Мировой океан, всегда игравший важную роль в жизни людей, стал в настоящее время сферой активной хозяйственной деятельности человечества. Это предопределило всевозрастающее внимание ученых к его исследованиям, тем более что сегодня они поняли, как много значит океан в формировании погоды и климата на Земле, познали, что ресурсы океана не безграничны, а его экосистема достаточно хрупка.

Для построения физико-математических моделей взаимодействия океана и атмосферы, на которых могут быть основаны прогностические схемы, необходимы исследования пограничных слоев воды и атмосферы. Потоки тепла, поступающие в океан из атмосферы и в атмосферу из океана, создают сложную циркуляцию воздушных масс, формируют погоду планеты. Одновременно атмосферные процессы (в первую очередь ветер) существенно влияют на верхний слой океана, создавая условия, способствующие поглощению газов и обмену между ними тепловой энергией. Различные условия на границе раздела вызывают также большое разнообразие циркуляционных систем в океане и атмосфере, формирующихся на фоне крупномасштабной динамики океана.

И взоры ученых обращаются к океану: имеет ли он систему авторегулирования, способную справиться с изъятием из атмосферы всевозрастающих количеств углекислого газа, выбрасываемого в результате сжигания больших масс топлива, да еще в условиях резко возросших темпов загрязнения его поверхности (главным образом нефтепродуктами)? Вот одна из причин того, что изучение взаимодействия океана и атмосферы поставлено сейчас в ряд основных проблем океанографии.

Главное внимание исследователей в настоящее время привлекают такие явления, как океанские вихри, подъемы и опускания глубинных вод, фронтальные разделы.

Вихревые движения водных масс проникают в глубину океана на несколько километров, их горизонтальные размеры составляют сотни километров, а скорость перемещения в пространстве достигает 3 – 5 км/сут. Направлены они преимущественно на запад. Энергия таких вихрей превосходит энергию крупных океанических течений. Поэтому их влияние на формирование погоды в этих районах очевидно.

Помимо уточнений наших представлений о динамике океана исследования океанических вихрей имеют еще один интересный момент, связанный с возможностью формирования продуктивных зон. Достаточно крупные вихри циклопического характера, существующие до двух и более лет, способны при определенных условиях поддерживать мощные подъемы водных масс, обеспечивая вынос питательных веществ из глубины океана к его поверхности.

Внимание ученых привлекают и процессы зарождения и развития тропических ураганов. Имеются предположения, что не последнюю роль здесь играют все те же синоптические вихри с циклоническим характером вращения. И конечно, для обеспечения круглогодичной навигации в арктическом бассейне, что так важно для нашей страны, нужны серьезные исследования динамики образования и эволюции ледовых полей.

Таким образом, большинство фундаментальных и прикладных проблем физики океана сводится к прогнозу природных условий в атмосфере и океане, а их решение – к крупномасштабным (а для океана – в масштабах всего океана) оперативным и регулярным наблюдениям за протекающими процессами с периодичностью обновления информации не меньше временных масштабов синоптической изменчивости (10 – 12 сут). Такую возможность никакое количество исследовательских кораблей и буйковых станций предоставить не могут.

Очевидно, что решение таких проблем возможно только с привлечением аппаратуры дистанционного зондирования океана, установленной на борту космических объектов, с развитием техники, методов и средств космической океанографии.

Имеется большое количество теоретических моделей, позволяющих описывать протекающие процессы. Входными параметрами таких моделей служат температура воды и воздуха, лучистый поток энергии, параметры волнения и скорость ветра в приводном слое, влажность и атмосферное давление, балл облачности, цветность воды, глубина залегания и интенсивность слоя скачка, ледовые характеристики и другие. Из всех этих параметров наиболее информативна температура поверхности океана.

К настоящему времени накоплен достаточный экспериментальный материал по дистанционному зондированию поверхности Земли, включая океан, с отечественных спутников серии «Космос» и «Метеор», а также американских метеорологических спутников с использованием отдельных систем видимого, инфракрасного и микроволнового диапазонов. Эти данные показали большие потенциальные возможности средств космической техники для исследования океана и важность создания специализированного океанографического спутника Земли, оснащенного комплексом исследовательской аппаратуры, позволяющей получать информацию о физических параметрах океана и атмосферы.

«Космос-1076», запущенный 12 февраля 1979 г., стал первым в нашей стране спутником, предназначенным для отработки методик решения этих задач.

Одним из источников сведений о Мировом океане служат измерения в видимом диапазоне спектра (длины волн от 0,4 до 0,7 мкм), в котором наибольшую информацию несет спектральный состав восходящего светового потока. Он содержит информацию о биологической продуктивности вод и их оптических характеристиках – это позволяет выделять различные водные массы, определять их границы, обнаруживать вихри, зоны подъема вод и другие динамические образования. В прибрежных районах хорошо различаются по цвету воды материкового стока, их распределение и взаимодействие с водами открытого моря.

Исследования океана в этом диапазоне отличаются от измерений над материками. Разнообразие цветов, оттенков и контрастов на суше несравненно шире, чем на поверхности океана. В большинстве своем различные природные образования там имеют достаточно резкие и четкие границы. В водах океана эти особенности в десятки раз менее выражены, да и географическая привязка результатов наблюдений осуществляется более сложным путем. Вот почему требования к разрешающей способности аппаратуры на местности для океанологических исследований (за исключением наблюдений ледовых полей и в пограничных районах море– суша) не столь жесткие, как для материка.

С другой стороны, чувствительность аппаратуры для выявления различий в водных массах должна быть намного выше. Более высокое требуется и разрешение по спектру. Поэтому аппаратура видимого диапазона, установленная на океанографическом спутнике «Космос-1076», имеет полосы пропускания, не превышающие единиц нанометров. Аппаратура со столь высоким разрешением по спектру установлена на спутнике впервые.

К сожалению, существенный недостаток аппаратуры видимого диапазона – невозможность проведения измерений в условиях сплошной облачности и на ночной стороне Земли. Поэтому для получения характеристик, определяющих состояние атмосферы и подстилающей поверхности в любое время суток, используют аппаратуру, работающую в инфракрасном и микроволновом диапазонах волн. В инфракрасном диапазоне значительная часть собственного излучения подстилающей поверхности поглощается атмосферой. Однако имеется несколько «окон прозрачности», в которых излучение этого диапазона не претерпевает существенного искажения. Одно из них лежит в так называемом дальнем ИК-диапазоне с длинами волн 8 – 12 мкм. Оно-то и используется для определения температуры подстилающей поверхности.

Поскольку на материках температурные контрасты вследствие больших различий в теплопроводности объектов обычно велики, для измерений здесь можно использовать аппаратуру с невысокой спектральной избирательностью. Так, на спутниках «Метеор» устанавливается инфракрасная аппаратура с диапазоном от 8 до 12 мкм, в котором сконцентрирована большая часть тепловой энергии, уходящей от Земли в космическое пространство. С высоты 600 – 700 км она имеет ширину обзора около 1100 км, а разрешающую способность на местности примерно 15 км и точность определения температуры 2 – 3°С.

Однако такая точность для измерений в океане неудовлетворительна. Даже в интенсивных вихрях контрасты температур относительно окружающих вод, как правило, не превышают 2 – 3°С. Не намного больше контрасты и в зонах апвелингов – подъема более холодных и минерализованных вод. Поэтому приемлемой точностью для измерений температуры поверхности океана должна быть величина никак не хуже 0,5°С. Положение осложняется тем, что при дистанционных измерениях определяется не температура перемешанного верхнего слоя океана, которая требуется для решения задач океанографии, а температура поверхностной так называемой скин-пленки толщиной несколько миллиметров, температурные градиенты в которой достигают десятков градусов на сантиметр. Физические же характеристики этой пленки сильно зависят от общей гидрометеорологической ситуации в момент наблюдений. Большое влияние на точность определения температуры воды оказывает и корректность учета затухания излучения в атмосфере, т. е. передаточной функции атмосферы.

Таким образом, повышение точности измерений температуры поверхности океана – важнейшего гидрофизического параметра – возможно при решении комплекса задач теоретического, методического и технического характера. Они включают разработку и создание гидротермодинамической модели поверхностного слоя океана вместе со скин-слоем, разработку более совершенных методик определения передаточной функции атмосферы, повышение спектральной чувствительности аппаратуры и увеличение числа измерительных каналов в пределах «окон прозрачности» атмосферы. Запуск «Космоса-1076» позволил приступить к решению этих задач.

В комплексе с ИК-радиометром, установленным на спутнике, работает 5-канальный микроволновой радиометр сантиметрового диапазона, информация которого используется как для повышения точности определения температуры подстилающей поверхности и параметров атмосферы, так и для оценки состояния водной поверхности (в частности, степени волнения и зон штормов), характеристик льдов, влагосодержания в облаках, зон осадков.

Большие надежды специалисты возлагают на возможность применения аппаратуры активного радиолокационного зондирования поверхности океана, которая позволяет получать двумерные спектры волнения, оценивать скорость и направление ветра, высоту волн – характеристик, определяющих взаимодействие в системе океан–атмосфера, а также процессов, протекающих в деятельном слое океана.

Для сбора, запоминания и передачи данных на наземные пункты приема информации спутник снабжен бортовой информационной системой. Система ориентации и стабилизации обеспечивает его угловое положение в пространстве. Он оснащен также корректирующей двигательной установкой, системой автономной ориентации солнечных батарей.

Комплексом научной аппаратуры спутника управляет специальный блок, который также задает режим работы измерительной аппаратуре и системам сбора и передачи информации на буях и судах. Последние составляют систему опорных пунктов и проводят прямые измерения в океане для контроля и калибровки аппаратуры спутника.

Аппаратура спутника проводит регулярный съем информации, накопленной на автоматической буйковой станции, передает ее в приемные центры для обработки. Помимо решения методических задач калибровки датчиков дистанционного зондирования, входящих в состав аппаратуры спутника, применение системы автоматических буйковых станций в океане, определяющей гидрофизические характеристики по глубине, позволяет ставить вопрос о трансформации поверхностных полей (измеренных со спутника) в глубь океана по крайней мере в пределах деятельного слоя.

Запуск космического аппарата «Космос-1076» знаменует новый этап в изучении океана. Мы надеемся, что работа с ним поможет ученым-океанологам существенно продвинуться вперед в понимании процессов, протекающих в системе океан–атмосфера.

В Институте океанологии им. П. П. Ширшова АН СССР создан отдел космической и экспериментальной океанологии, задача которого заключается в том, чтобы максимально использовать, с точки зрения познания природы, результаты наблюдений с околоземной орбиты. О том, какая это может быть информация, мы попросили рассказать руководителя отдела, доктора физико-математических наук К. Федорова.

– Из космоса, – рассказал Константин Николаевич, – действительно можно увидеть многие явления, которые поражают воображение землянина, особенно если к таким наблюдениям он не подготовлен. Но не следует забывать, что океан люди начали изучать более 200 лет назад, знаем мы о нем уже многое, и, если бы на месте космонавтов около иллюминатора сидел океанолог, его вопросы и его удивления были бы совершенно иными.

Что же за сведения нам хотелось бы получать от экипажей орбитальной станции «Салют-6» и других подобных ей космических объектов?

Начну с вещей, которые ученым пока еще не очень понятны. В последние годы удалось выяснить, что вода в океане вовсе не перемешана до полной однородности. Она, как слоеный пирог, разделена на четко разграниченные слои, отличающиеся один от другого своей температурой, соленостью и плотностью. По этим слоям могут бежать волны, в то время как поверхность океана будет оставаться практически совершенно гладкой. Для изучения этих волн (их называют внутренними) с кораблей нужны сложные приборы и специально поставленные исследования. Но вот что удивительно: с космической орбиты часто видны контрасты яркости – светлые и темные полосы на поверхности океана, связанные с внутренними волнами. Что делает внутренние волны видимыми на поверхности океана? Этот вопрос мы сейчас и пытаемся разрешить, в том числе с помощью наблюдений из космоса.

По физическим законам водная толща глубиной более 100 м не может быть прозрачной. «Протоны» же утверждают, что однажды, при определенном угле наблюдений, освещенности и т. п., их взорам предстал. .. участок подводного горного хребта. Прежде чем выдвигать какие-либо гипотезы по поводу столь удивительной «сверхпрозрачности» океанской воды, нужно провести неоднократные наблюдения, выполнить исследования на математических или, возможно, оптических моделях. Пока же можно лишь предположить, что космонавты видели не сами горы, а, скажем, оптический эффект, вызванный скоплениями взвешенных частиц. Скорости оседания этих частиц зависят от вертикальных движений воды, которые в свою очередь могут быть связаны с подводным рельефом.

Бесценную для науки информацию могли бы дать систематические наблюдения за океанскими течениями и вихрями. Как раз о вихрях шел разговор во время моей первой встречи в эфире с Владимиром Ляховым и Валерием Рюминым: я просил их по возможности считать эти гигантские водовороты в северном и южном полушариях, отмечать места их наибольшей повторяемости, следить за их перемещениями, попытаться определять, в какую сторону каждый вихрь закручен. Данные о динамике вод, а следовательно, о крупномасштабном переносе тепла в океане, позволяют нам, в частности, лучше попять процессы, определяющие погоду на земном шаре.

Одна из важнейших задач нашего отдела – определить, как формируется та или иная зрительная информация, которую получают космонавты из океана. Глаз наблюдателя или фотоаппарат с борта орбитальной станции фиксирует солнечный свет, после того как он, частично рассеянный, а частично отраженный океанской поверхностью, прошел через атмосферу. Но поверхность даже одного и того же участка океана в разные времена может быть очень неодинаковая. Это зависит, например, от формы волнения. У нас имеется интересный снимок района, где теплое течение Гольфстрим встречается с холодным Лабрадорским. Ветер дует в том же направлении, куда течет Гольфстрим, и поэтому теплое течение выглядит на снимке гладким, словно политым маслом. А вот Лабрадорскому течению ветер дует навстречу, водная поверхность покрыта крутыми пенными барашками, и, конечно, яркость ее на снимке совсем иная.

Цвет воды океана и его оттенки зависят от концентрации в ней тех или иных частиц. Это может быть фито- или зоопланктон, минеральные частицы. Все они рассеивают и отражают солнечную радиацию в разных участках видимого спектра. А отсюда прямой путь к изучению распределения, расселения в океане тех или иных частиц или живых существ.

Наконец, цвет воды связан с ее химическим составом: чистая океанская вода ярко-синяя, примеси же придают ей самые разные иные цвета и оттенки. Это очень хорошо видно в морях, омывающих берега промышленно развитых стран. Нам представляется, что нынешние наблюдения могут привести в обозримом будущем к весьма эффективному контролю состояния этих водоемов, недопущению превращения Мирового океана в «сточную яму человечества».

Большой интерес вызвала публикация о якобы виденных предыдущими экипажами «Салюта-6» высоких водных «валах» и «сводах», глубоких «ложбинах». Здесь также есть над чем поразмыслить. Известно, что благодаря вариациям ускорения силы тяжести уровень океана может существенно отклоняться от формы идеального геоида. Но даже в самых крайних случаях уклоны поверхности, связанные с этими отклонениями уровня, очень малы (порядка 10 м на 100 км расстояния). Такие уклоны поверхности едва ли могут быть видимыми с орбиты. Измерения уровня, порождаемые морскими течениями, во много раз меньше. Думается, что и в этом случае имели место какие-либо оптические эффекты. В любом случае при обнаружении непонятных явлений большую ценность представили бы для нас серии фотоснимков, по которым можно было бы проследить их движение и развитие.

Наша совместная с космонавтами работа только начинается. Если эти первые шаги будут успешными, – а у нас нет оснований сомневаться в этом, – в течение ближайших лет мы сможем создать набор портативной аппаратуры, чтобы, помимо наблюдений, космонавты могли проводить измерения некоторых характеристик Мирового океана. Мы готовимся организовать очень серьезную подготовку наблюдателей для будущих космических станций, с тем чтобы на явления и процессы в океане они смотрели глазами океанологов. Мы ждем с нетерпением тех лет, когда в состав экипажей орбитальных комплексов вместе с представителями других профессий будут включать океанологов. Мы, наконец, уверены: не за горами время, когда на околоземную орбиту поднимется международный океанологический патруль. Основания для такой уверенности нам дают успехи в международном сотрудничестве исследователей космического пространства представителей других областей пауки, все новые достижения в области разрядки международных отношений, свидетелями которых являемся мы с вами.

Завершился крупнейший в истории метеорологии эксперимент. Впервые в течение целого года проводились непрерывные наблюдения за состоянием атмосферы Земли и верхнего слоя океана. В эксперименте участвовали все 150 государств – членов Всемирной метеорологической организации, штаб-квартира которой находится в Женеве.

Активную роль в проведении эксперимента сыграл Советский Союз. В частности, были специально запущены полярно-орбитальные спутники системы «Метеор», 13 научно-исследовательских судов принимали участие в наблюдениях в тропиках, с советских кораблей расставлялись также дрейфующие буи в водах, омывающих Антарктиду.

Дистанционные методы сбора данных о природных ресурсах – яркий пример преемственности между авиацией и космонавтикой. С появлением спутников и орбитальных станций стало возможным перейти от регионального обзора территорий к глобальному. Вместе с тем космическая съемка не заменила аэросъемки, тем более традиционных методов наземных исследований. Она позволила поднять использовавшиеся ранее методы и средства на новую ступень технического совершенства и повысила научную обоснованность прогнозов.

В соответствии с решениями XXV съезда КПСС в нашей стране успешно осуществляется целенаправленная программа планомерного использования средств космической техники для изучения природных ресурсов Земли и окружающей среды. В рамках этой программы для обозрения планеты наряду с автоматическими космическими аппаратами серии «Космос», оснащенными фотографической аппаратурой, спутниками «Метеор–Природа» и «Метеор», предназначенными для сбора оперативной информации о динамических земных и атмосферных процессах, привлекаются также корабли «Союз» и орбитальные станции «Салют».

Время запуска спутников «Космос» выбирается с учетом наиболее благоприятных условий над районами первоочередной съемки. Так, май выгоден для фотографирования центральных и южных районов нашей страны, июнь и начало июля – северных районов, сентябрь и октябрь – Дальнего Востока. Вот почему в мае-июле была произведена серия запусков спутников «Космос» для изучения природных ресурсов. В программе их работы, подготовленной специалистами Госцентра «Природа», Главного управления геодезии и картографии при Совете Министров СССР, учтены пожелания практически всех отраслей народного хозяйства – потребителей космической информации. Программа предполагает получение материалов съемок с целью создания и обновления топографических и тематических картографических документов по территории нашей страны. Причем, поскольку фотоснимки из космоса многоплановые, открывается возможность для комплексного картографирования целых регионов. А это позволит оценить или уточнить природный потенциал перспективных, осваиваемых или уже хорошо освоенных территорий.

Специалисты надеются получить ценные данные о минерально-сырьевых ресурсах и районах, тяготеющих к БАМу, нефтегазоносных районах Тюменской области и Красноярского края, о побережьях Аральского, Азовского и Каспийского морей, шельфовых областях СССР и др.

В свете решений июльского (1978 г.) Пленума ЦК КПСС запланированы съемки в интересах сельского хозяйства для проведения инвентаризации земель, особенно Нечерноземной зоны РСФСР, выполнения изыскательских работ по геоботаническому обследованию пастбищ и т. д.

Информация со спутников передается Госцентром «Природа» заинтересованным организациям для использования в народном хозяйстве.

На орбитальной станции «Салют-6» вот уже почти 2 года выполняются съемки стационарными аппаратами КАТЭ-140 и МКФ-6М. Камера МКФ-6М, разработанная совместно специалистами СССР и ГДР, – плод содружества специалистов стран – членов СЭВ в области исследования космоса. На борту станции также проводятся визуально-инструментальные наблюдения ручными фотокамерами. Эти работы успешно осуществлялись экипажами двух основных экспедиций и четырех экспедиций посещения, в том числе с участием космонавтов ЧССР, ПНР и ГДР. Шестой месяц по этим программам интенсивно работают Владимир Ляхов и Валерий Рюмин.

Целенаправленные визуальные наблюдения за природной средой -сравнительно молодое направление в деятельности экипажей пилотируемых космических кораблей и орбитальных станций. Естественно, возникла потребность разработать научную методику проведения таких наблюдений и сформулировать задачи исследований. В последнее время совместными усилиями специалистов Центра подготовки космонавтов им. Ю. А. Гагарина, Госцентра «Природа» и других организаций осуществляется целевая подготовка экипажей по курсу космического природоведения. У членов каждой экспедиции имеются специальные бортжурналы. Например, в бортжурнале третьей основной экспедиции по программе визуальных наблюдений значится более 100 заданий в интересах различных организаций.

От космонавтов В. Ляхова и В. Рюмина в течение последних месяцев регулярно поступала такая информация: «…Видим пятно зеленовато-изумрудного цвета с бурой окантовкой…», и далее космонавты называли координаты района в Атлантическом океане. Вышедшие оперативно в этот район суда Мипрыбхоза СССР сначала обнаружили значительное скопление планктона, а затем – большие косяки крупной скумбрии. Через несколько дней промысловым судам была передана информация о смещении этого пятна на северо-восток – весьма ценные оперативные данные. Очередная информация уже по Индийскому океану помогла рыбакам выйти на большое скопление кальмаров...

Спускаемый аппарат корабля «Союз-32» привез ученым очередную партию информации, в том числе снимки, выполненные камерой МКФ-6М по заказу метеорологов и океанологов.

Как многим известно, значительная часть поверхности Земли, до 60 – 70%, постоянно закрыта облаками. В ряде случаев они оказываются союзниками океанологов. Замечено, например, что над зонами с повышенной температурой воды в океане наблюдаются облачные полосы. На отдельных снимках отчетливо видно, что граница облачного покрова соответствует вихрям течения. А эти данные могут содержать, например, косвенную информацию о благоприятных для лова рыбы районах.

Самое широкое применение дистанционные методы получили при исследовании недр. Примерно половина всего объема используемой космической фотоинформации приходится на долю геологов. Во многих районах им с помощью космических снимков удалось проследить зоны сгущения трещин в земной коре. В далеком прошлом по ним могли подниматься рудоносные растворы. Сейчас такие зоны (которые очень трудно или даже невозможно проследить с поверхности, по можно вполне надежно выявлять по космическим снимкам) обнаружены во многих районах страны: на Кольском полуострове и в Якутии, в Казахстане и Приморье.

Используются снимки из космоса и при изучении таких районов, как Прикаспий, Туркмения, Припятская впадина. С помощью доставленных с орбиты снимков здесь выделено большое число структур, перспективных на нефть и газ. В качестве примера можно привести районы восточного побережья Каспийского моря. Детальное изучение снимков полуостровов Мангышлак и Бузачи показало, что на них не только вполне отчетливо видны практически все уже известные структуры, с которыми связаны нефтяные месторождения, но также и неизвестные, которые становятся объектами поискового бурения на нефть.

Начато использование космических фотографий при изучении всей Западной Сибири – этой нефтегазоносной провинции страны. Примечательно, что одну из структур на юге Сибири, выявленную по снимкам с орбиты и подтвержденную геофизическими работами, геологи назвали «Космической».

В области геодезии и картографии съемка с борта станции дает исходную информацию для обновления топографических и общегеографических карт разных масштабов. Опытно-производственные работы в различных районах Средней Азии, Казахстана, Сибири показали высокую информативность космических кадров.

Одна из первоочередных задач природопользования – общая картографическая «инвентаризация» природных ресурсов путем создания серий сопряженных тематических карт на базе космической фотоинформации. Намечаемая программа этих исследований имеет большое общегосударственное значение. Экспериментальные работы такого плана уже выполнены в ряде регионов страны.

Дистанционное зондирование Земли с автоматических и пилотируемых космических аппаратов, использование получаемых данных в народном хозяйстве и научных исследованиях уже приносят немалый экономический эффект. Несомненно, он будет возрастать по мере того, как космонавтика будет укреплять свой союз с землеведением, разведчиками минеральных и других ресурсов, увеличивать свой вклад в решение проблем рационального использования природных богатств и охраны окружающей среды.

Улан-Удэ, 21. (Корр. «Правды»). На помощь лесоводам Бурятии пришла космическая техника.

Прибайкальское лесоустроительное предприятие начинает заниматься изучением лесных пространств с помощью дешифровки снимков, сделанных космической станцией «Салют-6». Подробно отснятая панорама позволяет наиболее достоверно оценить состояние лесного хозяйства, с высокой точностью определить площади порубок и пожаров, степень возобновления лесов. Однако космос располагает и более существенными возможностями. Искусственные спутники Земли будут получать «из леса» информацию о возникших очагах пожаров и передавать ее… лесникам.

Ашхабад, 9. (ТАСС). Полные сведения о видах и количестве растительности в Каракумах дает новая карта пастбищ Туркмении, составленная учеными Института пустынь Академии наук Туркменской ССР.

Такая информация необходима животноводам, начавшим сейчас перегон отар на зимние пастбища. В основу этого путеводителя для чабанов легли фотоснимки, полученные с советских космических кораблей.

По просьбе корреспондента «Известий» Б. Коновалова генеральный директор Всесоюзного объединения «Аэрогеология» В. Брюханов рассказывает о том, что дают геологам снимки, сделанные с орбиты.

В развитии любой науки есть переломные моменты, которые существенно совершенствуют или даже кардинально меняют методологию исследований. В геологии такой качественный скачок вызвало появление аэрофотосъемки и особенно космофотосъемки. До этого геологи как бы шли от частного к общему, создавая геологические карты на основе разрозненных полевых наблюдений. При таком подходе составление карт носило в значительной мере субъективный характер, а качество их зачастую зависело от искусства геолога, его опыта и знаний. Появление аэрофотоснимков, охватывающих большие территории, сделало геологическое картирование более обоснованным, объективным. А космонавтика поистине подняла эту работу на небывалую высоту.

Благодаря снимкам, сделанным с борта космических аппаратов, геологи получили возможность одним взором охватывать огромные территории и крупные геологические структуры, скажем, горные хребты, платформы и прослеживать их взаимоотношение между собой.

Взгляд из космоса выявил принципиально новые геологические объекты, которые ранее не изучались и не картировались. Это в первую очередь так называемые кольцевые структуры и крупные глубинные разломы.

Кольцевые структуры, имеющие в поперечнике размеры от нескольких до сотен километров, развиты очень широко и, как сейчас установлено, имеют различное происхождение. Некоторые из них образовались на ранних стадиях формирования земной коры и, видимо, имеют ту же природу, что и кратеры Луны, Марса и других планет Солнечной системы.

Очень интересные кольцевые структуры обнаружены в пределах развития вулканогенных отложений на побережье Охотского моря. Там определилась четкая закономерность в распределении рудных месторождений, связанная с кольцевыми структурами диаметром 15 – 25 км. Гигантская кольцевая структура, имеющая в поперечнике около 300 км, обнаружена в северном Прикаспии. Интересно, что соляные купола, распространенные в Прикаспии, в пределах этой структуры вытянуты в направлении север–юг. Это имеет важное поисковое значение, так как с соляными куполами связаны месторождения нефти. Любопытна закономерность распределения пород в кольцевых структурах Забайкалья. В центральных частях «кратеров» это ультраосновные породы, а ближе к краям – гранитоиды. Соответственно центры кольцевых структур перспективны для поисков меди, никеля, хрома, а периферия – для поиска редких металлов и рассеянных элементов.

При дешифрировании космических снимков были установлены крупные разломы земной коры, имеющие протяженность сотни, тысячи километров, пересекающие целые складчатые системы, платформы, континенты. Эти разломы уходят своими корнями в глубь Земли и являются часто подводящими каналами расплавов и растворов, обогащенных полезными компонентами. На территории СССР теперь известно около 20 систем глубинных разломов. Так, крупнейший разлом проходит вдоль р. Енисей, пересекает горы Восточных Саян и уходит за пределы СССР. Крупные разломы обнаружены в Якутии. Целый ряд разломов обнаружен в Западно-Сибирской низменности – основной нефтегазоносной провинции Советского Союза.

Надо отметить, что космофотосъемка в корне изменила представления геологов о многих районах страны. Так, Западно-Сибирская низменность, о которой мы начали говорить, представлялась областью развития спокойно залегающих пластов пород. На самом же доле, как выяснилось благодаря космическим снимкам, это мозаика отдельных блоков, здесь имеется целая серия разрывных нарушений. Вместо простой цельной «плиты» перед нами предстала сложная система блоков, которые движутся относительно друг друга.

Многие нефтяные месторождения здесь приурочены к зонам пересечения глубинных разломов. Одни из них имеют направление север–юг, а другие северо-западное или широтное. Выяснилось, что для таких зон характерны изгибы пластов земной коры, которые оказываются своеобразными «ловушками» для образования месторождений нефти и газа.

В целом космофотосъемка оказалась ценнейшей путеводной нитью для прогнозирования районов, перспективных для поисков тех или иных месторождений. Проверка прогнозов, проведенная в Забайкалье, Казахстане, на Кольском полуострове, побережье Охотского моря, показала их правильность и эффективность космического картирования. Надежность выявления перспективных районов значительно выше, чем при обычных наземных исследованиях. Это позволяет нам экономить время, целенаправленно концентрировать технические, денежные средства, кадры специалистов на наиболее важных, актуальных направлениях.

С 1977 г. в геологическом картировании получила официальные права гражданства принципиально новая продукция. Методом дешифрирования космических снимков и изображений создаются космофотогеологические карты. На основании их делаются прогнозы, которые проверяются на земле поисковыми разведочными группами. После этого территориальные геологические управления начинают вести «массированную разведку» с использованием бурения, геофизических и других поисковых методов. Составлением космофотогеологических карт занимаются сейчас многие территориальные геологические управления.

Для нас большую ценность представляет работа космонавтов на орбите. Все-таки живой человек, умеющий не только видеть, но и анализировать обстановку, очень много может сделать, заметить новые геологические объекты, явления. Владимир Ляхов и Валерий Рюмин, отправляясь на борт «Салюта-6», как и их предшественники, получили от геологов определенные задания и успешно их выполняют. А в будущем бесспорно настанет время, когда не только профессиональные космонавты, но и специалисты-геологи начнут трудиться на борту орбитальных станций.

К фотоснимкам с борта советских космических кораблей и орбитальных станций обратились ленинградские ученые и специалисты для создания первой карты разломов на территории СССР и сопредельных стран. Работу над ней завершил авторский коллектив из нескольких ленинградских научных центров.

Взгляд из космических далей, как обнаружилось, проследил скрытые под толщами горных пород неизвестные прежде трещины и сдвиги даже там, где проходили маршруты геологов. Карта разломов – своеобразных «каменных дверей» в глубины недр, по которым поднимались на поверхность горячие растворы ценных руд и минералов, – не имеет равных в мировой картографической литературе.

В 1978 г. на борту орбитальной научной станции «Салют-6» было выполнено около 90 космических плавок, в результате которых при разных технологических режимах получены полупроводниковые, металлические и оптические материалы. Эти эксперименты были поставлены с целью изучения возможностей использования условий космического полета для улучшения свойств материалов. Опыты проводились на установках «Сплав» и «Кристалл», состоящих из ампульных электронагревательных печей и пультов управления с системами автоматического регулирования и контроля.

Образцы материалов, доставленные на Землю экипажами орбитальной станции, детально исследуются в различных лабораториях нашей страны, а также в Чехословакии, Польше и ГДР. Исследования проводятся на уникальном оборудовании, используемые в них методы очень сложны, и процесс изучения образцов будет продолжаться еще довольно долго. Тем не менее имеющиеся уже экспериментальные данные позволяют сделать вывод: характеристики материалов, приготовленных в условиях невесомости, лучше, чем у образцов, полученных на таких же установках на Земле. Например, у монокристаллов германия и антимонида индия, выращенных на борту «Салюта-6», значительно более совершенная структура кристаллической решетки. Аналогичные данные получены и для большинства других материалов, включая и такие сложные, как, например, полупроводниковые сплавы кадмий– ртуть–теллур и кадмий–ртуть–селен. Эти результаты очень важны для науки.

В 1978 г. подобные эксперименты проводились также на борту высотных ракет. Хотя продолжительность состояния невесомости на ракетах не превышала 10 мин данные работы послужили полезным дополнением к исследованиям на борту орбитальной станции.

С помощью химических источников нагрева в этих экспериментах выращены монокристаллические слитки кремния – основного материала электронной промышленности. Контрольные образцы кремния, полученные на Земле, обладают поликристаллической структурой. Осуществлены опыты по получению композиционных материалов, включая пенометаллы. Впервые получены устойчивые конфигурации расплавов, удерживаемых в невесомости силами поверхностного натяжения.

Достигнутые успехи в получении высококачественных материалов позволяют перейти к следующему этапу развития космической технологии – созданию специализированной, более сложной аппаратуры, организации экспериментов, приближающих нас к опытно-промышленному производству, проведению исследований, направленных на формирование научных основ технологии получения материалов.

В космосе происходит перестройка конвекционных течений в жидкости. Это приводит к перераспределению в ней примесей, что, в свою очередь, влияет на однородность их распределения в выращиваемых кристаллах.

Кроме того, перестройка течений ведет к повышению устойчивости границы раздела жидкой и твердой фаз и к образованию более совершенной кристаллической решетки. В значительной мере проявляются и капиллярные эффекты, которые в земных условиях часто маскируются влиянием силы веса. Силы поверхностного натяжения определяют устойчивость формы жидких тел. Эти же силы способны повлиять на однородность распределения примесей.

Технологические эксперименты, выполненные на орбитальной станции «Салют-6» и других советских космических объектах, а также за рубежом, подтвердили, что все перечисленные эффекты действительно оказывают существенное влияние на характер процессов получения материалов в космосе. При этом оказалось, что существующие теоретические представления во многих случаях недостаточны для полного объяснения эффектов, наблюдаемых экспериментально. Например, если на Земле расплав смачивает стенки ампулы, то в невесомости в ряде случаев этого не происходит.

Переход к очередному этапу работ потребует дальнейшего углубления фундаментальных исследований, изучения реальных условий, существующих на борту космических аппаратов, развития численных и лабораторных методов моделирования процессов, определения теплофизических характеристик веществ.

Наряду с фундаментальными исследованиями перед физикой невесомости стоит и другая важная задача – отыскание оптимальных схем установок, предназначенных для опытно-промышленного производства, выбор наиболее рациональных методов управления веществом в условиях невесомости. Эти установки намного сложнее тех, которые используются сейчас для проведения технологических экспериментов.

Работа по созданию технологических установок следующего поколения уже начата как в Советском Союзе, так и за рубежом. Советские ученые предложили, в частности, схемы установок по бесконтейнерному получению материалов из расплавов, основанные на использовании лазерного излучения и ионно-плазменных пучков. В экспериментах, выполненных в условиях кратковременной невесомости под руководством академика Б. Е. Патона, прошли проверку оригинальные предложения советских ученых по управлению составом жидких сред с помощью виброакустических воздействий.

Технологические эксперименты на орбитальном научно-техническом комплексе «Салют-6» подтвердили практическую важность нового направления деятельности человека в космосе – получения улучшенных и уникальных материалов. Одновременно они показали, что переход к следующим этапам работ по этой проблеме и обеспечение опытно-промышленного производства материалов в космосе возможен лишь на основе развития нового научного направления – физики невесомости.

Хорошо известно, что в последние годы в народном хозяйстве все шире используются микроэлектронные и оптоэлектронные приборы – от современных вычислительных машин, управляющих сложнейшими процессами, до миниатюрных датчиков медицинского назначения. Большинство их создается на основе новых полупроводниковых или оптических материалов, которые представляют собой сплавы, состоящие из трех и более компонентов. При этом определяющим фактором практического применения таких материалов является высокая степень однородности их состава и совершенство кристаллической структуры.

Обеспечить эти характеристики очень трудно – составляющие материал элементы весьма различны между собой по плотности, вязкости, теплопроводности и другим свойствам. Теоретические расчеты показали, что в условиях невесомости при снижении влияния тепло- и массопереноса качество кристаллов должно возрасти. Благодаря лучшей однородности состава нуждам приборостроителей отвечает значительно большая часть «космических» монокристаллов, чем полученных на Земле. Высокая стоимость ряда полупроводниковых материалов позволяет рассчитывать, что их производство даже в космических условиях окажется рентабельным. Поскольку же теория пока не может точно указать материалы, получение которых в невесомости перспективно, то необходимо» провести натурные опыты.

Во время полетов международных экипажей на борту орбитальной станции «Салют-6», помимо совместной национальной программы, выполнены технологические эксперименты «Морава», «Сирена» и «Беролина». Их цель – изучение методов получения различных материалов в советских космических универсальных печах «Сплав» и «Кристалл». После возвращения образцов на Землю в институтах Советского Союза и других стран – участниц эксперимента был проведен их анализ... Каковы же предварительные результаты исследований?

В совместном советско-чехословацком эксперименте «Морава» в невесомости были получены методом выращивания из расплава сложные направленные эвтектики (кристаллические конгломераты) хлористого свинца с хлористым серебром и хлористого свинца с хлористой медью, бромистой ртути с двухбромистой ртутью, а также стеклообразный полупроводниковый материал германий–сера–сурьма. В совместном советско-польском эксперименте «Сирена» из расплава выращены сложные соединения ртуть–кадмий–теллур, а из газовой фазы – ртуть–кадмий–селен и свинец–селен–теллур. Объектами совместного эксперимента ученых СССР и ГДР стали выращенные из расплава полупроводники висмут – сурьма, из газовой фазы – свинец – теллур, а также оптическое стекло с примесями редкоземельных элементов. В итоге удалось установить ряд общих закономерностей, представляющих, на наш взгляд,. интерес для дальнейшего развития космической технологии.

Известно, что на орбитальных станциях абсолютной невесомости нет и технологические процессы, следовательно, протекают в условиях так называемых микроускорений. А как они влияют на интенсивность конвективных потоков в жидкой или газовой фазах вещества?

В ходе экспериментов было установлено, что в процессе роста кристаллов из газовой фазы конвекция исчезает, когда микроускорения меньше земного на 4 – 5 порядков, а из расплава – на 5 – 7 порядков. Существенные поправки в эту закономерность вносят некоторые другие факторы, например, конвективная диффузия и различные внешние воздействия. Последние особенно нежелательны для процессов космической технологии, когда они носят пульсирующий характер.

На форму и свойства полученных в космосе материалов влияют еще силы поверхностного и межфазного натяжения. Однако, как показал анализ доставленных на Землю образцов, действие этих сил в невесомости кое в чем изменяется. Отсюда вытекают некоторые особенности процессов космической технологии. Прежде всего изменяется температура плавления некоторых материалов. Это приводит к заметному отклонению формы кристалла от ожидаемой, к перераспределению баланса сил, определяющих его рост вблизи поверхности, и, по-видимому, распространяется на всю глубину теплового и динамического пограничных слоев.

Очевидно, особенностями действия этих сил следует объяснить и выделение газовых пузырьков только на поверхности кристаллов при полном их отсутствии внутри материала. Такая самопроизвольная дегазация требует дальнейшего пристального изучения, так как может иметь существенное практическое значение. Влиянием поверхностных сил, видимо, следует объяснить резкое изменение у ряда сложных полупроводников состава и структуры в поверхностном слое толщиной 30 – 40 мкм. Этот эффект, не имеющий аналогов в земных условиях, сейчас детально анализируется.

Известно, что рост монокристаллов на Земле вызывается «затравкой», причем они, как правило, сохраняют «заданную» кристаллографическую ориентацию. В космосе же у некоторых образцов было обнаружено изменение такой ориентации. Причины этого явления нуждаются в тщательном исследовании – от них в значительной степени зависят структурные и физико-химические свойства, а значит, и качество получаемой в космосе продукции.

При кристаллизации на Земле полупроводников, состоящих из компонентов с различными удельными весами, обычно трудно достичь равномерности состава. А в космосе эта задача значительно облегчается. Получение же сложных кристаллических конгломератов с совершенной структурой и свойствами очень важно как для оптического приборостроения, так и для создания микроэлектронных устройств с высокими разрешающими возможностями.

Подводя итоги, можно сказать, что в результате экспериментов «Морава», «Сирена» и «Беролина» доказана принципиальная возможность изготавливать в невесомости ряд материалов для электронной и оптической техники с характеристиками лучшими, чем у приготовленных на Земле, и регулировать их параметры. Значит, допустимо говорить об организации в будущем их производства в космосе. Но на пути к этому предстоит не только четко определить перспективные материалы, но и провести дальнейшее исследование процессов тепло- и массопереноса, кристаллизации, а также создать новое, более совершенное оборудование. Необходимо разработать методы наземного моделирования для прогнозирования качества материалов, получаемых в невесомости.

Работами интернациональных экипажей на «Салюте-6» сделан важный шаг в развитии космической технологии. Продолжение подобных экспериментов В. Ляховым и В. Рюминым, в частности совместный советско-болгарский эксперимент «Пирин», приближает время, когда материалы, производимые в космосе, будут успешно применяться при создании более совершенных приборов и устройств для народного хозяйства.

На борту космического комплекса «Салют-6»–«Союз» проведено уже более 50 технологических экспериментов. Среди них эксперименты под названием «Сплав-01».

И вот на столе специалистов образцы полупроводниковых материалов, металлических сплавов и стекол, полученных по космической технологии нашими космонавтами. Чем они отличаются от своих земных собратьев? Какие особенности приобрели в космосе? Ведь именно для этого технологи выносят свои эксперименты на космические орбиты.

Исследования не закончены, и, видимо, рано еще делать окончательные выводы о перспективности производства того или иного материала в космосе. Но о некоторых результатах, проливающих свет на картину их получения, можно уже сказать сейчас.

Научная программа экспериментов «Сплав-01» комплексная. Ее цель – изучение особенностей процессов плавления и кристаллизации материалов в условиях невесомости. Это полупроводники, металлические сплавы, стекла. Все они имеют сложный химический состав. Часто в них входят компоненты с различными плотностями. Поэтому в земных условиях тяжелые компоненты стремятся занять более низкие по высоте положения в расплаве, в результате чего он становится неоднородным по составу. Происходит, как говорят специалисты, ликвация компонентов по весу. Из такого расплава трудно получить однородные по составу и свойствам материалы. Конвекционные потоки – следствие действия силы тяжести – также в ряде случаев не позволяют получать материалы с необходимыми свойствами, например, полупроводники, стекла.

Общность физических явлений, лежащих в основе упомянутых процессов, позволила объединить в единой программе «Сплав-01» такие материалы, как металлы, полупроводники, стекла. Важно было выяснить, каким будет влияние невесомости на состав, структуру и свойства материалов, когда отсутствуют ликвация и конвекция.

При выборе объектов исследования упор делался на материалы, при получении которых в земных условиях ярко проявляются ликвационные процессы.

Основным полупроводниковым материалом, исследуемым в рассматриваемой программе, стал твердый раствор теллуридов кадмия и ртути. Из-за ликвации в расплавах при выращивании монокристаллов этого полупроводника в земных условиях лишь небольшая часть монокристалла оказывается пригодной для использования в электронных приборах. Поэтому монокристаллы высокого качества из этого материала стоят дорого, и перспективность улучшения их свойств – немаловажный фактор в обосновании экономической стороны космических экспериментов.

Для изучения ликвационных процессов в расплавах при выращивании монокристаллов методом направленной кристаллизации выполнены также эксперименты и с полупроводниковыми твердыми растворами антимонида индия с висмутом и висмута с сурьмой.

В условиях невесомости впервые была проверена принципиальная возможность осуществления направленной кристаллизации веществ с высокой упругостью пара и склонных к ликвации. Получены слитки полупроводника (теллурид кадмия и ртуть) с крупными монокристаллическими блоками в начальной части, где имеется область переменного состава, переходящая в область с постоянным составом. Это указывает на диффузионный характер процессов выравнивания состава в расплаве и согласуется с результатами экспериментов, ранее проведенных на орбитальных станциях советскими и американскими космонавтами. Локальный рентгеновский спектральный анализ участка слитка позволил выявить высокую микрооднородность.

Исследования кристаллов антимонида индия, содержащих микродобавки цинка и теллура, также подтвердили определяющую роль диффузии в переносе компонентов в расплаве. Получены кристаллы с более равномерным распределением компонентов, чем в земных условиях.

В полупроводниковых сплавах антимонида индия и висмута обнаружена чрезвычайно важная особенность в распределении компонентов по слитку. Эту особенность можно рассматривать как результат влияния микроускорений (их величина составляет 10^–5 от величины ускорения земной силы тяжести), действовавших в месте расположения печи «Сплав-01» на комплексе «Салют-6»–«Союз». Аналогичная картина наблюдалась ранее в технологическом эксперименте «Универсальная печь» программы «Союз»–«Аполлон». Этот эффект имеет принципиальное значение. В случае его подтверждения придется учитывать ориентацию технологических установок и устройств относительно направления ускорений, действующих на космических объектах.

Как известно, по программе «Сплав-01» выполнен широкий комплекс экспериментов с металлами. Наряду с исследованием ликвационных процессов изучается образование фаз и взаимодействия расплавов металлов с более тугоплавкими металлами, находящимися в твердом состоянии. Это важно не только с точки зрения создания теоретических основ космического материаловедения, но и для решения таких практических задач, как создание композиционных материалов, сварка и пайка в космосе. Выполнены эксперименты с большим числом композиций: расплав алюминия – твердый вольфрам, расплав алюминия – твердая медь, расплав олова – твердая медь и др. Изучается синтез химических соединений, образующихся при сплавлении металлов и обладающих полупроводниковыми, магнитными и сверхпроводящими свойствами.

Изучение микроструктуры металлических сплавов показывает, что в условиях невесомости ликвация по весу подавлена. Повысилась однородность распределения фаз. При кристаллизации в невесомости первичные кристаллы этих фаз имеют большие размеры, чем на Земле. Они обладают более совершенной огранкой, что хорошо видно на фотографии образцов сплавов алюминия с вольфрамом, полученной на рентгеновском дефектоскопе.

Повышенная однородность распределения фаз в космических образцах указывает на возможность получения в невесомости композиционных сплавов с более однородными свойствами и прежде всего более прочными. Такие сплавы требуются в ряде отраслей промышленности.

Обнаруженная особенность выделения более совершенных первичных кристаллов дает возможность рекомендовать проведение экспериментов в космосе для получения технически ценных кристаллов методом массовой кристаллизации из растворов-расплавов.

При кристаллизации в невесомости металлического материала, образованного из двух несмешивающихся компонентов (алюминий–висмут), получена структура, существенно отличающаяся от земной.

В обычных условиях компоненты сплава алюминия с 30% висмута расположены в виде двух слоев. В невесомости наблюдается их перемешивание независимо от плотности, что подтверждается микроструктурным и рентгеноспектральным анализами.

Изучение образцов стекол также дает дополнительную информацию о ликвационных процессах, управляя которыми можно будет делать стекла более однородными по составу и свойствам или, наоборот, создавать в стекле наперед заданные распределения добавок самых различных элементов для регулирования его оптических свойств. Это необходимо для современной оптики и квантовой электроники.

Программа экспериментов «Сплав-01», выполняемая с участием ряда научно-исследовательских институтов и организаций страны, – важный шаг на пути решения многих практических вопросов технологии материалов в невесомости. Полученные результаты служат стимулом для дальнейшего развития теории затвердевания и роста кристаллов, способствуют совершенствованию технологических процессов в земных условиях.

Космические исследования вызвали резкий скачок технической оснащенности не только в электронике, фотоделе, способах передачи информации, но и в обычной земной химии. Ученые Горного института Кольского филиала АН СССР получили для анализа образцы лунного грунта, доставленного на Землю советскими автоматическими станциями. Для этих исследований трудно было применить обычные методы анализа – слишком микроскопичны были образцы.

И вот принялись за работу ученые, инженеры, умельцы института. В короткий срок они создали и методику, и ювелирные инструменты для работы с лунными частицами. Как телеграфирует корреспондент ТАСС В. Белоусов, результаты исследований уже отправлены в Москву, а «лунная технология» осталась в Мурманске. Сегодня она широко используется при изучении образцов, доставленных не с поверхности лунного моря, а из различных районов Кольского полуострова, с Урала.

– Каждый, кто был причастен к созданию новой технологии, – рассказывает ученый секретарь президиума Кольского филиала академии Г. Калабин, – ощутил резкий качественный сдвиг в теоретическом и инструментальном обеспечении сложных экспериментов. Стали более точными и менее трудоемкими исследования физических и химических свойств различных пород земного происхождения.

Вернулись в земные лаборатории пластинки, покрытые в космосе серебряной пленкой в ходе эксперимента «Испаритель», проведенного космонавтами В. Ляховым и В. Рюминым на орбите.

Заведующий лабораторией Института электросварки им. Е. О. Патона АН УССР кандидат технических наук В. Ф. Лапчинский достает из сейфа небольшие пластмассовые рамки со вставленными в них металлическими пластинками. Нанесенный слой – ровный, гладкий, так что в блестящее покрытие можно смотреться, как в зеркало. Разумеется, такой визуальной оценки специалистам мало, и они подвергнут эти пленочки самой тщательной и всесторонней проверке, определят их структуру, свойства и надежность сцепления с «подложкой».

– Задача по созданию нашей установки, – говорит В. Ф. Лапчинский, – была сопряжена с рядом сложностей. Так, на Земле нельзя точно представить и воспроизвести именно ту специфику космического вакуума, который был в шлюзовой камере «Салюта-6». Нужно было «вписать» наш прибор в выделенное для него место, создать специальный тигель для расплавленного серебра. Наши специалисты обучили управлению установкой космонавтов, ставших в дальнейшем ее операторами на орбите. Отличная предполетная подготовка и высокая квалификация Ляхова и Рюмина сказались – «Протоны» при содействии специалистов, консультировавших их по радио из Центра управления полетом, успешно справились с возникавшими затруднениями, наладили и запустили «Испаритель». И на 24 пластинках, закрепленных попарно в 12 кассетах, были нанесены серебряные покрытия. Сейчас в земных лабораториях подводятся итоги эксперимента.

10 лет назад, 16 октября 1969 г., впервые в мире советский космонавт В. Кубасов на борту корабля «Союз-6» выполнил уникальный технологический эксперимент – сварку плавлением и резку металлов с помощью созданной в Институте электросварки им. Е. О. Патона АН УССР установки «Вулкан».

Тема беседы корреспондента «Правды Украины» с президентом Академии наук УССР, директором Института электросварки, дважды Героем Социалистического Труда, лауреатом Ленинской и Государственной премий СССР академиком Б. Е. Патоном – космические технологии, их настоящее и будущее.

– Борис Евгеньевич, когда впервые зародилась реальная мысль о проведении подобных технологических экспериментов?

– О возможности и необходимости сварочных работ в космосе впервые реально зашла речь в начале 60-х годов. Помню, я ездил по делам к академику С. П. Королеву. Наш Институт тогда уже участвовал в работах этого важнейшего научно-технического направления: ведь без сварки просто немыслимо создание ракет, спутников, кораблей и другой космической техники. Но Сергей Павлович предвидел, что предстоит сделать принципиально новый качественный шаг: от сварки для космоса – к сварке в космосе.

Яркое, незабываемое впечатление оставила у меня первая экскурсия по «хозяйству» Сергея Павловича. Он показывал ракету-носитель, космические корабли и спутники, а также обгоревшие, закопченные спускаемые аппараты, возвратившиеся из космоса. Мы сидели с ним в кабине одного из кораблей и рассуждали, где и как тут можно получше разместить сварочную установку.

Королев делился со мной и таким замыслом: с помощью космических кораблей-буксировщиков собрать отслужившие отсеки космических кораблей, спутники и другие объекты, а их с каждым годом все больше вращается вокруг Земли, пока они не сгорают в плотных слоях атмосферы, – чтобы они не пропадали бесполезно. Это – готовые конструкции из высококачественного металла и фактически целые секции, из которых можно монтировать крупные орбитальные станции. Вот тогда-то и пригодится сварка.

Сергей Павлович всячески поддерживал наши исследования – по его инициативе мы начали работы, которые через несколько лет привели к эксперименту с «Вулканом». К сожалению, сам он не дожил до воплощения в металле мечты о сварке в космосе. День реализации этой идеи – 16 октября 1969 г. – по праву можно считать днем рождения космических технологий.

Хотя термин «космические технологии» появился недавно, в 70-х годах, однако проведенный в 1969 г. на «Союзе-6» эксперимент представлял собой именно технологический процесс, связанный с нагревом и расплавлением металла. Компактные сварочные устройства, включенные в комплекс «Вулкана», продемонстрировали работоспособность и надежность, а главное – подтвердили принципиальную возможность выполнения в космосе таких операций. Мы впервые предложили выйти на орбиту с огневыми процессами и экспериментально доказали, что они не представляют опасности для космических кораблей, станций и экипажей.

– Минувшее 10-летие богато технологическими исследованиями в космосе. Что можно сказать о достижениях ученых Советского Союза и других стран на этом пути?

– Стоит, пожалуй, напомнить о том, что же заинтересовало в космических исследованиях нас – ученых-материаловедов, специалистов в области сварки и металлургии. Нас космос привлек условиями, которых нельзя достичь на Земле, – даровым глубоким вакуумом в сочетании с практической невесомостью. Сюда добавляется и третий фактор – широкий интервал перепада температур, при которых может находиться расплавленный и кристаллизующийся металл. Так в многогранных программах работы экипажей орбитальных станций появились материаловедческие аспекты. На орбите стали проверяться различные идеи ученых – о выращивании ценных монокристаллов с весьма совершенной структурой, получении тонких пленок и фольг, создании полупроводниковых и композиционных материалов, высокочистых металлов, стекол, керамики с улучшенными и даже с необычными, уникальными свойствами, о также о смешении компонентов, не желавших соединяться в земных условиях. К примеру, невесомость в принципе позволяет получать прочные и в то же время легкие материалы с равномерным распределением в них пор по заданной программе.

Многочисленные технологические материаловедческие исследования проведены на орбитальной станции «Салют-6» с установками «Сплав» и «Кристалл», а совсем недавно – эксперимент по нанесению покрытий с помощью «Испарителя». Раньше на «Салюте-5» выполнены эксперименты по экзотермической пайке в космических условиях.

В последние годы исследования по космическим технологиям приобрели интернациональный характер. Это и совместные эксперименты на орбитальном комплексе «Союз»–«Аполлон» в рамках советско-американской программы ЭПАС, и ряд исследований по программе «Интеркосмос» с участием научных учреждений и космонавтов – граждан социалистических стран на советском «Салюте». На днях в Москве ученым Франции были переданы контейнеры со сплавами, полученными на «Салюте-6» космонавтами В. Ляховым и В. Рюминым, выполнившими советско-французский эксперимент «Эльма».

– Космический технологический эксперимент длится, в основном, недолго. Но этим «звездным мгновениям» предшествует огромный объем научных исследований в земных лабораториях...

– Без кропотливой земной работы, без фундаментальных и прикладных исследований об успехе технологических экспериментов в космосе нечего и мечтать. Проиллюстрирую это на примере нашего «Испарителя». Об эксперименте недавно рассказывалось в прессе. Так вот, чрезвычайно важно было решить задачу – как удержать жидкий металл в тигле? Это отнюдь не мелкая «техническая деталь», а сложный вопрос принципиального характера. Найти оригинальное устройство тигля помогли сложные расчеты, различные конструкционные ухищрения, длительные наземные исследования в вакуумных камерах и, наконец, эксперименты на борту реактивного самолета, салон которого стал лабораторией.

Летчик раз за разом выполнял пилотажную фигуру – «горку», и примерно на 20 – 25 с удавалось получать невесомость, хоть и не совсем «чистую», но все же позволявшую отрабатывать и технику, и технологический процесс, и оптимальные приемы работы. Так по десяткам секунд набиралось много часов испытаний. Аналогичные проверки в «летающей лаборатории» прошли в свое время и «Вулкан», и другие наши космические разработки.

Современные орбитальные станции уже снабжаются наборами инструментов для ремонтно-профилактических работ. Они там необходимы – все в мире изнашивается. В космосе и инструменты, и технологии должны соответствовать специфическим условиям, и в частности, быть безынерционными, безреактивными. Например, обычная плазменная горелка – это по сути миниатюрный реактивный двигатель. И если не предпринять мер, то космонавт, включив горелку, возникшей реактивной силой будет отброшен назад.

Космические экспедиции становятся все более продолжительными, и я думаю, что пришло время, когда на долгосрочных орбитальных станциях нужно устанавливать и сварочное оборудование. Дело для него найдется. Например, все мы помним, как на завершающем этапе полета на «Салюте-6» В. Ляхову и В. Рюмину пришлось выполнять «нештатную» работу – выйти в открытый космос, чтобы отсоединить антенну радиотелескопа, зацепившуюся за конструкции стыковочного узла станции. Если бы космонавты имели компактную электронно-лучевую пушку, то могли бы легко разрезать тросики электронным лучом.

– Какими видятся перспективы космических технологий?

– На мой взгляд, они будут развиваться по трем основным направлениям. Первое – это строительно-монтажные работы в космосе. С. П. Королев еще в 60-х годах высказывал идею использования так называемых трансформируемых конструкций, которые, складываясь на Земле в малые габариты, транспортируются в космос и там раскрываются. Невесомость открывает здесь интересные возможности. При монтаже таких конструкций понадобится сварка.

Невесомость может оказаться нашим помощником и в изготовлении конструкций и отсеков орбитальных станций будущего из тонколистового металла и даже из фольги.

Когда все это выйдет из стадии лабораторных экспериментов и перед практической космонавтикой встанет вопрос о космических технологиях в производственном масштабе (заводы на орбите и др.), то наступит время реализации масштабного применения сварки в космосе. А в будущем сварка и резка металлов и других материалов понадобится и при монтаже станций для дальних полетов к планетам, а потом настанет черед постройки там жилых и производственных сооружений.

Однако вернемся к более близким задачам. Чем дольше служит орбитальная станция, тем больше возникает ремонтно-восстановительных проблем – это второе направление развития космических технологий. Лучше не доставлять новые узлы с Земли, а восстанавливать действующие на месте, в открытом космосе.

Третье направление – развитие космических технологий, позволяющих получать на орбите различные уникальные материалы, о которых я уже говорил.

При оценке любого нового космического технологического процесса должна определяться и экономическая эффективность его использования для нужд народного хозяйства. Так, в ряде отраслей промышленности ужо применяется малогабаритное высоконадежное оборудование для электронно-лучевой сварки. И вообще, мы всегда стремимся на различных производствах применять в земных условиях то технологии, которые хорошо зарекомендовали себя в космосе: ведь там используются наиболее интересные, прогрессивные решения.

Закончить нашу беседу я хочу словами из последней статьи Сергея Павловича Королева «Шаги в будущее»: «То, что казалось несбыточным на протяжении веков, что еще вчера было лишь дерзновенной мечтой, сегодня становится реальной задачей, а завтра – свершением...».

Почти год и 9 месяцев успешно функционирует на орбите советская орбитальная станция «Салют-6». И все это время она невидимыми, но прочными радионитями связана с Землей. По радиолинии на борт уходят команды, ведутся переговоры с экипажами, передаются сигналы телеметрии с данными о результатах выполненных экспериментов, «самочувствии» всех систем огромной станции, пристыкованных к ней кораблей. Объем передаваемой за один сеанс связи информации эквивалентен количеству печатных знаков, содержащихся в 3-месячной подшивке «Известий». А ведь когда станция работает в пилотируемом режиме, ежесуточно проводится не менее 45 – 50 сеансов. Это наглядно демонстрирует, какое громадное значение имеет радиосвязь для обеспечения космических полетов.

Более 100 сут радиомост «Земля – орбита» надежно обеспечивает связью третью длительную экспедицию на борт «Салюта-6» – космонавтов В. Ляхова и В. Рюмина. Впервые в истории во время работы этой экспедиции осуществлена двусторонняя телевизионная связь с экипажем. Теперь не только их видно с орбиты, но и они могут видеть Центр управления. Без преувеличения можно сказать, что радиосвязь имеет жизненно важное значение для космонавтики. А полезна ли в свою очередь космонавтика развитию традиционных систем связи? Какую роль играет космическая техника в удовлетворении чисто земных нужд в линиях связи? Об этом корреспондент «Известий» Б. Коновалов попросил рассказать первого заместителя министра связи СССР В. Шамшина.

– Благодаря космонавтике, – говорит Василий Александрович, – родилось одно из самых великолепных достижений современной техники – специальные спутники связи, которые принимают сигналы земных передатчиков, усиливают их и транслируют в другой район земного шара. С помощью спутников радиосвязь можно сделать глобальной в широком диапазоне волн. Спутники связи широко используются и во время космических полетов. Например, морские корабли слежения, отдаленные наземные станции командно-измерительного комплекса осуществляют связь с Центром управления через спутники типа «Молния». Благодаря этому можно существенно увеличить время связи с космическими аппаратами.

Эта способность спутников поддерживать связь между удаленными объектами имеет колоссальное значение для нашей страны с ее огромными просторами. Сейчас, например, идет интенсивное освоение районов Сибири, Дальнего Востока. Появляются новые большие города в зоне БАМа, нефтегазоносных районов. Как обеспечить их надежной связью в самые сжатые сроки? Это можно сделать только с помощью космических каналов связи, без строительства наземных линий.

В нашей стране уже давно действует космическая система связи «Орбита», использующая спутники. С их помощью ведутся передачи Центрального телевидения, московских радиопрограмм в отдаленные районы Севера, Сибири, Дальнего Востока, Средней Азии. Передаются фотокопии центральных газет в Хабаровск, Иркутск, и местные типографии могут их печатать практически одновременно с московскими. Много лет осуществляется через спутники надежная телефонная и телеграфная связь с Восточной Сибирью и Дальним Востоком.

Сейчас в стране уже создано около 100 крупных космических станций и несколько сотен малых станций, распределительных систем. Все они связаны в единую сеть, которая продолжает расширяться и совершенствоваться. С технико-экономических позиций эта система вполне конкурентоспособна с наземными линиями связи. Качественные ее показатели лучше, чем у наземных линий сверхдальней протяженности. Особенно выгодна космическая система для так называемой симплексной связи, когда идет односторонний поток информации – телевидения, радиовещания, фотокопий газет и т. д. из одного центра. При этом, создав одну передающую станцию, можно практически неограниченно расширять сеть приемных станций.

Осуществление дуплексной – двусторонней связи, которая необходима для телефонных и телеграфных каналов, – вещь более дорогостоящая и сложная.

В целом надо сказать, что космические и наземные линии не конкурируют, а дополняют друг друга. Космическая система позволяет быстро создавать как бы «очаги» связи, которые потом постепенно дополняются традиционными линиями и сливаются с существующей наземной сетью.

– В каких направлениях будет дальше развиваться космическая связь, каких новинок можно ожидать в будущем?

– Сейчас большой акцент будет делаться на развитие сети малых станций приема программ Центрального телевидения. Их можно размещать в поселковых отделениях связи, правлениях колхозов, совхозов и обслуживать округу в радиусе до двух десятков километров. Их стоимость и трудозатраты на сооружение в десятки раз меньше, чем у станций «Орбита». Сейчас в экспериментальном порядке ведутся телевизионные передачи через геостационарный спутник «Экран» на районы Центральной Сибири. С будущего года эта система вступит в постоянную эксплуатацию.

Наряду с этой системой разрабатываются и другие, которые позволят расширить территорию обслуживания. В будущем году мы начнем испытания системы для севера европейской части страны и Сибири. В последующие годы такого рода система будет работать в районах Дальнего Востока.

Наряду с этим будет развиваться и система «Орбита». Оснащение станций этой системы передатчиками в крупных культурных центрах позволит широко использовать наиболее интересные местные телепрограммы. Сейчас уже телестудии Хабаровска, Владивостока, Алма-Аты имеют возможность «вкрапливать» свои передачи в общесоюзные программы. Скоро это смогут делать Новосибирск, Иркутск и другие удаленные города.

Дальнейшее развитие получит система передачи фотокопий центральных газет через спутники связи. Эта сеть будет расширяться главным образом в районах Сибири, Дальнего Востока, Средней Азии, где протяженность самолетных трасс доставки матриц из Москвы достигает нескольких тысяч километров. Мы ведем работу, чтобы на местных полиграфических базах устанавливать сравнительно простое приемное оборудование, которое позволило бы им принимать фотокопии газет из Москвы.

Ведется также работа по обеспечению трансляции через спутники связи программ Всесоюзного радио на сеть передатчиков ультракоротких, средних и длинных волн, узлы проводного вещания. Наземные станции космической системы связи дадут высокое качество трансляции радиовещания в самые отдаленные районы страны.

В специальной печати и кругах специалистов сейчас обсуждается возможность превращения в электронную форму части все возрастающего потока почтовой корреспонденции и передачи ее через спутники связи. Но это дело будущего.

– Как развивается международная система связи «Интерспутник»? Какие задачи возлагаются на нее в освещении Московской олимпиады в будущем году?

– Система «Интерспутник» уверенно набирает силу и с каждым годом играет все большую роль в организации международной связи. Наземные станции для связи через советские спутники созданы практически во всех странах СЭВ и успешно эксплуатируются. Особенно интересно растет загруженность каналов связи с Кубой. «Интерспутник» будет обеспечивать связь во время совещания неприсоединившихся стран, которое будет проходить на Кубе в августе этого года. В ближайшие годы станции системы «Интерспутник» начнут работать и в ряде других дружественных стран.

Во время проведения «Олимпиады-80» будут работать две спутниковые системы связи – «Интерспутник» и «Интелсат», которая использует американские спутники. Из тех 20 телевизионных программ, что будут формироваться в Москве для передачи за рубеж различными телевизионными компаниями разных стран мира в соответствии с национальными интересами, более половины должны передаваться через спутники связи. Для этого под Москвой строится новая наземная станция космической связи, модернизируются действующие.

Так что космос будет успешно служить спортивному олимпийскому движению, объединяющему все народы нашей планеты.

К Дню радио радиолюбители обычно подводят итоги конструкторской работы. Задумываются над результатами своих дел и разработчики аппаратуры первых экспериментальных радиолюбительских спутников серии «Радио».

Прошло более полугода с момента, когда позывные RS впервые зазвучали из космоса. За время активного существования радиолюбительских спутников их разработчики с помощью большой группы энтузиастов провели важные эксперименты. Были проверены энергетические и качественные показатели канала ретранслятора, маяка, командной радиолинии. Удалось проверить в условиях космического полета функционирование антенн и аппаратуры передачи телеметрической информации, систем энергопитания, терморегулирования и других, оценить механическую прочность узлов ИСЗ и их конструкции в целом.

Теперь можно сказать, что спутники «Радио-1» и «Радио-2», созданные силами радиолюбительской, студенческой и инженерной общественности, свои задачи полностью выполнили.

Уже первые данные телеметрии, принятые на Центральном приемно-командном пункте ДОСААФ 26 октября 1978 г. в Москве и на резервном пункте в г. Арсеньеве Приморского края, показали, что отделение ИСЗ от носителя произошло в предусмотренное программой время, антенны раскрылись, бортовая аппаратура включилась и начала нормально функционировать. Сигналы с борта спутников «Радио-1, -2» были приняты во многих странах земного шара. Как только по команде с Земли была включена аппаратура ретрансляции, тут же были проведены первые двусторонние связи.

Рассмотрим некоторые итоги работы систем ИСЗ за время опытной эксплуатации.

Прием сигналов маяка. Многочисленные радионаблюдения в разных частях земного шара за сигналами маяка показали, что для приема телеметрии, позывного и определения моментов восхода и захода ИСЗ мощность излучения бортового передатчика вполне достаточна. За время всего полета мощность и частота передатчика практически оставались постоянными. Однако уровень сигналов, принимаемый на Земле в зоне радиовидимости, менялся в зависимости от наклонной дальности, ориентации антенн ИСЗ и состояния ионосферы.

На Центральном приемно-командном пункте обработано большое количество полученной информации. Определялось влияние каждого из этих факторов в отдельности в сравнении с расчетными данными. Уровень сигнала изменялся в зависимости от длины трассы радиолинии (1700 – 4800 км) до 9 дБ. Проведенные наблюдения показали, что из-за изменения диаграммы направленности антенн (спутник вращался) колебания уровня сигнала в 90% времени достигали 6 дБ. При этом аномальные условия распространения, как загоризонтное прохождение и связанные с этим замирания, не учитывались. Прием велся на антенну с круговой поляризацией, поэтому влияние эффекта Фарадея было незначительным.

Нами замечен ряд интересных особенностей прохождения сигналов, связанных с состоянием ионосферы. Так, в ночное время, когда электронная концентрация выражена слабо, напряженность поля в точке приема близка к расчетной. В дневное время, в часы максимальной электронной концентрации, ослабление сигналов достигало 15 – 18 дБ. Трудности приема сигналов в дневное время усугублялись также значительными индустриальными помехами.

Связи через ретранслятор. Мы обработали материалы действия бортовой аппаратуры спутников «Радио-1, -2» в режиме ретрансляции примерно за 500 ч. За это время через ИСЗ более 600 корреспондентов из 70 различных стран провели свыше 8000 связей. Более 80% операторов пользовалось телеграфом, около 15% – телефоном (SSB) и менее 5% – RTTY, SSTV, телефоном AM и ЧМ. Наши наблюдения показали, что число радиостанций, которые пользуются космическими ретрансляторами, быстро растет. Так, в СССР за 2,5 месяца число радиостанций, работающих через ИСЗ, увеличилось в 10 раз. В январе, например, количество одновременно работавших операторов через ИСЗ в европейской зоне радиовидимости на отдельных витках превышало 30.

Так как большинство операторов радиостанций работало телеграфом, полоса частот ретранслятора (40 кГц), как правило, обеспечивала прохождение сигналов любительских передатчиков. Трудности же возникали, когда земные любительские станции работали чрезмерно большой мощностью. Корреспонденты этих станций, исходя из желания получить более громкий сигнал на выходе ретранслятора, не учитывали, очевидно, что космический ретранслятор не обладает линейными свойствами ионосферы, перегружали его, а это приводило к потере связи.

Перегрузка наступала, когда суммарная мощность работающих радиостанций или мощность хотя бы одного передатчика на входе ретранслятора превышала некоторый допустимый порог. В «Радио-1» при этом срабатывала система защиты, аппаратура автоматически переводилась в дежурный режим, и вновь ее включить можно было лишь по команде с Земли.

В «Радио-2» ретранслятор рассчитан на больший динамический диапазон и не имел порогового устройства защиты. При перегрузках более мощная станция подавляла другие сигналы, нарушения же связи наблюдались редко.

Как же изменялся уровень ретранслируемого сигнала за время прохождения зоны радиовидимости?

На участках Земля – ИСЗ и ИСЗ – Земля сила сигнала колебалась в пределах 9 дБ. До 6 дБ понижался уровень сигнала из-за изменения диаграммы направленности приемной антенны ИСЗ и также до 6 дБ – из-за изменения диаграммы направленности передающей антенны ИСЗ.

Если не учитывать замирания сигнала из-за эффекта Фарадея и влияния ионосферы, то суммарное изменение уровня сигнала в отдельные промежутки времени в течение 90% времени наблюдения может составлять до 30 дБ. Как показал опыт, это вполне допустимо для проведения любительских связей. Дело в том, что колебания силы сигнала в пределах 10 дБ не оказывают существенного влияния на работу оператора, а остальные 20 дБ можно скомпенсировать, регулируя эффективно излучаемую мощность наземного передатчика в пределах 0,1, . . ., 10 Вт (20 дБ). В практике это легко достигается либо изменением мощности, подводимой к выходному каскаду, либо поворотом передающей антенны.

Опытная эксплуатация радиолюбительских спутников подтвердила необходимость уделять особое внимание подготовке приемной аппаратуры и приемной антенны. Именно они во многом определяют успешную работу через ИСЗ. Операторам зачастую приходится иметь дело с очень слабыми сигналами. Особенно тяжелы условия приема в крупных городах из-за большого уровня промышленных помех.

Эксперименты показали широкие возможности использования радиолюбительских ИСЗ для организации связи на большие расстояния с помощью радиостанций весьма малой мощности. Например, через «Радио-1» проведены QSO дальностью до 7000 – 8000 км при эффективной излучаемой мощности всего 100 мВт.

Работа системы телеметрии. Как известно, на борту «Радио-1, -2» в качестве основной телеметрической системы были применены устройства, формирующие телеметрическую информацию в коде азбуки Морзе. В обоих ИСЗ аппаратура работала нормально. Объем информации, поступавший со спутников, позволил Центральному приемно-командному пункту ДОСААФ иметь достоверные и достаточно полные данные, характеризующие работу всех бортовых систем. Анализируя их, руководители полета принимали необходимые решения, в космос подавались соответствующие команды, вводившие параметры аппаратуры в нормы, составлялись программы на последующие периоды эксплуатации.

Оправдали себя предусмотренные проектом два режима работы системы телеметрии: передача короткого и полного циклов. В коротком цикле, состоящем из 7 каналов, передавались наиболее важные параметры, легко доступные для расшифровки. Полный цикл из 30 каналов использовался в основном разработчиками, производящими всесторонний анализ состояния и функционирования бортовых систем.

Обнадеживающие результаты получены при испытании экспериментальной аппаратуры быстродействующей телеметрии. Она показала себя достаточно надежной системой. На 1000 знаков, принятых из космоса и записанных с помощью телетайпа, было зафиксировано от 1 до 14 искажений. Это подтвердило возможность использования простой, изготовленной в любительских условиях быстродействующей аппаратуры.

Работа командной радиолинии. На спутниках «Радио-1, -2» применены практически одинаковые системы КРЛ. Функционировали они вполне надежно, подтвердив тем самым правильность заложенных в них концепций. За все время эксплуатации не было ни одного ложного исполнения команд, переданных с Земли. Однако при работе системы КРЛ «Радио-1» (с повышенной скоростью передачи кодограмм) отмечены случаи срабатывания от шумов эфира. Это не явилось для нас неожиданным, так как такие случаи наблюдались при наземных испытаниях еще до запуска ИСЗ. Анализ, проведенный минскими радиолюбителями на ЭВМ, позволил установить с достаточной точностью уровень эфирных шумов, при котором может произойти ложное срабатывание командной аппаратуры.

В «Радио-2» скорость передачи кодограмм почти в 5 раз ниже и ложных срабатываний не наблюдалось.

Анализ работы КРЛ подтвердил необходимость применения систем с повышенной помехоустойчивостью и более тщательной их проверки в условиях, приближенных к реальным, или с помощью хорошей модели электромагнитной обстановки – в лабораторных условиях.

О системах питания и терморегулирования. Недостаточно надежным звеном в обоих ИСЗ оказались системы питания. В «Радио-1» через месяц эксплуатации вышла из строя одна из четырех буферных аккумуляторных батарей. Снизилось (несмотря на заряд от солнечных батарей) напряжение и остальных буферных аккумуляторов. Вероятная причина – повышение температуры внутри ИСЗ: с 300-го по 650-й виток она превышала + 50°C, так как в этот период орбиты ИСЗ находились в области 100% солнечной освещенности, и тепловой поток Солнца непрерывно разогревал корпус спутника. После 650-го витка ИСЗ начали заходить в тень Земли и температура снизилась до +25°С. Оказалась недостаточно эффективной использованная на спутнике «Радио-1» пассивная система терморегулирования, основанная на различной окраске поверхности корпуса. Вполне естественно, что при проектировании такой системы, без опытной проверки, невозможно было учесть все факторы, влияющие на температуру внутри ИСЗ. Трудность с обеспечением питания на спутнике «Радио-2» возникла из-за разгерметизации одной из двух аккумуляторных батарей, которые находились, как и все системы, не в герметизированном корпусе.

Достаточно устойчиво поддерживался в «Радио-2» тепловой режим с помощью полуактивной системы регулирования температуры. Вся тепловыделяющая аппаратура ИСЗ была закрыта экранно-вакуумной теплоизоляцией, а сброс тепла из внутреннего объема производился через тепловой мост, который замыкался на внешний радиатор по команде электронного блока с термочувствительным датчиком. Система терморегулирования «Радио-2» получила положительную оценку и, несомненно, найдет применение в новых поколениях радиолюбительских ИСЗ.

Итоги первого эксперимента по разработке и запуску радиолюбительских учебно-экспериментальных спутников серии «Радио» подтвердили правильность выбранного направления проектирования, а выявленные недостатки будут учтены в последующих разработках.

В заключение хотелось бы отметить большой интерес, проявленный советскими и иностранными радиолюбителями к работе через ИСЗ «Радио», и поблагодарить тех, кто прислал свои отзывы, рекомендации и замечания.

Большую и полезную работу по анализу результатов космического эксперимента провели многие представители инженерной и студенческой общественности, особенно выпускники и студенты Московского авиационного института им. С. Орджоникидзе и Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова.

Прошло два десятилетия с начала космических исследований Луны. Космическая техника не только помогла уточнить и расширить представления о природе нашего естественного спутника, но и способствовала новому развитию традиционных астрономических направлений в изучении Луны.

2 января 1959 г. запуском советской автоматической станции «Луна-1» ознаменовалось начало космической эры в лунных исследованиях. За истекшее 20-летие по пути к Луне, открытому первым посланцем человечества, прошли десятки автоматических станций и пилотируемые корабли. Космические аппараты добыли информацию, во много раз превышающую по объему все то, чем располагали ученые к моменту запуска первых лунников. Эти сведения уточнили и детализировали известное, открыли повое и поставили неожиданные вопросы перед исследователями.

Наглядным свидетельством чрезвычайно возросшего объема информации о Луне стало разделение лунных исследований на несколько направлений. Подобно наукам о Земле, возник целый комплекс лунных наук. Если ранее астроном, занимавшийся изучением естественного спутника Земли, был универсальным специалистом и легко переходил от одной лунной проблемы к другой, то современный уровень знаний потребовал привлечения значительного числа узких специалистов в различных областях пауки. Первыми на помощь астрономам пришли геологи, геофизики и геохимики. Опыт и знания, накопленные этими земными науками, обеспечили возможность детального анализа обширной информации о структуре гравитационного поля Луны и магнетизме лунных пород, времени кристаллизации собранных осколочных образцов и форме частиц, образующих мелкую фракцию лунного грунта, об элементном и минералогическом составе лунного материала.

Иногда еще возникают терминологические споры: следует ли вводить в обиход такое слово, как «селенология», или правильнее считать, что существует только геология, которая в одинаковой степени распространяется на все планеты? А между тем выясняется одна существенная тенденция: прямые параллели между Землей и Луной без учета специфики этих тел Солнечной системы проводить нельзя. Слепое перенесение понятий и методов геонаук на Луну, как правило, успеха не имеет. Следовательно, Луна в силу своей «оригинальности» заслуживает собственного комплекса наук, для которых геонауки – фундамент, а не готовая к применению схема.

Какое же место среди лунных наук на современном этапе их развития занимает астрономическое направление? Не перестал ли естественный спутник Земли быть астрономическим объектом после того, как нога человека ступила на его поверхность? Не получилось ли так, что процесс дифференциации наук привел к чисто механическому разделению существовавших ранее функций астрономии между узкими специалистами геонаук?

Внимательный анализ развития лунных исследований в последние годы и прогнозы на будущее позволяют сказать определенно: и по методам, и предмету исследований астрономическое направление сохраняет свое немаловажное значение в системе лунных наук. Проблемы вращения и движения луны, исследование Луны как одного из тел Солнечной системы никогда не утратят своей актуальности, независимо от степени изучения или даже освоения естественного спутника Земли, и не перестанут быть проблемами сугубо астрономическими. Изучение лунной поверхности не может протекать без участия астрономических дистанционных методов сбора информации. Геологов, геоморфологов, грунтоведов и геохимиков, занимающихся лунными исследованиями, интересуют физико-механические, структурные, минералогические и другие особенности лунного покрова вещества, определить которые в явном виде позволяют лишь прямые методы исследований. Но даже при самых бурных темпах развития космических методов было бы расточительно и неразумно посылать автоматический аппарат или экспедицию для изучения каждой пяди лунной поверхности. В то же время нельзя составить правильное суждение о природе Луны, располагая сведениями о характеристиках отдельных разрозненных районов. Вот здесь и приходят на помощь дистанционные методы.

В собственном и отраженном излучениях луны разных длин волн заключена информация об особенностях лунного покровного вещества. В области гамма- и рентгеновских лучей определяется содержание некоторых химических элементов в лунных породах, а следовательно, и тип самих пород. В визуальном и смежных с ним участках ультрафиолетового излучений можно получить предварительную информацию о минералогическом составе пород. Измеряя собственное излучение Луны в инфракрасной области спектра, оценивают температуру поверхностного слоя и по динамике изменения температур в течение лунных суток или во время затмения делают выводы о структуре поверхностного слоя. Температуру на некоторой глубине под поверхностью и величину диэлектрической постоянной грунта дает анализ радиоизлучения. Радиолокационные исследования в различных длинах волн приводят к оценке «шероховатости» лунной поверхности.

Правда, для полной достоверности сведений, полученных дистанционными методами (рис. 7), следует провести калибровку по районам, в которых известны не только следствия, но и первопричины наблюдаемых свойств. Вот такими районами и могут быть детально исследованные «изнутри» области на Луне. Итак, наиболее целесообразный путь лунных исследований, очевидно, заключается в разумном сочетании прямых методов для ключевых, эталонных мест на поверхности нашего естественного спутника и астрономических, дистанционных методов, позволяющих охватить значительные территории.

Рис. 7. Участки спектра, в которых возможны дистанционные исследования покровного вещества Луны

Есть еще один немаловажный аспект астрономического направления в лунных науках. После того, как отдельное узкое направление со своей точки зрения создает некоторую модель небесного тела, возникает необходимость в синтезированной единой, общей модели. Конечно, нельзя отказать в праве каждому специалисту сопоставлять свои выводы с выводами, сделанными в смежных областях науки, и пытаться их обобщить. Но представление о Луне, как о целом, о Луне, как о части Солнечной системы, вместе с другими планетами и спутниками составляющей пусть совсем малую часть Вселенной, интересует прежде всего и больше всего астрономов. Поэтому на них ложится ответственность за создание обобщающей модели Луны.

Остановимся на некоторых традиционных проблемах изучения Луны. Решение этих проблем потребовало в свое время немалых усилий от астрономов. Космические исследования позволили применить новые методы, благодаря которым были получены более подробные и надежные данные.

Масса Луны и отношение масс Земли и Луны имеют важное значение в системе астрономических постоянных. В классических способах определения отношения массы Луны к массе Земли используются лунные неравенства в видимом положении Солнца и планет. Поскольку величина лунной массы не бесконечно мала по сравнению с земной, оба тела перемещаются вокруг общего центра масс – барицентра, что и приводит к параллактическим смещениям наблюдаемого положения Солнца и планет. Основу этого метода можно использовать, располагая измерениями расстояний до ближайших планет, вариации которых будут содержать и величину, определяемую отклонением центра масс Земли от барицентра. Например, по радиолокационным измерениям расстояний до планет было получено отношение массы Земли к массе Луны, равное 81,3020.

Запуски космических аппаратов к луне и планетам дали принципиально новый, независимый способ определения массы луны в единицах массы Земли. В процессе траекторных измерений на основе эффекта Доплера получают скорость движения аппарата относительно Земли. А для того, чтобы вычислить положение аппарата в пространстве, необходимо учесть собственную скорость движения Земли, в том числе и скорость движения земного центра относительно барицентра. Выделение этого последнего компонента в результате совместной обработки траекторных и астрономических данных позволяет оценить относительную массу Луны. Подобные определения проводились неоднократно во время полетов аппаратов, уходивших в дальний космос («Венера», «Пионер», «Маринер»), и к Луне («Рейнджер», «Сервейор», «Лунар Орбитер»).

По возмущениям траекторий космических аппаратов, движущихся в сфере притяжения Луны, можно найти величину произведения постоянной тяготения (G = 6,672 ∙ 10^–23 км³/с² ∙ г) на лунную массу, а затем вычислить и массу Луны.

Были получены следующие отношения массы Земли (М_Земли) к массе Луны (M_Луны) и величины произведения постоянной тяготения на массу Луны:

Как видим, средние величины отношения масс Земли и Луны, выведенные независимо из наблюдений за движением разных аппаратов, весьма близки, что показывает надежность полученного значения. В качестве эфемеридной величины Международным астрономическим союзом принято значение 81,3008 для системы астрономических постоянных (1976 г.). Эта величина соответствует среднему значению большой полуоси эллипса барицентрической орбиты центра масс Земли, равной 4670 км, т. е. барицентр расположен внутри земного шара. При массе Земли 5,974 ∙ 10²⁷ г масса Луны составляет 7,345 ∙ 10²⁵ г.

Современные сведения о внутреннем строении Луны получены в результате исследований гравитационного поля, сейсмичности и теплового потока из недр.

Общее представление о неравномерности распределения масс в теле лунного шара дали наблюдения за эволюцией орбиты первого искусственного спутника Луны – автоматической станции «Луна-10». Поверхности равных потенциалов, моделирующие гравитационное поле Луны, отличались от сферы. Более детальные сведения, полученные во время облета Луны космическими аппаратами серии «Лунар Орбитер», привели к обнаружению подповерхностных избыточных масс – масконов. Селенографическое положение масконов совпадает с круговыми «морями», имеющими, вероятно, ударную природу. Одной из возможных причин возникновения масконов считается проникновение более плотного вещества недр в поверхностные слои лунного шара. Тогда темные породы «морей» могут оказаться поверхностным аналогом материала, создающего избыток масс в глубине под круглыми «морями». Построить вертикальный разрез Луны и уточнить возможное происхождение масконов позволили сейсмические исследования.

Около 3000 лунотрясений регистрировали в год сейсмометры, оставленные на луне экспедициями «Аполлонов». По земным меркам энергия лунотрясений весьма мала. Полная величина энергии, освобождающейся во время лунотрясений, составляет лишь десятимиллиардную часть всей энергии землетрясений на нашей планете. Очаги лунотрясений находятся на глубине 600 – 800 км. Анализ распространения в теле Луны сейсмических волн, приходящих из глубины или возникающих от ударов метеоритов, помог понять строение лунных недр. Самый верхний слой – кора имеет среднюю мощность около 60 км на видимой стороне Луны и около 100 км на обратной стороне Луны. Этим, вероятнее всего, можно объяснить расположение «морей» в пределах лишь обращенного к Земле полушария. Под корой залегает мантия, плотность которой близка к средней плотности Луны. Вещество мантии простирается, по-видимому, до глубин 800 – 1000 км.

Центральная область лунного шара, возможно, частично расплавленная. Температура лунного ядра оценивается примерно в 1500°С. Вблизи границы мантии и центральной области находятся очаги лунотрясений.

Тепловой поток из недр Луны измерялся во время экспедиций «Аполлона-15 и -17». Величина потока составляет около ¹/₃ теплового потока, поступающего из недр Земли.

Поскольку масса Луны мала, газовая оболочка вокруг нее должна быть сильно разреженной, практически отсутствующей. К тому же выводу приводят оптические и радиоастрономические наблюдения с Земли. Исследования лунной атмосферы с окололунной орбиты и непосредственно на поверхности конкретизировали наши представления о газовой оболочке Луны. Оказалось, что основные ее компоненты – водород, гелий, неон и аргон. Наибольшая плотность лунной атмосферы наблюдается в ночное время и соответствует (в пересчете на плотность у поверхности) суммарной концентрации ионов газов около 2 ∙ 10⁵ см^–3. В дневное время лунных суток концентрация газов падает до 10⁴ см^–3 в пересчете на плотность у поверхности. Эта величина составляет всего лишь 10^–13 концентрации молекул газов в земной атмосфере, но все же на 3 – 4 порядка больше концентрации частиц в солнечном ветре на расстоянии Земли от Солнца. Особенно интересны суточные вариации концентрации основных компонентов лунной атмосферы:

Здесь представлены данные по молекулярному водороду, поскольку атомарного водорода в лунной атмосфере гораздо меньше. Кроме аргона-40 были отмечены также ионы аргона-36, максимальная концентрация которых достигает 3 ∙ 10³ см^–3, а суточные вариации имеют такой же характер, как и у аргона-40. Ионы «тяжелого» газа аргона в наибольшем количестве появляются перед восходом Солнца. Второй «всплеск» их концентрации наблюдается в момент захода Солнца. В течение ночи содержание аргона резко падает.

Рис. 8. Движение гипотетической молекулы газа в атмосфере на дневной и ночной сторонах Луны

Если подсчитать длину свободного пробега атомов и молекул в лунной атмосфере, то окажется, что ночью эта величина почти в 10 раз, а днем более чем в 100 раз превышает лунный радиус. Следовательно, взаимные столкновения частиц не влияют на их траекторию в атмосфере и можно рассматривать идеальный случай движения частицы в гравитационном поле Луны, начальная скорость которого задается тепловым движением. Если скорость теплового движения (на Луне определяется температурой нагрева поверхности) не превышает критическую – 2,38 км/с, но больше первой космической для Луны – 1,68 км/с, то частица движется по эллиптической орбите, в одном из фокусов которой находится центр Луны (рис. 8).

Расчеты показывают, что днем атомы водорода свободно диссипируют в окружающее пространство. Орбиты, по которым движутся ионы гелия, неона и аргона, таковы, что частицы возвращаются на лунную поверхность и снова начинают цикл движения. На ночной стороне, где температура лунной поверхности низкая, частицы газов «разгоняются» слабо и даже атомы водорода перемещаются по траекториям, возвращающим их назад, К поверхности. А расстояние от начальной точки движения до точки, в которой частица опять встречается с поверхностью, для других газов сокращается в несколько раз по сравнению с «дневным». Таким образом, залететь с дневной стороны на ночную частице газа в несколько раз проще, чем пересечь терминатор в обратном направлении. Этим качественно и определяется более высокая ночная концентрация ионов в лунной атмосфере. Особенности суточных вариаций содержания аргона объясняются в рамках этой же схемы. В условиях низких ночных температур «тяжелый» газ становится совсем «неподвижным» и адсорбируется породами поверхностного слоя Луны. В момент восхода Солнца к увеличенной концентрации ионов за счет их миграции через терминатор с дневной стороны присоединяется еще волна частиц, освободившихся в результате нагрева поверхности.

Наиболее вероятный источник газов лунной атмосферы, которую правильнее назвать экзосферой, – солнечный ветер и дегазация самой Луны.

Один из признаков, по которому выявляются планетарные структуры на поверхности лунного шара, – отражательная способность (альбедо) покровного вещества. Исследованием этой характеристики Луны занималось несколько поколений астрономов. Привлечение космических съемок позволило усовершенствовать методику определения альбедо и расширить область измерений на Луне. В настоящее время распределение альбедо по лунной поверхности с разрешением 50 – 70 км известно для 80% территории.

Наиболее темный поверхностный материал занимает области «морей». Граничащие с «морями» участки материка и отдельные материковые области в западном полушарии (на обратной стороне Луны) сложены породами, примерно в 1,5 раза более светлыми, чем вещество «морей». Породы, которые покрывают большую часть материков Луны, как на видимой, так и на обратной стороне, почти в 2 раза светлее «морских». Еще более светлое материковое вещество распространено в отдельных областях восточного полушария и частично на южном материке в пределах видимого полушария.

Изучение характера отражения света различными лунными породами показывает, что их альбедо, по-видимому, в значительной степени определяется химическим составом.

Прямыми методами непосредственно на поверхности Луны и с доставкой образцов на Землю исследовано 18 участков, расположенных в пределах обращенного к Земле полушария. Для 15 из них известен (с различной подробностью) химический состав покровного вещества.

Сведения о химическом составе 30% поверхности Луны (включая области видимого и обратного полушарий) получены с помощью орбитальной съемки в рентгеновском диапазоне длин волн. По разрешению на местности эти данные сопоставимы с результатами определения в глобальном масштабе альбедо поверхности Луны. Сравнение альбедо и относительного содержания в породах алюминия и магния показало, что выделенные по отражательной способности виды покровного вещества в среднем соответствуют четырем основным типам лунных пород – морским базальтам, норитам, анортозитовым габбро и габбровым анортозитам.

За пределами исследованного диапазона альбедо оказалась отражательная способность самых светлых пород – анортозитов. Но эти породы занимают лишь небольшую часть поверхности (около 6%). Распространение других пород (по данным измерения альбедо) приведено ниже:

Определения абсолютного возраста образцов отдельных типов лунных пород позволяют установить приблизительную шкалу времени формирования глобальных регионов Луны. Наиболее старые породы, обнаруженные на Луне, имеют возраст кристаллизации несколько больший 4,4 млрд. лет. Полагают, что первичная лунная кора образовалась около 4,43 млрд. лет назад. Возраст многих образцов материкового вещества (включая и породы типа норитов) колеблется в пределах 3,9 – 4,0 млрд. лет. Морские базальты «моложе» – от 3,2 до 3,7 млрд. лет. Вероятно, около 3 млрд. лет тому назад интенсивные эндогенные процессы на Луне прекратились и дальнейшее формирование поверхности шло под влиянием внешних факторов – выпадения метеоритного вещества. Определение времени пребывания на поверхности (экспозиционный возраст) выбросов из некоторых относительно молодых кратеров, имеющих четкие лучевые системы, позволяет установить шкалу последующей истории Луны. Например, если считать, что норитовые стекла, обнаруженные в районе посадки «Аполлона-12», принадлежат веществу светлых лучей кратера Коперник, как полагают исследователи этих образцов, то возраст одного из наиболее крупных лучевых кратеров должен составлять около миллиарда лет. Время образования исследованных кратеров малых размеров колеблется от нескольких миллионов до нескольких десятков миллионов лет.

Приняв за признак распространенности пород альбедо, можно построить предварительную физиографическую схему всей лунной поверхности (рис. 9). Основная особенность такой схемы – плавный переход (в масштабах лунного шара в целом) от районов залегания молодых пород к районам распространения более старых. Морские базальты находятся в окружении норитов, не соприкасаясь непосредственно с анортозитовыми габбро. Нориты также располагаются «внутри» анортозитовых габбро, отделенные поясом этих пород от габбровых анортозитов. Подмечена еще одна особенность: темные породы лежат на более низких высотных уровнях. Создается впечатление, что в глобальных масштабах лунного шара мы встречаемся с многослойным последовательным наложением пород, образовавшихся в разное время.

Рис. 9. Схема распространения лунных пород (учитывалась связь отражательной способности с химическим составом лунного вещества)

При детальном обследовании, конечно, целостность приведенной модели нарушается. На поверхности могут соседствовать рядом участки самых разных сочетаний лунных пород. Но в этом случае следует искать иную причину. Подобное смешение вещества происходит в результате его разбрасывания при ударно-взрывных процессах, вызванных падением метеоритных тел.

За два 10-летия полетов к другим телам Солнечной системы космические аппараты передали дополнительную информацию о планетах и спутниках, поверхность и строение которых имеют сходство с естественным спутником Земли. Это обстоятельство стимулирует направление исследований Луны сравнительно с другими спутниками планет. К ним прежде всего можно отнести галилеевы спутники Юпитера, спутник Сатурна – Титан и спутник Нептуна – Тритон, масса которых мало отличается от лунной. По некоторым характеристикам Луну можно сопоставлять с Меркурием и Марсом. Хотя масса Меркурия в 4,5 раза превышает лунную и критическая скорость для Меркурия почти в 2 раза больше, близость планеты к Солнцу обусловливает более высокую дневную температуру и, следовательно, большие скорости теплового движения молекул газа. Поэтому на Меркурии, как и на Луне, практически отсутствует атмосфера, в результате чего на поверхности планеты преобладают ударные, кратерные формы рельефа. Ландшафты Меркурия и Луны удивительно схожи.

Критическая скорость для одного из спутников Юпитера – Ио почти совпадает с лунной. Однако из-за низкой дневной температуры поверхности Ио (около 130 К) газы за счет теплового движения диссипируют весьма медленно. Поэтому Ио окружен атмосферой, плотность которой, как полагают, всего лишь в 10⁴ раз меньше плотности земной атмосферы.

Существует предположение, что высокая средняя плотность вещества планет земного типа может объясняться наличием металлического ядра – конечного продукта процесса дифференциации. Примером спутника с более высокой средней плотностью, чем Луна, может служить Тритон. Небольшое различие плотности поверхностных кристаллических пород и средней плотности Луны согласуется с предположением о том, что лунные недра не достигли металлической фазы. Возможно, по внутреннему строению к Луне близки Ио и Европа, средняя плотность которых почти совпадает с лунной. В то же время сравнение средней плотности Луны и других галилеевых спутников Юпитера – Ганимеда и Каллисто – показывает резкое отличие внутреннего строения этих спутников от лунного типа, так как их средняя плотность в 2 раза меньше лунной.

Накопленный за два десятилетия космических исследований Луны научный материал еще не до конца обработан и проанализирован. Дальнейшие исследования могут еще преподнести нам неожиданные результаты.

Апатиты (Мурманская область), 25. (Внештатный корр. «Правды»). Ученые Горного института Кольского филиала Академии наук СССР завершили первый этап работы по изучению физических и механических свойств лунного грунта.

Под руководством директора института, доктора геолого-минералогических наук И. А. Турчанинова разработана оригинальная методика комплексных исследований лунного реголита. Эта работа ученых имеет большое научное и практическое значение. Новая методика может использоваться и в чисто земных целях: например, для изучения свойств искусственных кристаллов.