивают свою жизнь ниже тех областей, где существуют радиационные пояса. Под влиянием ряда факторов, многие из которых пока не раскрыты, частицы радиационных поясов «высыпаются» из них и бомбардируют верхние слои атмосферы. Таким образом, радиационные пояса воздействуют на атмосферу Земли. С другой стороны, возможно, что в верхних слоях, атмосферы возникают некоторые из тех частиц, которые после ускорения и выхода за пределы атмосферы становятся частицами радиационных поясов. На обеих научных станциях-спутниках «Электрон-1» и «Электрон-2» установлены радиочастотные масс-спектрометры, позволяющие определять химический состав верхних слоев атмосферы.

Помимо элементарных частиц (электронов и протонов) вокруг Земли, возможно, совершают свои обороты мельчайшие пылинки, так называемые микрометеориты, размер которых чрезвычайно мал. Как было установлено предыдущими опытами, выполненными при полетах советских и американских спутников, число микрометеоритов вблизи Земли больше, чем в межпланетном пространстве. Это, по-видимому, происходит по той причине, что вблизи Земли к микрометеоритам, приходящим из межпланетного пространства, добавляются микрометеориты, длительное время вращающиеся вокруг Земли. На спутнике «Электрон-1» установлен детектор микрометеоритов. С его помощью можно регистрировать число ударов на пути движения станции-спутника.

На спутнике «Электрон-1» установлены также приборы, регистрирующие рентгеновские лучи Солнца. Интенсивное рентгеновское излучение возникает во время мощных взрывов на Солнце, так называемых «вспышек». Регистрация рентгеновских лучей даст возможность определить состояние активности Солнца и выяснить связь этих явлений с состоянием радиационных поясов. Создание автоматической лаборатории, летающей далеко от Земли, даст возможность исследовать излучения, приходящие к нам из глубин космического пространства.

За пределами нашей солнечной системы возникает большая часть космических лучей. Атмосфера и магнитное поле Земли являются существенной помехой на пути этих лучей к нашей планете. Спутник «Элект-рон-2» удаляется далеко от Земли и выходит за пределы ее магнитного поля. Поэтому на спутнике «Электрон-2» установлены приборы для регистрации космических лучей. Некоторые из этих приборов позволяют не только измерять общую интенсивность космических лучей, но и определять их химический состав, т. е. выявить, ядра каких атомов и в каком количестве находятся в составе космического излучения.

Уже в глубокой древности люди наблюдали весьма удаленные от нас небесные тела. Это было возможно благодаря тому, что глаз человека способен видеть далеко расположенные от нас звезды. Возможности современной астрономии сильно возросли, когда помимо видимых лучей удалось наблюдать невидимые лучи, приходящие к нам из космоса,– радиоволны. Возникла новая наука – радиоастрономия.

Как известно, Земля окружена ионосферой, которая отражает короткие, средние и длинные радиоволны. Благодаря этому свойству ионосферы легко осуществляется связь между радиостанциями различных континентов Земли. Но по этой же причине все радиоволны с длиной волны, большей 100 – 150 метров, не могут проникнуть к нам из космоса. Они достигают ионосферы и отражаются обратно в космическое пространство. Между тем эти радиоволны несут очень ценную информацию об удаленных областях Вселенной.

Для того чтобы зарегистрировать такие радиоволны, необходимо выйти за пределы ионосферы Земли. На спутниках «Электрон» установлены радиоприемники, которые должны позволить зарегистрировать идущие из космоса радиоволны с длиной волны 200 и 400 метров. Несомненно, что эти радиоволны принесут нам весьма ценную научную информацию о космическом пространстве.

Уже больше месяца продолжается успешный полет станций-спутников «Электрон-1» и «Электрон-2». На 12 часов 12 марта 1964 года станция «Электрон-1» совершила 357 оборотов вокруг Земли, с ней проведено 155 сеансов радиосвязи. Станция «Электрон-2» совершила более 44 оборотов, с пей проведено 25 сеансов связи.

Полученный за месяц полета станций «Электрон» большой экспериментальный материал относится к периоду спокойного Солнца. Дальнейшие измерения с помощью станций «Электрон-1» и «Электрон-2» позволят изучить временные вариации характеристик околоземного космического пространства при различных уровнях солнечной активности.

В соответствии с программой исследования верхних слоев атмосферы и космического пространства в Советском Союзе 11 июля 1964 года произведен запуск космической системы, состоящей из двух научных станций (спутников Земли) «Электрон-3» и «Электрон-4», выведенных одной мощной ракетой-носителем на существенно различные орбиты.

Целью запуска является продолжение комплексного исследования радиационных поясов Земли, различных излучений, приходящих из глубины космического пространства, магнитного поля Земли и физических условий в верхних слоях атмосферы.

На активном участке полета при работающем двигателе последней ступени ракеты-носителя произведено отделение космической станции «Электрон-3», после чего последняя ступень носителя продолжала свой полет и, набрав необходимую скорость, вывела на заданную орбиту космическую станцию «Электрон-4».

По предварительным данным, космические станции выведены на орбиты со следующими параметрами:

«Электрон-3» – высота в перигее 405 километров, высота в апогее 7040 километров;

«Электрон-4» – высота в перигее 459 километров, высота в апогее 66 235 километров.

Периоды обращения станций составляют соответственно 2 часа 48 минут и 21 час 54 минуты.

Угол наклона плоскости орбит космических станций к плоскости экватора составляет 60 градусов 52 минуты.

Кроме аппаратуры для научных исследований, на станциях установлены радиопередатчики «Сигнал» и «Маяк», работающие на частотах 19,943, 19,954, 20,005, 30,007 и 90,022 мегагерц, и радиотелеметрические системы для передачи на Землю результатов проводимых исследований.

Принятая с космических станций «Электрон-3» и «Электрон-4» радиотелеметрическая информация свидетельствует о нормальном функционировании всех систем.

Координационно-вычислительный центр ведет обработку поступающей информации.

В целях обеспечения выполнения намеченной программы исследования космического пространства в Советском Союзе создана новая мощная ракета-носитель.

16 июля 1965 года с помощью этой ракеты на околоземную орбиту выведена научная космическая станция «Протон-1» и комплекс контрольно-измерительной аппаратуры.

Общий вес полезного груза, выведенного на орбиту (без последней ступени носителя), составляет 12,2 тонны.

Станция «Протон-1» оборудована специальной научной аппаратурой для проведения исследования космических частиц сверхвысоких энергий.

Космическая станция «Протон-1» выведена на орбиту с апогеем 627 километров и перигеем 190 километров. Наклонение орбиты 63,5 градуса. Период обращения станции вокруг Земли 92,45 минуты.

Кроме научной и измерительной аппаратуры на борту космической станции установлен радиопередатчик, работающий на частоте 19,910 мегагерца.

Анализ принятой телеметрической информации показывает, что установленная на борту космической станции «Протон-1» аппаратура работает нормально.

Координационно-вычислительный центр ведет обработку поступающей информации.

После запуска первого в мире искусственного спутника Земли, открывшего эру космических полетов, советская наука и техника добились значительных успехов в исследовании и освоении космического пространства.

Создание мощных ракет-носителей позволило советским конструкторам и ученым осуществить первый в мире полет человека в космическое пространство.

Дальнейшее развитие ракетной техники позволило создать тяжелые автоматические станции, обитаемые космические аппараты и осуществить на них групповые полеты с выходом человека в космическое пространство. Но наука ставит новые, все более сложные задачи исследования и освоения космоса, требующие создания более тяжелых ракетно-космических систем с еще более мощной энергетикой.

16 июля 1965 года в соответствии с планом космических исследований с помощью новой мощной ракеты-носителя была успешно запущена на околоземную орбиту с апогеем 627 километров, перигеем 190 километров и наклонением орбиты 63,5 градуса космическая научная станция «Протон-1».

Общий вес полезного груза, выведенного на орбиту,– научной космической станции «Протон-1» и комплекса контрольно-измерительной аппаратуры – составляет 12,2 тонны.

Создание и успешная отработка основных систем и отдельных ступеней новой ракеты-носителя позволили осуществить вывод на орбиту сложной научной аппаратуры, входящей в космическую станцию «Протон-1».

Совершенство новой космической ракеты-носителя характеризуется многими техническими показателями, в том числе значительной мощностью основных силовых установок, развивающих свыше 60 миллионов лошадиных сил.

Запуск новой ракеты-носителя с космической научной станцией «Протон-1» знаменует начало нового этапа в изучении и освоении космического пространства. Он открывает перед наукой большие перспективы по исследованию околоземного и околосолнечного пространства и глубин Вселенной космическими аппаратами большого веса, которые позволят проводить обширные научные исследования.

Мировая печать по достоинству высоко оценила это новое советское достижение в освоении космического пространства.

Научная программа космической станции «Протон-1» посвящена ряду фундаментальных проблем физики космических лучей сверхвысоких энергий.

Установленная на станции аппаратура предусматривает:

– изучение солнечных космических лучей и их радиационной опасности;

– изучение энергетического спектра и химического состава частиц первичных космических лучей в интервале энергий до 100 000 миллиардов (10¹⁴) электронвольт;

– изучение ядерного взаимодействия космических частиц сверхвысоких энергий до 1000 миллиардов (10¹²) электронвольт;

– определение абсолютной интенсивности и энергетического спектра электронов галактического происхождения;

– определение интенсивности и энергетического спектра гамма-лучей Галактики с энергиями больше 50 миллионов электронвольт.

Более тридцати лет космические лучи интенсивно изучаются физиками многих стран. Эти исследования привели к открытиям, вскрывшим огромное многообразие природы элементарных частиц, из которых построено вещество окружающего нас материального мира.

Открытия, сделанные при изучении космических лучей, заложили фундамент новой области науки – физики элементарных частиц, изучающей природу этих частиц, их взаимные связи и превращения, ищущей наиболее элементарные «кирпичики» материи. Исследуя взаимодействие высокоэнергичных частиц с веществом, физики изучают основные свойства элементарных частиц – их массу, электрический заряд, силы, действующие между частицами, их структурные особенности. Для все более глубокого проникновения в «недра» элементарных частиц физикам требуются частицы все более высоких энергий.

В потоке космических лучей, приходящих на землю из глубин Галактики, имеются частицы (протоны и атомные ядра элементов) самых разных энергий: тысячи, сотни тысяч и даже миллиарды миллиардов электронвольт. Эти частицы на много порядков более энергичные, чем те, которые могут быть получены в земных условиях с помощью мощнейших ускорителей.

Первичные космические лучи высоких и сверхвысоких энергий, вторгаясь в атмосферу, сталкиваются с ядрами ее атомов и, интенсивно растрачивая свою энергию, поглощаются в атмосфере. Поэтому интенсивность частиц космических лучей высокой и сверхвысокой энергии даже на высоте гор столь мала, что их практически нельзя использовать для точных количественных измерений, которые необходимы для решения фундаментальных проблем теории элементарных частиц.

Однако, если исследования проводить за пределами атмосферы, где интенсивность частиц ультравысоких энергий в сотни тысяч раз больше, чем на уровне моря, тогда появляется возможность изучения поведения частиц при энергиях в тысячи и десятки тысяч миллиардов электрон-вольт. Исследования за пределами атмосферы Земли возможно осуществить только с помощью искусственных спутников Земли. В этой связи в. будущем открывается возможность для решения одной из фундаментальных задач – поиска элементарных частиц, в частности, предсказываемых теорией так называемых «кварков», т. е. частиц с зарядом 1/3 и 2/3 электрического заряда электрона.

Для проведения указанных исследований необходимо создание аппаратуры, способной автоматически разделять частицы по их энергиям, отбирать из всех частиц космических лучей только те, которые обладают очень высокими энергиями, измерять их энергию, определять природу первичной частицы (отделять протоны от более тяжелых атомных ядер, а для тяжелых ядер – определять их принадлежность к тому или иному химическому элементу), изучать характеристики их взаимодействия с атомными ядрами вещества.

До последнего времени основными препятствиями для использования аппаратуры, с помощью которой можно было бы решить перечисленные задачи, являлось отсутствие достаточно мощных ракет-носителей, способных вывести на орбиту вокруг Земли искусственные спутники необходимого для решения этой задачи веса. В самом деле, для изучения частиц с энергиями порядка 10¹¹ – 10¹⁵ электрон-вольт требуется вес спутника более десяти тонн. Современная ракетная космическая техника открыла широкие возможности для таких исследований.

Создание новой мощной ракеты-носителя и космической станции «Протон-1» позволило советским ученым разработать необходимую научную аппаратуру.

На рис. 17 показана фотография комплекса научной аппаратуры, установленной на космической станции «Протон».

Рис. 17. Научная аппаратура, установленная на космической станции «Протон-1» 1 – спектрометр частиц космических лучей умеренных энергий; 2 – гамма-телескоп; 3 – 8 – комплекс аппаратуры ионизационного калориметра; 9 – прибор для регистрации электронов высокой энергии

Этот комплекс состоит из ионизационного калориметра с разнообразной измерительной аппаратурой 3 – 8, предназначенной для измерения энергии, определения природы частиц космических лучей высокой и сверхвысокой энергии и изучения характеристик их взаимодействия с веществом; прибора для изучения электронов высокой энергии 9; гамма-телескопа для регистрации гамма-квантов высокой энергии 2; прибора для изучения химического состава и энергетического спектра космических лучей умеренных энергий 1.

Для того чтобы изучать частицы космических лучей высокой и сверхвысокой энергии, нужно уметь из всего многообразия частиц, падающих на прибор, выделить те, которые обладают большими энергиями, т. е. нужно прежде всего измерить энергию каждой отдельной частицы. Советскими физиками для этой цели был разработан оригинальный метод, воплощенный в приборе, названном ионизационным калориметром.

На рис. 18 показано схематическое устройство ионизационного калориметра и комплекса измерительной аппаратуры для изучения частиц высоких и сверхвысоких энергий.

Рис. 18. Схема комплекса научной аппаратуры ионизационного калориметра

Ионизационный калориметр состоит из большого числа стальных плит, между которыми расположены сцинтилляторы из специальной пластмассы. При попадании частицы высокой энергии на ионизационный калориметр частица взаимодействует с атомными ядрами атомов железа. В результате столкновения рождаются вторичные частицы, которые, в свою очередь, сталкиваясь с ядрами железа, рождают частицы следующего поколения и т. д. В результате вся энергия первичной частицы переходит к большому числу вторичных частиц, которые и поглощаются в толстом блоке вещества ионизационного калориметра (на рис. 18 схематически показано развитие лавины вторичных частиц). Процесс поглощения энергии сопровождается появлением световой вспышки в пластических сцинтилляторах, причем интенсивность ее пропорциональна энергии, поглощенной в ионизационном калориметре, т. е. пропорциональна энергии первичной частицы (световые вспышки регистрируются фотоэлектронными умножителями – ФЭУ).

Для изучения природы частиц космических лучей – измерения их электрического заряда – над ионизационным калориметром располагаются два специальных счетчика, в каждом из которых независимо происходит измерение заряда. Применение двух счетчиков должно существенно повысить точность измерения заряда и позволить надежно отделить первичные протоны высокой энергии от более тяжелых частиц.

Под счетчиком находится блок из углерода (на одной половине прибора) и блок из полиэтилена – на другой. Эти блоки являются тем веществом, взаимодействие с которым частиц высокой энергии и будет предметом исследований. Под блоками из углерода и полиэтилена находятся детекторы взаимодействий.

Полиэтилен состоит из атомов углерода и водорода. Поэтому в одной половине аппаратуры изучается взаимодействие частиц ультравысоких энергий с ядрами атомов углерода, а в другой – с ядрами атомов углерода и водорода.

Сравнение результатов измерений, выполненных обеими половинами, позволяет выделить в чистом виде взаимодействия на ядрах атомов водорода, т. е. на протонах.

Под ионизационным калориметром находится сцинтилляционный счетчик, который совместно с детектором взаимодействий выделяет частицы, идущие в определенном направлении.

Кроме того, на космической станции «Протон-1» установлена аппаратура для изучения электронной компоненты космических лучей высокой энергии. Для измерения энергии электронов также применен принцип ионизационного калориметра.

Среди других задач, решаемых научной аппаратурой космической станции «Протон-1», важное значение имеет регистрация гамма-квантов первичного космического излучения, определение энергетического спектра гамма-квантов в области энергий 10⁸ – 10⁹ электронвольт, измерение энергетического спектра и химического состава первичных космических лучей галактического происхождения, подверженных воздействию геомагнитного поля, изучение вариаций интенсивности космических лучей, изучение энергетического спектра и химического состава космических лучей солнечного происхождения.

Созданная советскими физиками научная аппаратура является уникальной по своим масштабам и характеристикам.

Для проведения точных количественных измерений она требует методической отработки в реальных условиях космического полета.

В результате запуска первой космической станции «Протон-1» будет проведено испытание всего комплекса научной аппаратуры, конструкции станции и ее бортовых систем. В настоящее время научная аппаратура работает нормально и приступила к выполнению намеченной программы.

Рис. 19. Космическая станция «Протон-1» 1 – панели солнечной энергетической установки; 2 – герметический корпус; 3– датчики системы индикации положения осей станций в пространстве; 4 – внешняя оболочка; 5 – антенны телеметрического, радиокомандного комплекса и комплекса внешнетраекторных измерений; 6 – химические источники тока

Космическая станция «Протон-1» является сложной современной научной лабораторией. Наряду с научной аппаратурой она оснащена аппаратурой телеметрических и внешнетраекторных измерений, системой индикации положения станции в пространстве, программными устройствами, системой активного демпфирования, аппаратурой радиокомандного управления, источниками электропитания и системой терморегулирования.

Внутренний герметический корпус станции «Протон-1» защищает ее от аэродинамических нагрузок и теплового воздействия во время выведения на орбиту.

Для предотвращения чрезмерного нагрева и охлаждения в орбитальном полете корпус станции с внешней стороны закрыт высокоэффективной теплоизоляцией.

Внутри герметичного корпуса поддерживается необходимая температура и обеспечивается нормальное давление.

Герметичный корпус станции представляет собой цилиндр с выпуклым днищем. Внутри него, занимая заднюю и центральную часть, размещается научная аппаратура, аппаратура системы индикации положения станции в пространстве, электро- и радиооборудования, телеметрическая аппаратура, а также агрегаты системы терморегулирования.

На герметичный корпус с внешней стороны крепятся панели солнечных батарей с механизмами их раскрытий, а также чувствительные датчики системы индикации положения станции. На заднем днище размещены агрегаты электропневмосистемы активного демпфирования с баллонами сжатого газа, газовыми соплами и управляющей аппаратурой. Здесь же расположен выносной радиационный теплообменник. На корпусе станции располагаются системы антенн телеметрического, радиокомандного комплекса и комплекса внешнетраекторных измерений.

Между внешней силовой оболочкой и корпусом станции находятся контейнеры с химическими батареями.

Сложный комплекс научной аппаратуры заставляет решать серьезную задачу – передачи на Землю с высокой степенью точности всех замеренных данных. Для этого служит установленная на борту станции специальная высокоинформативная телеметрическая аппаратура.

Надежные и точные измерения параметров орбиты обеспечиваются наземным измерительным комплексом и установленным на борту станции специальным сигнальным радиооборудованием.

Управление работой научной аппаратуры и всех систем станции осуществляется как с помощью бортовых программно-автоматических устройств, так и радиокомандами с Земли.

Система индикации позволяет определить угловое положение станции в пространстве в каждый момент времени и, следовательно, фиксирует направление исследуемых космических лучей. Система индикации включает в себя совокупность чувствительных датчиков. Несколько раз в сутки при помощи гироскопических приборов замеряются угловые скорости станции.

Для успокоения станции после отделения от ракеты-носителя и придания ей некоторой небольшой угловой скорости относительно всех трех •осей имеется система демпфирования с газовыми соплами, баллонами высокого давления и управляющей аппаратурой. Вращение станции с небольшой угловой скоростью обеспечивает нормальную работу солнечных батарей, более равномерный температурный режим станции и «необходимый обзор» для научной аппаратуры.

Для обеспечения температурного режима, необходимого для нормальной работы аппаратуры, станция оборудована системой терморегулирования.

Сложный комплекс бортовой аппаратуры с непрерывной работой основных систем потребовал создания па борту станции мощной солнечной энергетической установки.

Солнечные батареи обеспечивают электрическое питание аппаратуры на освещенной стороне орбиты и подзарядку буферной химической батареи для питания на теневой стороне орбиты, когда станция не освещается Солнцем.

Солнечные батареи располагаются на специальных панелях, которые до выведения станции на орбиту сложены в виде усеченной пирамиды. На орбите панели раскрываются и фиксируются специальным устройством, образуя подобие четырехлопастного винта.

Тяжелые искусственные спутники Земли, подобные космической станции «Протон-1», оснащенные аппаратурой типа ионизационного калориметра, открывают широкие перспективы изучения большого круга проблем, которые давно ждут своего решения. К ним в первую очередь относятся прецизионные измерения вероятности столкновения протонов с протонами при энергиях 10¹² – 10¹³ электронвольт, протонов со сложными ядрами при энергиях 10¹² – 10¹⁴ электронвольт, изучения процессов столкновения частиц сверхвысоких энергий (рождения вторичных частиц, их энергетического распределения и ряда других параметров). Эти исследования необходимы для проникновения в структуру элементарных частиц, изучения сокровенных тайн микромира.

Аналогичные исследования, ведущиеся в земных условиях с помощью огромных ускорителей, требуют постройки все более мощных и дорогостоящих ускорителей. Однако ускорительная техника кладет естественный предел достигаемых энергий, примерно в 1000 миллиардов электрон-вольт, и, по-видимому, в ближайшие годы подобных ускорителей создано не будет. Исследование свойств элементарных частиц сверхвысоких энергий с помощью аппаратуры станции «Протон-1» является принципиально новым шагом в изучении космических лучей.

Изучение с помощью такой аппаратуры химического состава первичных космических лучей, их распределения по энергиям позволит выяснить, как «работают» в недрах Галактики «ускорители», сообщающие частицам огромные энергии. Эти исследования приблизят нас к пониманию тех феноменальных по своим масштабам процессов, которые управляют развитием Галактик и, может быть, всей Вселенной.

В соответствии с программой исследований космического пространства 2 ноября 1965 года в Советском Союзе с помощью мощной ракеты-носителя успешно осуществлен запуск тяжелой научной космической станции «Протон-2» и комплекса контрольно-измерительной аппаратуры. Общий вес полезного груза (без последней ступени носителя) так же, как при запуске космической станции «Протон-1», составляет 12,2 тонны и является наибольшим полезным грузом, выведенным до настоящего времени на околоземную орбиту.

Космическая станция «Протон-2» выведена на орбиту с апогеем 637 километров и перигеем 191 километр. Наклонение орбиты 63 градуса 30 минут, период обращения 92,6 минуты.

Станция «Протон-2» оборудована специальной научной и измерительной аппаратурой для продолжения исследований космических частиц сверхвысоких энергий:

– изучения солнечных космических лучей и их радиационной опасности;

– изучения энергетического спектра и химического состава космических лучей в интервале энергий до 100 тысяч миллиардов электрон-вольт;

– изучения ядерного взаимодействия космических частиц сверхвысоких энергий до 1000 миллиардов электронвольт;

– определения абсолютной интенсивности и энергетического спектра электронов галактического происхождения;

– определения интенсивности и энергетического спектра гамма-лучей галактики с энергиями, большими 50 миллионов электронвольт.

Кроме научной и измерительной аппаратуры, на борту космической станции установлен радиопередатчик, работающий на частоте 19,545 мегагерца.

Анализ принятой телеметрической информации показывает, что установленная на борту космической станции «Протон-2» аппаратура работает нормально.

Координационно-вычислительный центр ведет обработку поступающей информации.

В соответствии с программой исследований космического пространства 6 июля 1966 года в Советском Союзе с помощью мощной ракеты-носителя успешно осуществлен запуск тяжелой космической станции «Протон-3» и комплекса научно-измерительной аппаратуры.

Космическая станция «Протон-3» выведена на орбиту с апогеем 630 километров и перигеем 190 километров. Наклонение орбиты 63,5 градуса. Период обращения 92,5 минуты. Станция «Протон-3» оборудована специальной научной аппаратурой для продолжения комплексных исследований космических лучей.

– изучения солнечных космических лучей;

– изучения энергетического спектра и химического состава космических лучей в интервале энергий до 100 тысяч миллиардов электронвольт;

– изучения ядерного взаимодействия космических частиц в области энергий до 1000 миллиардов электронвольт;

– измерения абсолютной интенсивности и энергетического спектра электронов галактического происхождения;

– поиск в первичных космических лучах частиц с дробным электрическим зарядом.

Кроме научной и измерительной аппаратуры, на борту космической станции установлен радиопередатчик, работающий на частоте 19,545 мегагерца.

Анализ принятой телеметрической информации показывает, что установленная на борту космической станции «Протон-3» аппаратура работает нормально.

Координационно-вычислительный центр ведет обработку поступающей информации.

По поводу осуществленного на днях в СССР успешного запуска тяжелой научной космической станции «Протон-3» вице-президент Академии наук СССР академик Б. П. Константинов заявил:

– С запуском «Протона-3» продолжается осуществление программы изучения космических лучей, начатое запусками научных станций «Протон-1» и «Протон-2». Один из весьма важных вопросов – исследование спектров и зарядового состава частиц высоких и сверхвысоких энергий, а также изучение закономерностей их взаимодействия с ядрами. Напомним, что речь идет об энергиях частиц, недоступных для современных действующих и проектируемых ускорителей.

На «Протоне-1» были получены предварительные результаты о зависимости от энергии эффективного сечения взаимодействия протонов с ядрами. Измерения, проведенные в диапазоне энергий от 10 до 1000 миллиардов электронвольт, показали, что сечение взаимодействия с ростом энергии протонов возрастает, возможно, на десятки процентов.

Поскольку этот результат при его надежном подтверждении будет иметь очень большое значение для дальнейшего развития теории элементарных частиц, соответствующий эксперимент на «Протоне-3» повторяется в лучших условиях и с большей статистикой.

На «Протоне-1» впервые непосредственным путем был измерен энергетический спектр первичных частиц космических лучей до энергий в 100 000 миллиардов электронвольт; были получены неожиданные результаты об аномально большой интенсивности потоков электронов высокой энергии в сотни миллионов электронвольт в окрестности Земли.

Аппаратура, установленная на «Протоне-1», позволила начать систематическое изучение состава первичных космических лучей в области очень тяжелых атомных ядер. Любопытно отметить, что до запуска космической станции «Протон-1» совместными усилиями многих советских и зарубежных ученых было зарегистрировано в первичных космических лучах всего несколько ядер с зарядом порядка 40 единиц. Один полет «Протона-1» позволил существенно расширить нашу информацию о доле ядер с зарядом больше 40 и 50 в космических лучах.

Запуск «Протона-2» прежде всего преследовал цели проверки и уточнения тех новых и во многом неожиданных результатов, которые были получены на «Протоне-1». Объем научной информации, полученной на «Про-тоне-2», в сотни раз превышает информацию, полученную на «Протоне-1».

Космическая станция «Протон-3» является по существу космической научной лабораторией. Вес станции составляет свыше двенадцати тонн.

Перед научной станцией «Протон-3» поставлены две основные задачи: развитие исследований, начатых на «Протоне-1» и «Протоне-2», с постановкой ряда контрольных экспериментов, а также проведение новых исследований по частицам с дробным зарядом.

Современная теория указывает на возможность существования фундаментальных элементарных частиц, из которых построены все известные сильно взаимодействующие частицы. Один из типов этих гипотетических фундаментальных частиц обладает дробным электрическим зарядом.

Ответить на вопрос, существуют ли в природе такие частицы, может только эксперимент. Если такие частицы в природе существуют, то они должны возникать при столкновении частиц космических лучей сверхвысокой энергии с атомами межзвездной среды. Поэтому и возможно их обнаружение в составе первичных космических лучей.

На «Протоне-3» установлена новая сложная научная аппаратура для поиска в первичных космических лучах фундаментальных элементарных частиц, так называемых «кварков».

Кроме этого, на «Протоне-3» почти в десять раз увеличена эффективная площадь аппаратуры для изучения сверхтяжелых ядер в составе первичных космических лучей.

Запусками научных космических станций серии «Протон» созданы новые возможности для проведения исследований частиц высоких и сверхвысоких энергий в космических лучах. Эти исследования уже дали научные результаты, которые помогут развить наши представления в ряде разделов физики и астрофизики.

На основе проведенных исследований сейчас можно наметить пути их дальнейшего развития. Можно ожидать, что с помощью более тяжелых космических станций будут созданы за пределами атмосферы физические лаборатории, которые позволят нам изучать тончайшие процессы, протекающие при столкновениях частиц огромных энергий, и будут изучаться гигантские процессы, протекающие в глубинах Вселенной.

16 марта 1962 года в Советском Союзе произведен очередной запуск искусственного спутника Земли.

По предварительным расчетам спутник вышел на орбиту с перигеем 217 километров и апогеем 980 километров. Период обращения спутника составляет 96,35 минуты. Угол наклона плоскости орбиты спутника к плоскости экватора составляет 49 градусов.

На борту спутника установлена научная аппаратура, радиотелеметрическая система и радиопередатчик, работающий на частотах 20,003 и 90,018 мегагерц.

Наблюдение за спутником и прием телеметрических данных производятся наземными пунктами командно-измерительного комплекса, расположенными на территории Советского Союза.

16 марта спутник пройдет над районами городов: Нью-Йорк в 19 часов 46 минут, Аддис-Абеба в 20 часов 12 минут, Веллингтон в 20 часов 50 минут, Лос-Анжелес в 21 час 18 минут, Оттава в 21 час 27 минут, Мельбурн в 22 часа 26 минут.

Произведенный запуск искусственного спутника Земли является продолжением осуществляемой программы исследования верхних слоев атмосферы и космического пространства, для выполнения которой в течение 1962 года с различных космодромов Советского Союза будет произведена серия запусков искусственных спутников Земли.

Научная программа этих исследований предусматривает:

– изучение концентрации заряженных частиц в ионосфере с целью исследования распространения радиоволн;

– изучение корпускулярных потоков и частиц малых энергий;

– изучение энергетического состава радиационных поясов Земли с целью оценки радиационной опасности при длительных космических полетах;

– изучение первичного состава космических лучей и вариаций их интенсивности;

– изучение магнитного поля Земли;

– изучение коротковолнового излучения Солнца и других космических тел;

– изучение верхних слоев атмосферы;

– изучение воздействия метеорного вещества на элементы конструкции космических объектов;

– изучение распределения и образования облачных систем в атмосфере Земли.

Кроме того, будут отрабатываться многие элементы конструкции космических аппаратов.

О пусках спутников этой серии будут опубликованы отдельные сообщения.

В результате осуществления намеченной программы советские ученые получат новые возможности исследования физики верхних слоев атмосферы и космического пространства.

Более трех с половиной лет назад, 16 марта 1962 года, на орбиту вокруг Земли был запущен советский искусственный спутник «Космос-1», положивший начало осуществлению широкой программы исследований околоземного космического пространства.

За последние годы в связи со значительным расширением фронта теоретических и экспериментальных работ, неуклонным развитием ракетной техники и совершенствованием методов исследований наши представления о процессах, протекающих в космосе, существенно обогатились. Разнообразные грандиозные явления природы, такие как проявления солнечной активности (например, хромосферные вспышки), ионосферные и магнитные возмущения, полярные сияния и многие другие, перестают казаться изолированными друг от друга. Более того, очевидно, понять их можно, лишь изучив взаимосвязь этих явлений. Именно эту задачу преследуют многие исследования, ведущиеся советскими учеными на спутниках «Космос».

Сейчас, когда запущен сотый «Космос», уже получен значительный объем информации по широкому кругу как научных, так и прикладных проблем, связанных, в частности, с совершенствованием элементов конструкции космических аппаратов, отработкой систем ориентации, обеспечением надежной защиты от радиационной опасности, исследованием условий входа в атмосферу и приземления в заданном районе. Среди результатов научных исследований несомненный практический интерес представляют данные об излучениях внутренней и внешней зоны радиационного пояса. Благодаря длительным измерениям на спутниках «Космос» определены значения доз радиации внутри спутников и в окружающем пространстве на высотах их полета. Исследована зависимость этой радиации от солнечной и геомагнитной возмущенности. Полученные результаты позволили уточнить природу регистрируемого проникающего излучения. Вместе с тем были подробно изучены распределение и интенсивность заряженных частиц в районах Южной Атлантики и побережья Бразилии, где наблюдаются аномалии геомагнитного поля.

Помимо этих данных, для контроля радиационной обстановки в ближнем космосе, где проходили трассы наших «Востоков» и «Восходов», важное значение имело изучение последствий высотного термоядерного взрыва, произведенного американцами 9 июля 1962 года. Мощное проникающее излучение продуктов взрыва существенно повысило дозу облучения (особенно в первые дни после взрыва), которому подверглись бы космонавты на высоте 200 – 300 километров даже за достаточно солидной защитой. Как показали последующие измерения на спутниках «Космос», образовавшийся после взрыва искусственный пояс радиации еще долго «не рассеивался» на больших высотах, особенно вблизи экваториальной плоскости. Это, естественно, осложнило проведение различных геофизических исследований.

Для геофизиков наибольший интерес представляют исследования потоков малоэнергичных электронов и ионов. Эти излучения не опасны для космонавтов, но они существенно влияют на основные процессы, протекающие в верхней атмосфере, такие как полярные сияния, изменение величины напряженности магнитного поля, возрастание плотности и температуры атмосферы. Эти заряженные частицы, обычно называемые «геоактивными корпускулами», длительно исследовались аппаратурой спутников «Космос». Были обнаружены наиболее «мягкие» частицы – электроны с энергиями в несколько десятков электрон-вольт, образующиеся при ионизации верхней атмосферы солнечным ультрафиолетовым излучением. Распределение этих и более энергичных электронов относительно магнитных силовых линий и их вариации дают основание предполагать существование в верхней атмосфере электрических полей, оказывающих большое влияние на динамические процессы в магнитосфере Земли и на взаимодействие магнитосферы с постоянно обдувающим ее «солнечным ветром» – потоками плазмы.

По программе проведения мировой магнитной съемки на основе измерений приборами специальной конструкции – протонными магнитометрами – были получены экспериментальные данные о напряженности геомагнитного поля на высотах около 300 километров от земной поверхности. При этом исследовались также источники переменного магнитного поля и степень их влияния на изменение средних значений поля вблизи Земли.

Регулярные измерения фона первичных космических лучей и изменений их интенсивности позволили проследить некоторые закономерности, связанные с солнечными и геофизическими явлениями, и получить определенную информацию о природе высокоэнергичных частиц и процессах, происходящих в межпланетном пространстве.

Значительное внимание уделялось изучению земной ионосферы и условиям распространения радиоволн. Методом регистрации наземными станциями радиосигналов бортовых передатчиков «Маяк» исследовалась концентрация электронов в ионосфере и ее изменение вдоль орбит. Исследовались различные крупно- и мелкомасштабные ионосферные неоднородности. Большинство этих неоднородностей, связанных, по-видимому, с ионосферными и магнитными возмущениями, располагается на уровне слоя максимальной электронной концентрации в ионосфере.

При помощи различного типа ловушек заряженных частиц измерялись концентрация и температура ионов и электронов в ионосфере в период, близкий к минимуму 11-летнего цикла солнечной активности. В результате было обнаружено существенное изменение высотного распределения концентрации заряженных частиц по сравнению с 1958 годом, когда Солнце было наиболее активным.

Значительные изменения за период между максимумом и минимумом солнечной активности претерпела и нейтральная атмосфера. По данным о торможении спутников «Космос» за счет сил аэродинамического сопротивления было вычислено распределение атмосферной плотности и оценены ее вариации в интервале высот от 170 до 300 километров. Это имеет важнейшее значение для прогнозирования времени существования спутников и особенно пилотируемых космических кораблей. Были получены данные и для бóльших высот. Интересно, что уменьшение плотности в 1964 году по сравнению с 1958 годом на 300 километрах составило несколько раз, а на 400 – 500 километрах – почти сто раз.

Несколько «Космосов» были оборудованы приборами для изучения отраженной Землей инфракрасной и ультрафиолетовой радиации, распределения излучения атмосферы по высоте и т. п. Результаты этих измерений представляют большую ценность для геофизики и вместе с тем дают важные сведения для совершенствования методов метеорологических прогнозов и других целей. Большое практическое значение имели также измерения плотности мельчайших пылевых частиц – микрометеоров и их воздействия на поверхности солнечных батарей, оптических приборов и элементы конструкции спутников.

Естественно, практически невозможно перечислить всех авторов этих и других не упомянутых здесь экспериментов. Широкий фронт работ выполнялся группами специалистов во главе с Я. Л. Альпертом, С. Н. Верновым, К. И. Грингаузом, Ш. Ш. Долгиновым, В. И. Красовским, А. И. Лебединским, Т. Н. Назаровой, А. Б. Северным и многими другими.

Успехи, достигнутые советской наукой в изучении космического пространства, внесли большой вклад в успешное осуществление таких замечательных свершений, как длительные полеты советских кораблей-спутников «Восток» и экипажей космических кораблей «Восход», использование искусственных спутников Земли для радиосвязи, передачи телевизионных программ. Накопление экспериментальных результатов космических исследований ставит на повестку дня вопросы создания новых современных теорий для объяснения природы разнообразных ключевых процессов, происходящих в земной атмосфере. Программа научных исследований на советских искусственных спутниках Земли «Космос» имеет существенное значение для дальнейшего изучения и практического использования околоземного пространства на благо человечества.

В 1954 году, как известно, советские ученые академики Н. Г. Басов и А. М. Прохоров создали первый квантовый генератор на пучке молекул аммиака, который излучал электромагнитные волны длиной 1,25 сантиметра. Одновременно и независимо от них такой же генератор сделали американские исследователи Г. Цайгер и Ч. Таунс. За прошедшие с тех пор годы родилось самостоятельное направление физики – квантовая электроника, которая сейчас стала одной из ведущих отраслей науки.

Рис. 20. Искусственный спутник «Космос-97» 1 – отсек под научную аппаратуру; 2 – молекулярный генератор; 3 – солнечная батарея; 4 – блок буферных батарей; 5 – система терморегулирования; 6 – блок обслуживающей аппаратуры; 7 – датчик положения спутника

Около года назад квантовый прибор буквально вышел в космос. 26 ноября 1965 года в Советском Союзе был выведен на орбиту искусственный спутник Земли «Космос-97». На его борту находился квантовый генератор, разработанный и изготовленный группой ученых и инженеров под руководством академика Н. Г. Басова и профессора М. И. Борисенко. К настоящему времени специалисты подвели итоги этого интереснейшего эксперимента. Прокомментировать их корреспондент «Правды» попросил академика Н. Г. Басова. Вот что он рассказал:

– Приборы, основанные на квантовых принципах, обладают рядом важных преимуществ по сравнению с обычными генераторами электромагнитных волн. Молекулярный генератор не отличается большой мощностью, но стабильность (постоянство) частоты его излучения намного превышает показатели лучших кварцевых генераторов. Это и обусловило их применение в радиотехнике в качестве генераторов частоты, благодаря чему во много раз повысилась чувствительность приемной аппаратуры.

Использование молекулярных генераторов в бортовой аппаратуре искусственных спутников Земли позволит осуществлять связь с космическими аппаратами, их управление и передачу телеметрической информации на очень больших расстояниях. Кроме того, значительно повысится в этом случае точность работы программно-временных устройств и систем определения траектории движения спутника.

В качестве высокостабильного бортового генератора частоты можно использовать простые по конструкции квантовые генераторы на аммиаке. Они устойчивы к вибрациям, компактны и долговечны. Первый опыт установки квантового стандарта частоты (времени) был осуществлен на спутнике «Космос-97». Спутник двигался по орбите, высота которой в апогее составляла 2160 километров, а в перигее – 221 километр. Для эксперимента была использована одна из модификаций спутника «Космос» с солнечными батареями.

Молекулярный генератор установлен на внешней поверхности спутника и закрыт кожухом. Через герметичные вводы генератор соединен с аппаратурой, размещенной внутри спутника.

Передача результатов научных измерений на Землю осуществлялась с помощью многоканальной радиотелеметрической системы. Для измерения характеристик движения (координат и составляющих вектора скорости) на спутнике имеется аппаратура радиоконтроля орбиты. С ее помощью производилось определение орбиты спутника и прогнозирование его движения.

Управление работой аппаратуры молекулярного генератора осуществлялось по специальной командной радиолинии с наземных пунктов и автономно – с помощью программно-временного устройства.

Во время полета впервые проведены испытания молекулярного генератора в условиях естественного вакуума, проверено влияние невесомости и других факторов космического полета на его работу. Сравнение частоты бортового молекулярного генератора с наземным эталоном производилось посредством двусторонней системы радиосвязи. Анализ данных телеметрии и частотных измерений позволил сделать выводы, необходимые для дальнейшей конструктивной разработки бортовых квантовых стандартов частоты с целью создания промышленных образцов приборов для широкого применения.

Увеличение продолжительности полетов человека в космическое пространство и повышение сложности поставленных в них задач требуют проведения предварительных глубоких физиологических исследований в условиях реального космического полета. Они направлены на изучение фукционального состояния живого организма. Наибольшее значение в этих исследованиях придается изучению влияния на живой организм факторов, связанных с отсутствием земной гравитации, а также воздействий космического излучения. Такие исследования должны привести к созданию систем и средств, повышающих устойчивость организма, находящегося в условиях космического полета.

Решение этой проблемы связано с проникновением в наиболее тонкие механизмы работы различных физиологических систем и требует применения сложных методов исследования, которые могут быть выполнены только на животных по следующим обстоятельствам:

– возможность использования сложных методических приемов (вживление зондов в сердце, в отдельные участки сосудистого русла, забор крови в количестве, достаточном для проведения многообразных биохимических исследований, вживление электродов в образования головного мозга и т. д.), позволяющих решать принципиальные вопросы космической физиологии;

– возможность апробирования новых систем и средств, повышающих устойчивость организма к неблагоприятному действию факторов космического полета;

– возможность проведения биологической разведки будущих трасс космических полетов;

– возможность проведения исследований на клеточном уровне (микроскопия, позволяющая определить тонкие структурные изменения в клеточных образованиях).

По общему признанию советских и зарубежных исследователей, наиболее выраженные сдвиги, отмечаемые в живом организме в экспериментальных условиях, будут возникать в деятельности сердечно-сосудистой системы, во многом определяющей жизнеспособность организма.

Поэтому не случаен тот большой интерес, который проявляют ученые к работе сердца и всего аппарата кровообращения в столь необычных условиях. Дальнейшему углубленному изучению этого вопроса и посвящен в основном медико-биологический эксперимент, проводимый на специализированном спутнике Земли «Космос-110».

В настоящем эксперименте изучается одна из важнейших проблем космической физиологии – состояние нейро-рефлекторной регуляции сердечно-сосудистой системы. Для этой цели осуществляется следующий комплекс исследований:

– замер артериального давления посредством зонда, вживленного в артериальное русло животного; этот же зонд используется для введения фармакологических препаратов, позволяющих оценить функциональное состояние рефлекторной регуляции аппарата кровообращения;

– регистрация биотоков сердца с помощью вживленных электродов;

– регистрация кривой пульса с сонной артерии, выведенной в кожный лоскут;

– регистрация механической деятельности сердца (сейсмокардиограмма) и дыхания.

Кроме того, вживляются электроды в периферические нервы (синусный нерв), что дает возможность оценить деятельность центральных образований головного мозга, ведающих регуляцией сосудистого тонуса.

На искусственном спутнике «Космос-110» установлены две отдельные кабины для размещения в них подопытных животных – собак Ветерок и Уголек. Основным подопытным животным является Ветерок, второе животное контрольное. Кабина для размещения основного животного, помимо систем и устройств, имеющихся во второй кабине, снабжена фармакологическим контейнером, емкостями для хранения фармакологических препаратов. На этой же кабине смонтирована пневматическая система, работающая на сжатом газе и обслуживающая обе кабины для подачи пищи и фармакологических средств из соответствующих емкостей.

Внешний вид кабины основного животного показан на рис. 21.

Рис. 21. Внешний вид кабины основного животного

Собака может находиться в контейнере в различных положениях. На нее надет специальный костюм-корсет для фиксации в кабине и присоединения различных датчиков и коммуникаций, служащих для научных исследований и подачи пищи (рис. 22). Хорошо видный на рис. 21 прозрачный колпак с заборником воздуха позволяет вести за собакой визуальные наблюдения.

Рис. 22

Схема кабины иллюстрируется на рис. 23. Герметичный контейнер животного 1 изготовлен из алюминиевого сплава, к нему присоединены пищевой контейнер 2 и фармакологический контейнер 3, также изготовленные из легких сплавов. Прозрачный колпак 4 изготовлен из оргстекла. Сверху на контейнере 1 расположен блок физиологических датчиков 5. Под животом собаки на полу контейнера 1 расположен сборник жидких отходов 6, а сзади собаки – сборник твердых отходов 7. Под полом контейнера 1 находится пневмосистема с баллоном сжатого газа 8. В отдельном отсеке 9 размещены вентиляторы, фильтры и некоторые другие агрегаты и приборы системы жизнеобеспечения животного.

Рис. 23. Схема кабины 1 – контейнер животного; 2 – контейнер пищевой; 3 – контейнер фармакологический; 4 – прозрачный колпак; 5 – блок физиологических датчиков; 6 – сборник жидких отходов; 7 – сборник твердых отходов; 8 – баллон сжатого газа; 9 – отдельный отсек, где размещены вентиляторы, фильтры и некоторые другие агрегаты и приборы системы жизнеобеспечения животного; 10 – пищепровод; 11 – трубка; 12 – шланг; 13 – воздухозаборник; 14 – вентилятор; 15 – фильтр; 16 – электронное устройство; 17 – дублирующий вентилятор; 18 – мощный вентилятор; 19 – физиологический датчик

Пищевой контейнер 2 предназначен для хранения запаса пищи на весь полет и подачи ее по пищепроводу 10 собаке. В контейнере 2 размещены эластичные емкости, в каждой из которых хранится запас пищи; емкости подключены к общему коллектору и через него к пищепроводу 10. Трубки, соединяющие емкости с коллектором, имеют затворы, открывающиеся исполнительными механизмами по команде программного устройства. Подача пищи из емкостей производится по трубке 11.

Кормление животных осуществляется пастообразной пищей, размещенной порциями в пластических контейнерах, откуда она выдавливается с помощью пневматических устройств непосредственно в желудок животного. Команды на подачу пищи поступают из командного устройства по программе, установленной на Земле и при необходимости корректируемой в полете.

Подача медико-биологических препаратов из фармакологического контейнера 3 производится по шлангу 12 по команде программного устройства. Для подачи препаратов используется давление сжатого газа, подводимого внутрь контейнера 3 из пневмосистемы по трубке 11.

Спутник «Космос-110» имеет следующие системы:

1) кондиционирования и регенерации воздуха в кабинах животных;

2) вентиляции кабин;

3) уборки твердых и жидких отходов;

4) кормления животных;

5) введения фармакологических препаратов;

6) управления и регулирования;

7) телеметрии.

Кондиционированный воздух подается внутрь контейнера животного через воздухозаборник 13 прозрачного колпака 4.

Вентилятор 14, приводимый во вращение электродвигателем, отсасывает воздух из контейнера через сборник твердых отходов 7 и фильтры 15, служащие для очистки воздуха от капельной влаги и вредных примесей. Создаваемое в результате работы вентилятора разрежение в контейнере животного обеспечивает поступление в контейнер свежего воздуха через воздухозаборник 13. С целью увеличения надежности работы системы специальное электронное устройство 16 в случае отказа вентилятора 14 автоматически включает в работу дублирующий вентилятор 17. Поскольку в условиях невесомости внутри контейнера животного в воздухе могут накапливаться взвешенные твердые и жидкие частицы, то для их удаления особое программное устройство через каждые два часа полета включает на полминуты дополнительный мощный вентилятор 18.

В системе управления и регулирования используются командные программные устройства электронного типа для подачи необходимых сигналов исполнительным устройствам, чувствительные элементы для регистрации параметров в системах и исполнительные устройства электрического, пневматического и механического типа.

Сигналы физиологических датчиков 19, смонтированных на костюме-корсете животных, и датчиков различных параметров в системах, а также сигналы о подаче и исполнении разнообразных команд передаются обрабатывающему эту информацию наземному координационно-вычислительному центру с помощью радиотелеметрической системы.

На искусственном спутнике «Космос-110» осуществляется:

– введение фармакологических препаратов, изолированно воздействующих на чувствительные клетки (хеморецепторы), расположенные в области сонной артерии (каротидная зона);

– электрическая стимуляция синусного нерва, проводящего импульсацию из каротидной зоны;

– пережатие сонной артерии, выведенной в лоскут;

– измерение артериального давления.

По реакции артериального давления можно судить об изменении функционального состояния наиболее мощной зоны, ведающей регуляцией сосудистого тонуса.

По уровню кровяного давления оценивается рефлекторная активность, зависящая в основном от работы центральных образований головного мозга.

Оценивается рефлекторная активность, зависящая в основном от состояния механорецепторов сосудистого русла (образований, воспринимающих механические изменения сосудистой стенки).

Информация передается по радиотелеметрическим каналам связи на Землю, что дает возможность обеспечить оперативный медицинский контроль за состоянием животных.

В нынешнем эксперименте впервые орбита корабля выбрана с таким расчетом, чтобы он длительное время пребывал в зонах с повышенной радиацией (протоны радиационных поясов Земли).

В связи с этим представлялось необходимым проведение на этих трассах комплекса исследований по радиобиологии, защите и дозиметрии космических излучений. Основными задачами этих исследований являются:

– изучение радиочувствительности различных биологических объектов и ее изменений под влиянием факторов космического полета;

– исследование и проверка методики расчета защиты космических кораблей, а также биологических объектов от космических излучений;

– изучение распределения доз и состава космических излучений в кабине спутника;

– измерение доз радиационного воздействия на собак и другие биообъекты;

– испытание некоторых видов биологических дозиметров космических излучений.

Для исследований по радиационной безопасности на искусственном спутнике Земли «Космос-110» выбраны наиболее подходящие биообъекты и установлена соответствующая аппаратура.

Помимо собак, на борту спутника в специальных контейнерах содержатся следующие биообъекты:

– различные штаммы дрожжей:

– образцы сывороток крови;

– препараты различных белков:

– некоторые штаммы хлореллы;

– некоторые штаммы лизогенных бактерий.

Для проведения физических исследований на борту спутника размещены контейнеры с интегрирующими дозиметрами и ядерными эмульсиями и блоки для определения мер защиты биологических объектов от космических излучений. На каждой собаке укреплены наборы индивидуальных дозиметров.

В заключение можно сказать, что данные, поступающие в настоящее время по телеметрическим каналам, позволяют считать, что эксперимент проходит успешно.

И. М. Сисакян, В. И. Правецкий, Б. Б. Егоров(ТАСС)

4 октября 1957 года советская ракета-носитель вывела на орбиту первый в истории искусственный спутник Земли. С тех пор советская наука сделала огромный шаг в изучении Вселенной, и большая заслуга в этом принадлежит исследовательским спутникам серии «Космос». Число их запусков превысило 150.

Новые достижения ракетной техники позволили использовать искусственные спутники Земли для решения важных народнохозяйственных задач. С помощью спутника «Космос-122» не только отрабатывались методы метеорологических исследований, но и получалась информация, пригодная для оперативного прогноза. Сейчас другой метеорологический спутник – «Космос-144» – с высоты своей орбиты помогает ученым точнее предсказывать погоду.

Исследования космического пространства продолжаются. Сегодня редакция предлагает вниманию читателей статью об одном из новых разведчиков Вселенной – искусственном спутнике «Космос-149».

Одной из задач научной программы исследований, объявленной ТАСС 16 марта 1962 года и проводимой с помощью искусственных спутников Земли серии «Космос», является изучение свойств земной атмосферы во всей ее толще. Применение для этой цели спутников Земли обусловлено глобальным характером атмосферных процессов. Эти исследования непосредственно связаны как с проблемой использования искусственных спутников Земли для прогноза погоды, так и с вопросами, имеющими более общее геофизическое значение.

В настоящее время с помощью метеорологических спутников получаются телевизионные изображения облачных систем и актинометрические данные о радиационном поле Земли. Качественный синоптический анализ такой информации с успехом используется учеными при составлении оперативного прогноза погоды. Однако дальнейшее развитие космической метеорологии требует расширения состава получаемой при помощи спутников информации. Необходимы, например, данные о температуре, влажности, скорости ветра и, следовательно, разработка новых методов и соответствующей аппаратуры.

Некоторые из этих задач решались, в частности, на «Космосе-149», запущенном 21 марта 1967 года на орбиту с высотой перигея 248 километров и высотой апогея 297 километров. Наклонение плоскости орбиты спутника к плоскости экватора – 48 градусов 24 минуты. Эксперимент носил поисковый характер и проводился с учетом малого времени активного существования спутника. Получаемые данные для оперативного метеорологического прогноза не использовались.

В состав установленной на спутнике научной аппаратуры входили, в частности, два многоканальных фотометра. Они сканировали по Земле – прослеживали ее поверхность в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Фотометрами определялась яркость планеты в узких интервалах спектра, включая полосу поглощения молекулярного кислорода в видимой области. Еще один прибор – радиометр – измерял собственное излучение Земли в так называемом «окне прозрачности» атмосферы (участок инфракрасного спектра с длиной волн от 8 до 12 микрон, в котором излучение практически не поглощается водяным паром, всегда имеющимся в атмосфере). Оригинальная конструкция этого прибора позволила обеспечить точность измерения «радиационной» температуры порядка одного градуса. На спутнике была также установлена телевизионная система, игравшая вспомогательную роль.

В отличие от актинометрической программы спутников «Космос-122» и «Космос-144», которая в основном направлена на получение полной (интегрально по спектру) «уходящей» радиации Земли, программа исследований на «Космосе-149» предусматривала измерение радиации в узких участках спектра. Такие измерения позволяют получить точные сведения о составе атмосферы и характеристиках земной поверхности и облачности.

Бортовые системы и агрегаты спутника работали по специальной программе полета. Результаты научных измерений и данные о работе бортовых систем записывались запоминающим устройством и передавались на Землю многоканальной радиотелеметрической системой при прохождении спутника над территорией СССР. Измерение параметров орбиты и прогноз дальнейшего движения спутника осуществлялись системой радиоконтроля. Управление работой спутника с Земли производилось по командной радиолинии и автономно с помощью программно-временного устройства.

Рис. 24. Спутник «Космос-149» 1 – корпус; 2 – иллюминатор телевизионной аппаратуры; 3 – датчики автоматической аппаратуры; 4 – антенны; 5 – аэродинамический стабилизатор; 6 – штанги стабилизатора; 7 – механизм выдвижения стабилизатора

Научная аппаратура и служебные системы спутника «Космос-149» размещены в герметичном корпусе. На наружной поверхности установлены датчики научной аппаратуры, антенные устройства телеметрической, командной и телевизионной систем, имеется иллюминатор телевизионной камеры. Для нормальной работы бортовой аппаратуры внутри спутника поддерживается давление инертного газа, близкое к атмосферному, и определенная и достаточно стабильная температура. На задней полусфере корпуса расположены жалюзи системы терморегулирования, на передней – исполнительные органы газореактивной системы предварительного успокоения спутника.

Благодаря сравнительно небольшой высоте полета стало возможным применить на спутнике аэрогироскопическую систему стабилизации, обеспечившую трехосную ориентацию относительно вектора набегающего потока и направления на центр Земли с точностью пять градусов. Она состоит из специального аэродинамического стабилизатора и гиродемпфера.

До отделения спутника от ракеты-носителя штанги находятся в свернутом состоянии и аэродинамический стабилизатор располагается на задней полусфере корпуса спутника. После отделения спутника от ракеты по команде программно-временного устройства штанги с помощью специальных механизмов выдвигаются и стабилизатор устанавливается в рабочее положение на некотором удалении от корпуса.

Назначение аэродинамического стабилизатора спутника по существу то же, что и оперения стрелы. Стабилизатор приводит к появлению восстанавливающих моментов по тангажу и рысканью, которые стремятся совместить продольную ось спутника с вектором скорости набегающего потока.

Для обеспечения стабилизации по крену, т. е. устранения поворота вокруг продольной оси, на спутнике установлены два двухстепенных гироскопа. Их суммарный кинетический момент при нормальной стабилизации направлен перпендикулярно плоскости орбиты. Расположение гироскопов таково, что при отклонении спутника от ориентированного положения возникает восстанавливающий гироскопический момент. Кроме стабилизации по крену и рысканью, гироскопы обеспечивают также демпфирование, т. е. гашение собственных колебаний спутника.

Возмущения, которые возникают при отделении спутника от ракеты-носителя, уменьшаются с помощью кратковременно действующей системы предварительного успокоения. Однако наличие такой системы на спутниках с аэрогироскопическими системами стабилизации, вообще говоря, не обязательно. Дело в том, что «космическая стрела» обладает единственным устойчивым положением равновесия, а система предварительного успокоения лишь уменьшает время выхода спутника на нормальный режим стабилизации.

Система аэрогироскопической стабилизации, впервые примененная на «Космосе-149», обладает рядом преимуществ по сравнению с широко известными активными системами ориентации, в которых используются газоструйные реактивные двигатели или маховики. Аэрогироскопическая система не нуждается в датчиках ориентации и специальных исполнительных элементах, которые обеспечивали бы управляющие моменты. Незначительное количество электроэнергии тратится лишь на поддержание постоянной угловой скорости вращения роторов гироскопов. Создание аэрогироскопической системы стабилизации – новое достижение советской космической техники.

В результате запуска спутника «Космос-149» получена значительная информация о термическом режиме земной поверхности и облаков, количественных характеристиках облачного покрова, «привязанных» к телевизионным изображениям, а также об угловых и спектральных характеристиках яркости нашей планеты, наблюдаемой из космоса. Результаты измерений физических параметров атмосферы, полученные с помощью «космической стрелы», представляют новый вклад советских ученых в космическую метеорологию.

Ультрафиолетовое и рентгеновское излучение Солнца играет важную роль для нас, обитателей Земли. Под действием коротковолновой солнечной радиации образуется земная ионосфера, определяющая условия радиосвязи. Эти излучения влияют на молекулярный состав и плотность верхних слоев атмосферы, а следовательно, и на тепловой баланс нижних ее слоев.

Не менее важное значение имеют и различные активные процессы в солнечной атмосфере. Наиболее известные из них – солнечные вспышки. Во время некоторых вспышек происходит внезапное усиление рентгеновского излучения. При этом особенно резко – до нескольких тысяч раз – возрастает его «жесткость». Дело в том, что в такие моменты Солнце выбрасывает очень быстрые частицы: ядра водорода – протоны – и ядра более тяжелых элементов.

«Корпускулярные вспышки», как их называют, губительно действуют на живые организмы и создают радиационную опасность для космонавтов. Защита экипажей с помощью специальных поглощающих экранов из-за большого их веса трудно выполнима. В сущности корпус космического корабля, например, такого, как «Восток», уже представляет собой довольно мощную защиту, но не решает этой проблемы. Несмотря на его противодействие, облучение космонавтов радиацией при сильных солнечных вспышках может достигать нескольких сотен рад. Допустимая же доза облучения не должна превышать 25 рад.

До настоящего времени все полеты как советских, так и американских космонавтов проходили в условиях, благоприятных в отношении радиации. Этому способствовали небольшие высоты орбит, проходивших под защитой магнитного поля Земли, и малая активность Солнца. Наконец, в случае опасности корпускулярной вспышки (по данным оперативного контроля за деятельностью Солнца) можно было всегда закончить намеченную программу исследований досрочно.

В настоящее время Солнце вступает в новую фазу повышенной активности. Она выражается в появлении очень частых и мощных вспышек. В связи с этим становится особенно актуальной разработка методов и средств, обеспечивающих радиационную безопасность космонавтов. К примеру, возможно создание системы, которая предусматривала бы комплексное использование активной (магнитной, электростатической) и пассивной (различных экранов) защиты отсеков, устройство «радиационного убежища», применение местной защиты жизненно важных органов космонавта и использование фармакохимических профилактических средств.

Независимо от этого, важно определить закономерности появления радиационных вспышек с тем, чтобы прогнозировать их на длительный срок. Дело в том, что природа солнечных вспышек до настоящего времени еще не установлена. Плохо изучена физическая сущность их, частота, интенсивность и энергетический спектр испускаемых протонов. Радиационная безопасность полетов в настоящее время прогнозируется в значительной мере по данным наблюдений земных обсерваторий. Но они дают сведения лишь о процессах, происходящих в нижних слоях солнечной атмосферы. Есть основания полагать, что рентгеновские и корпускулярные вспышки генерируются во внешних областях Солнца. Поэтому изучение физических процессов в короне и примыкающих к ней слоях солнечной атмосферы – одна из основных задач исследований по физике Солнца, необходимых для обеспечения радиационной безопасности полетов человека в космос.

Одним из звеньев обширной программы этих исследований явился запуск 16 июля 1967 года специального «солнечного» спутника «Космос-166». Он предназначался для исследования коротковолнового излучения Солнца.

«Космос-166» представляет собой модификацию серийного космического аппарата с ориентацией на Солнце одной оси спутника. Управление движением корпуса спутника в полете осуществлялось с помощью инерционных масс – маховиков и газоструйных реактивных двигателей. Такая комбинированная система отличается экономичностью и высокой точностью ориентации в течение всего времени активного существования спутника.

Три раза за каждый виток по команде от программно-временного устройства система ориентации переходит в так называемый режим сканирования, при котором ось спутника пересекает диск Солнца в одном направлении с угловой скоростью 0,04 градуса в секунду.

Для получения информации с участков орбиты, где связь с наземными пунктами отсутствует, например в южном полушарии, использовалось запоминающее устройство большой емкости. Системы спутника снабжались электроэнергией от солнечных батарей.

Научная аппаратура «Космоса-166» состоит из рентгеновского фотометра, дифракционного ультрафиолетового спектрометра и рентгеновского гелиографа. В качестве приемников излучения для рентгеновского фотометра были применены гейгеровские счетчики фотонов с кислородной гасящей смесью и бериллиевыми или алюминиевыми окнами. Исследования проводились в участках спектра, которые представляют особый интерес для выяснения природы солнечных вспышек. Чтобы оценить уровень помех со стороны частиц радиационных поясов, был использован контрольный счетчик.

Рентгеновский гелиограф состоит из двух одинаковых блоков датчиков, расположенных снаружи спутника, и блока электроники, установленного внутри корпуса. В каждом блоке датчиков имеются гейгеровские счетчики рентгеновского излучения с полями зрения, которые ограничены двумя щелевыми крестообразно расположенными диафрагмами. Когда ось спутника пересекает диск Солнца, получается его изображение по двум взаимно перпендикулярным направлениям.

Для привязки полученных при этом записей к определенным участкам Солнца использовались оптические датчики, точно фиксирующие моменты прохождения краев солнечного диска через поле зрения счетчиков.

Основным элементом спектрометра является вогнутая дифракционная решетка. Прибор регистрирует излучения с помощью открытого фотоэлектронного умножителя.

Спутник «Космос-166» выполнял свои задачи около трех месяцев. За это время Солнце успело совершить три полных оборота вокруг своей оси и его активность, по данным земных обсерваторий, менялась в широких пределах. В результате был накоплен большой материал по статистике рентгеновских вспышек и их связи с оптическими вспышками. Этот материал позволит подробно проследить динамику развития многих вспышек, определить поток и спектральный состав излучений, размеры и локализацию областей, где возникали вспышки. Одновременная регистрация спектрометром линии ионизированного гелия дает ценную информацию о состоянии солнечной атмосферы под вспышкой.

Анализ полученных данных позволяет определить физические условия в области вспышки и в прилегающих активных участках короны (плотность вещества, эффективную температуру или энергию частиц).

Полученные к настоящему времени результаты носят лишь предварительный характер: обработка данных еще продолжается. Однако уже просмотренные материалы позволяют сделать некоторые выводы. Так, время нарастания для большинства вспышек лежит в пределах от 0,5 до 30 минут. Спад интенсивности не всегда монотонный. В одном случае наблюдался «предвестник» – небольшой всплеск, предшествующий главной фазе вспышки. О возможности существования таких «предвестников» говорят и некоторые данные косвенных – ионосферных – измерений. Проведенная одновременно оценка спектрального состава излучения показывает, что существуют относительно «холодные» и более «горячие» вспышки. Часто заметно снижение температуры в процессе их развития.

Как правило, рентгеновские вспышки возникают над активными областями, наблюдаемыми с помощью наземных оптических средств. Размеры области вспышки обычно не превышают трех угловых минут. Весьма интересно, что в четырех случаях выявлено наличие у одной вспышки двух центров, примерно одинаковых по яркости. Расстояние между ними составляло около 6 угловых минут.

Полученные результаты подтверждают более ранние наблюдения, выполненные, в частности, на спутнике «Электрон-2». Тогда также было установлено наличие особого класса рентгеновских вспышек, не сопровождающихся «оптическими» вспышками. Эти наблюдения свидетельствуют о локализации части рентгеновских вспышек в короне. Корональное происхождение рентгеновских вспышек позволяет считать, что они тесно связаны с пертурбациями в короне, приводящими к опасным для космических полетов корпускулярным вспышкам.

Потоки корпускул распространяются медленнее, чем рентгеновское излучение, из-за меньшей скорости частиц и более длинной траектории их полета. Таким образом, в принципе представляется возможным, регистрируя рентгеновскую вспышку, предупреждать космонавтов о приближении радиационной опасности – потоков корпускул. Такое предупреждение позволит экипажу корабля принять необходимые меры защиты.

Разумеется, разработка такой системы краткосрочного предупреждения о радиационной опасности не исключает необходимости создания методов прогнозирования корпускулярных вспышек. Наоборот, требуемые для этого комплексные исследования Солнца должны значительно расшириться. Особая актуальность таких исследований обусловливается и тем, что ближайшие годы, в течение которых полеты человека в космос будут проводиться во все более широких масштабах, приходятся на период большей активности Солнца, когда случаи возникновения радиационной опасности будут очень часты.