– Яков Борисович, как известно, в переводе с греческого «физик» означает: «изучающий природу». Мы сейчас так часто говорим о физико-технических приложениях, что порой забываем об изначальном предназначении физики. Не происходит ли, на ваш взгляд, угасание физики, как науки о природе? Не ждет ли ее впереди лишь стезя практического воплощения известных теорий, открытых эффектов?

– В школе физика мне представлялась стройной завершенной наукой, в которой вряд ли можно сделать что-то принципиально новое. Поэтому я решил, что лучше посвятить себя химии. Как вы понимаете, я ошибался. И ошибаются сейчас те, кто думает, что физика исчерпала себя. Вопрос о том, как устроен окружающий нас мир, по-прежнему стоит перед физикой, и многое еще неясно. В развитии каждой науки бывают периоды, когда загадки встают неприступной стеной, и кажется, что ты в бессилии стучишься головой о нее. Бывают редкие моменты безоблачной ясности. Сейчас в физике – период, когда мы отчетливо видим вопросы, которые надо задавать природе, чтобы успешно продвигаться вперед в понимании устройства материи.

Последние десятилетия жизни великого физика А. Эйнштейна были посвящены поискам единой теории поля. Сейчас властвует другая тенденция: признано, что полей и элементарных частиц может быть довольно много, но между ними есть определенная взаимосвязь, некая симметрия. Современная физика, строя все многообразие неживой материи из ограниченного числа полей и частиц, нащупывает те законы симметрии, которые для них нечто вроде Периодической системы Менделеева. А эта система дает великолепный пример того, как количественный фактор (заряд ядра) приводит к существенным качественным изменениям химических свойств элементов.

Открытие в 1983 г. так называемых промежуточных бозонов, которое блестяще подтвердило предсказание теории, свидетельствует, что физики правильно понимают строение микромира или по крайней мере определенной его части.

Если говорить о ближайших задачах физики, то очень интересно выяснить, распадается ли протон – одна из главных ядерных частиц? Этот вопрос имеет принципиальное значение. Если будет экспериментально обнаружен распад протонов, это означает, что обычное вещество без помощи антивещества в принципе (хотя и медленно) может целиком превращаться в энергию.

Другая проблема, которой занята современная физика, – вопрос о том, что такое пустота – вакуум. Обсуждая эту тему, легко стать мишенью острот: не пустой ли сам вопрос о пустоте?! Но дело в том, что современная квантовая теория не допускает одновременного равенства нулю всех полей, например, электрического и магнитного. Пустота, вакуум – это состояние с минимальной энергией. Иными словами, из него принципиально нельзя извлечь энергию. Но чему равен этот минимум? Данные астрономии свидетельствуют, что он очень мал, а может быть и равен нулю, но физика пока не может объяснить, почему это так. И в поисках ответа сейчас идет интенсивная работа ученых.

– Знаменитый физик Нильс Бор, критикуя одну из теорий, как-то заметил, что она недостаточно сумасшедшая, чтобы быть правильной. Не считаете ли вы, что впереди нас ждут «сумасшедшие теории», которые в корне изменят представления современной физики?

– Нет. Слишком многое уже, как говорится, «отлито в бронзу» – подтверждено многочисленными экспериментами. Когда-то прогресс науки заключался в том, что неправильная теория отвергалась полностью и ее заменяла новая. Так, представление о том, что Солнце вращается вокруг Земли, оказалось в корне неверным и было отправлено «на свалку» истории.

Сейчас же новая теория органически должна включать старую, остающуюся верной в определенной области применения. Механика Ньютона создана навсегда. Эйнштейн строил теорию относительности, зная, что она закономерно должна включать в себя и механику Ньютона. Эффекты теории относительности становятся существенны, только когда скорости исследуемых объектов составляют заметную величину по сравнению со скоростью света.

Физика XX века – это прежде всего торжество теории относительности и квантовой механики. Но эта новая физика органически включает в себя «наследие прошлого». Революционные времена, бесспорно, в физике еще не раз наступят, но при этом старое уже не будут «разрушать до основания».

– А вот если бы вам дали сказочную «машину времени» и предложили отправиться в любую эпоху – в прошлое, в будущее, что вам интересно было бы увидеть, узнать?

– Последние десятилетия я в основном занимаюсь астрофизикой и космологией. И в сущности это не что иное, как путешествие в «машине времени» в прошлое и будущее Вселенной. По тем данным, которые можно получить с помощью современных экспериментальных методов, мы пытаемся «реставрировать» страницы прошлого окружающего нас звездного мира. А поняв прошлое, можно уже вычислить и будущее.

Известно, что наблюдаемая нами часть Вселенной сейчас равномерно расширяется во все стороны. Это чем-то напоминает картину взрыва, поэтому в астрофизике часто используется термин «большой взрыв». Правда, при взрыве вещество расширяется из изначального состояния покоя, а во Вселенной не было «покоя». Но, начиная с какого-то мгновения расширения, картины схожи. Так вот сейчас в рамках так называемой теории «горячей Вселенной» ученые могут совершить путешествие в прошлое и довольно уверенно проследить все этапы «большого взрыва», начиная от нескольких миллисекунд после его условного «старта».

Самые ранние стадии расширения Вселенной, с одной стороны, сравнивают с «адом», потому что вещество тогда было очень плотным и раскаленным до температур в тысячи миллиардов градусов. А с другой стороны – это «рай» физиков, потому что тогда могли протекать любые теоретически мыслимые процессы. Открытие с помощью радиотелескопов коротковолнового радиоизлучения блестяще подтвердило экспериментально представления современной науки о прошлом Вселенной. Дело в том, что электромагнитное излучение горячих стадий Вселенной должно было к нашим дням превратиться в равномерное радиоизлучение неба, соответствующее «свечению» вещества с температурой всего примерно на три градуса выше абсолютного нуля. Оно-то и было обнаружено, подтвердив справедливость теории горячей Вселенной.

Если говорить о будущем в личном плане, то хотелось бы узнать об открытиях предстоящих 10 – 15 лет.

– Вопросы, которые приходится рассматривать вам, решая проблемы астрофизики, выглядят нередко фантастичней самой смелой литературной фантастики. Помогает ли, на ваш взгляд ученому литературная фантастика, может ли она как-то стимулировать его творчество?

– У меня нет особой любви к фантастике. По-моему, стимулом к творчеству она стать не может. Ученый живет своими страстями, своей углубленной темой. Какие-то случайные пересечения, конечно, могут быть. Не так давно я нашел интересные заметки у Герберта Уэллса. В предисловии к собранию своих фантастических романов он дает нечто вроде рекомендации, как их писать. Мысль его сводится к тому, что можно придумать любую фантастическую идею: скажем, описывать жизнь человека, вывернутого наизнанку, рассматривать мир, похожий на гантель, или, например, гравитационное отталкивание, а не притяжение. Введя одну такую фантастическую вещь, во всем остальном, по его мнению, надо остаться реалистом, тогда у читателя возникнет ощущение жизненности ситуации.

Эти заметки попались мне на глаза, когда я как раз занимался периодом жизни нашей Вселенной, на котором, как утверждают мои молодые коллеги, огромную роль играло гравитационное отталкивание, а не притяжение. Эта фаза лежит еще дальше в глубинах времени, чем те миллисекунды после «начала» большого взрыва, о которых мы уже говорили. Совпадение было любопытным. Цитату Уэллса хорошо взять эпиграфом, сослаться на него в популярной статье. Но к идее гравитационного отталкивания на очень ранних стадиях жизни наблюдаемой нами части Вселенной ученые пришли не от Уэллса, а исходя из логики научных построений, образно говоря, к этому привели формулы, а не свободный вымысел.

– А чем, на ваш взгляд, научное творчество отличается от других видов творческой деятельности?

– Этот вопрос напоминает мне известную ситуацию, когда человека спрашивают: играет ли он на скрипке, а в ответ слышат: не знаю, не пробовал. Я всю жизнь занимался только наукой и ее приложениями. Разве что стихи писал, но чаще всего юмористические. А если серьезно, то, по-моему, в основе любого творчества лежат интерес и труд.

У известного поэта Валерия Брюсова есть такие строчки:

Вперед, мечта, мой верный

вол!

Неволей, если не охотой!

Я близ тебя, мой кнут

тяжел,

Я сам тружусь, и ты работай.

Не правда ли, не вяжется с представлением о поэзии, как о порхающем мотыльке или вольно парящей птице? Не надо думать, что и ученый творит только по вдохновению. «Озарения» наступают, если долго и углубленно думаешь над каким-то вопросом, читаешь литературу, дискутируешь. Словом, только, если ты увлечен своим делом.

В науке, как и в искусстве, есть понятие красоты. Многие ученые считают, что красивая стройная теория, формула не могут быть неправильными. Если даже они в данный момент не вписываются в систему фактов, то все равно потом им найдется применение. Например, знаменитый физик П. Дирак получил уравнение, из которого следовало, что должны существовать «электроны» с положительным зарядом. На первый взгляд это казалось абсурдом, а потом реальность позитронов подтвердилась. Теория предсказала существование античастиц. Правда, красота теорий может быть явлением и психологическим. Мы просто забываем о тех красивых теориях, которые впоследствии не подтверждаются. Но, безусловно, что красота теории, стройность неизбежно способствуют и ее популярности в среде ученых.

Огромная прелесть науки состоит в том, что, хотя она и делается разными людьми или коллективами, но в итоге, обретя законченную форму, лишается следов личного. Если заглянуть в «мастерскую» ученых, когда идет процесс рождения какой-то теории, то создается впечатление, что все зыбко, неточно, кипят страсти, сталкиваются разные мнения. А в результате коллективной работы ученых разных стран, а иногда разных поколений теоретиков и экспериментаторов рождается то, что мы называем законами природы. Они существовали в природе всегда, просто наконец-то люди поняли, как и в каких областях они действуют.

Скульптор создает свое творение, отсекая все «лишнее» от глыбы мрамора. Это делается постепенно, и поначалу видны удары резца, следы сколов. А потом, когда скульптура отшлифована, их уже не различить – вы просто любуетесь произведением искусства. Так же и в науке. Только здесь редко творец единолично создает законченное произведение – гораздо чаще это результат коллективных усилий. И каждый, кому удалось внести свой вклад в общее дело, конечно, бывает счастлив.

Наше общество сейчас ставит грандиозную задачу наиболее полного удовлетворения материальных и духовных потребностей советских людей. Наука имеет к этому прямое отношение. Практическая наука необходима для удовлетворения материальных потребностей. Духовные же потребности – это не только искусство, а прежде всего – познание, которое было и остается главной целью фундаментальной науки. Процесс познания бесконечен. Он заложен в природе человека. И пока живо человечество, оно не перестанет познавать себя и окружающий его мир.

Еще в 1932 г., вскоре после открытия нейтрона, академик Л. Ландау показал возможность существования вещества в виде нейтронной жидкости. И лишь через 35 лет были обнаружены нейтронные звезды. Такая звезда с массой порядка солнечной, а радиусом всего-навсего около десяти километров, имеет фантастическую плотность: кубический сантиметр ее вещества на Земле весил бы десятки миллионов тонн.

Дальнейшее изучение этих галактических объектов показало, что они образуются при взрывах так называемых сверхновых звезд. Во время такого редчайшего явления природы звезда способна за несколько месяцев излучить столько энергии, сколько излучает наше Солнце за миллиард лет.

Нейтронная звезда получает в «наследство» от своей родительницы момент количества движения и магнитный поток. Этим и определяются огромные значения скоростей вращения (до десятков и сотен оборотов в секунду) и мощные магнитные поля. Частота вращения определяет чередования электромагнитных сигналов, поступающих от этих объектов, названных пульсарами.

Как ни странно, внутреннее строение нейтронных звезд было понято раньше, чем структура их внешней магнитосферы, где и должно генерироваться своеобразное излучение пульсаров.

Недавно было доказано, что вблизи пульсаров происходит бурное рождение электронно-позитронных пар. В результате плазма в окрестностях нейтронных звезд состоит из электронов и позитронов. Эта плазма, истекая из пульсаров со скоростью, близкой к световой, генерирует наблюдаемое излучение.

Таким образом, успехи в изучении физики плазмы, активные исследования и освоение космического пространства вместе с важнейшими открытиями двух последних десятилетий в астрономии повлекли за собой рождение новой области знания – плазменной астрофизики. Одним из примеров эффективного использования достижений физики плазмы для изучения космического пространства являются исследования процессов в магнитосферах планет, проводимые академиком Р. Сагдеевым и его сотрудниками.

Большим вниманием астрофизиков многих стран пользуется Крабовидная туманность с погруженным в нее пульсаром. В этом объекте, можно сказать, заключен кусок истории астрономической науки. Объект – остаток Сверхновой, вспыхнувшей в 1054 г. Светящаяся туманность вокруг пульсара, напоминающая своей причудливой формой краба, образовалась в результате истечения вещества из Сверхновой, длившегося в течение столетий.

Для объяснения природы излучения этой туманности член-корреспондент АН СССР И. Шкловский в 1953 г. впервые привлек так называемый синхротронный механизм, предположив, что речь идет об излучении электромагнитных волн заряженными частицами, движущимися с околосветовой скоростью в магнитном поле. Эта идея была подтверждена при наблюдениях, проведенных профессором М. Вашакидзе в Абастуманской астрофизической обсерватории АН Грузинской ССР с помощью весьма скромных инструментальных средств, и, несколько позднее, ленинградскими учеными. Оказалось, что оптическое излучение Крабовидной туманности сильно поляризовано, как и предсказывали академик В. Гинзбург и профессор И. Гордон.

Этот эпизод в изучении явлений Вселенной – показательный пример плодотворности сочетания теоретических поисков с накоплением наблюдательных фактов. Такой подход характерен для обсерватории в Абастумани. Его результаты сказываются в различных областях астрономии.

Так, поляриметрический способ, столь успешно примененный при изучении Крабовидной туманности, получил значительное развитие, превратившись в электрополяриметрический метод. Это позволило доценту В. Джапиашвили и А. Королю создать в Абастуманской обсерватории уникальный высокоточный атлас Луны. Он используется для многосторонних исследований оптических характеристик поверхности спутницы Земли, установления их связи с природой лунных веществ, их возрастом, структурой.

Интересные перспективы открывают работы по многомерной спектральной классификации звезд, развиваемые доктором физико-математических наук Р. Бартая. Она дала возможность не только создавать обширные каталоги физических параметров звезд, но и получать обобщенные выводы, касающиеся строения галактики.

Наконец, многолетнее применение развитого в Абастумани метода электрофотометрического и спектрального зондирования земной атмосферы дало исключительный по полноте наблюдательный материал. Он используется при проверке теоретических заключений или для вывода новых закономерностей физико-химических и динамических явлений в верхней атмосфере Земли.

Возвращаясь же к Крабовидной туманности, напомним, что расположенный там пульсар излучает практически весь спектр электромагнитных волн. Более 10 лет усилия многих ученых сосредоточены на познании этого феномена. В этом же направлении ведется работа отделом теоретической астрофизики Абастуманской обсерватории. Область его исследований – околопульсарная электронно-позитронная плазма, в которой таятся многие пока еще не разгаданные явления.

Сотрудниками отдела теоретической астрофизики докторами физико-математических наук Г. Мачабели, А. Патарая, научными сотрудниками Г. Меликидзе, П. Мамрадзе в контакте с учеными Института космических исследований АН СССР и Института атомной энергии им. И. В. Курчатова были получены важные результаты. Этому научному коллективу удалось построить самосогласованную модель радио-, инфракрасного, оптического, рентгеновского и гамма-излучений пульсара в Крабовидной туманности. Эта модель имеет ряд наблюдательных следствий, проверка которых открывает в будущем возможность не только продвинуться в понимании механизма генерации излучения пульсара, но и судить о свойствах электронно-позитронной плазмы.

Английский ученый Э. Хьюиш, которому принадлежит честь открытия пульсаров, сказал: «Как интересна и щедра физика, выходящая за пределы лаборатории. Сейчас хорошее время для того, чтобы быть астрофизиком».

Действительно, пульсар – богатейшая внеземная физическая «лаборатория», где пересекаются научные интересы ученых, работающих в самых разных областях физики. А значит, там ждут новые открытия.

С развитием космонавтики ученые, занимающиеся физикой плазмы и астрофизикой, получили для исследований гигантскую природную лабораторию. В апреле стало известно о присуждении Ленинских премий 1984 г. в области науки и техники советским ученым Р. Сагдееву и А. Галееву. Их классические работы в области физики плазмы нашли свое подтверждение в космосе. О некоторых из этих исследований и рассказывается в статье.

Возраст Земли – уникальной планеты Солнечной системы – исчисляется примерно 4,5 млрд. лет. Разумная жизнь на ней существует всего 2 – 3 млн. лет. Можно сказать, что человечество молодо. И со свойственной молодости любознательностью оно не перестает интересоваться загадочным и увлекательным окружающим миром. Успехи в познании этого мира достигаются благодаря прочному фундаменту многих наук, и в значительной степени естественных.

Путь становления современного мировоззрения в области естественных наук был тернистым: от буквально фантастических гипотез и умозаключений к накоплению опыта и разумному экспериментированию, все более усложнявшемуся, отметавшему фантазии и несостоятельные теории, открывавшему законы природы. Следует подчеркнуть, что правильность представлений о законах природы подтверждают колоссальные технические достижения и успехи прикладных областей знаний, которые реализуются с использованием этих законов.

Не ошибемся, если скажем, что вся история естественных наук неразрывно связана с изучением космоса. Само понятие «космос» на разных этапах имело различное содержание. Долгое время Вселенная и космос отождествлялись, а предметом астрономии считались «небесные» явления. За последние десятилетия, когда Солнечная система изучалась с помощью космических аппаратов, произошло некоторое размежевание этих понятий. Космос стали ограничивать доступной для прямых исследований областью Вселенной. В связи с этим хочется остановиться на одном из важнейших направлений космических исследований, возникшем на заре космической эры, – физике плазмы.

Физика плазмы своими корнями уходит к газовой электронике. В 1929 г. Ирвинг Ленгмюр назвал плазмой вещество, получающееся в результате электрического разряда в газе. Это понятие стали отождествлять с понятием «ионизованный газ». Однако, как выяснилось позже, в действительности все обстояло гораздо сложнее.

Вся Вселенная, звезды, в том числе и наше Солнце, межзвездная и межпланетная среда, верхние слои планетных атмосфер (ионосферы) – словом, приблизительно 99 % вещества нашей Галактики состоит из плазмы. Это, как правило, замагниченная плазма, а в межпланетной и межзвездной среде она еще и сильно разрежена. Только планеты, ядра комет, межзвездная пыль и пульсары являются исключением.

Как же случилось, что вплоть до 40-х годов нашего века астрономия обходилась без понятия «плазма»? Дело в том, что она опиралась на статические представления и астрономы интересовались главным образом такими проблемами, как внутреннее строение звезд, для которых учет роли магнитных полей был несуществен. В последующие десятилетия ученых стали занимать нестационарные процессы, развилась радиоастрономия, для которой большое значение имеет распространение радиоволн в плазме (земной ионосфере). Оказалось, что нестационарные процессы можно понять исходя из представлений о плазменной физике.

Как самостоятельная область науки физика плазмы сложилась в основном в последние 30 лет, когда развернулись интенсивные исследования «горячей» лабораторной плазмы с целью осуществления управляемых термоядерных реакций. С развитием же космических исследований плазменная физика и астрофизика получили гигантскую природную лабораторию, о которой в земных условиях не приходилось и мечтать. В ней отсутствуют «стенки», часто искажающие лабораторные эксперименты.

Экспериментальный подход начался с работ Биркеланда, который первым попытался связать физику лабораторной и космической плазмы. Наблюдая полярные сияния и магнитные бури на Земле, он попытался понять природу этих явлений с помощью своих знаменитых опытов с тереллой – погруженным в плазму металлическим шаром, обладающим магнитным полем. Обнаруженные вблизи полюсов шара светящиеся кольца плазмы он отождествил с областями полярных сияний на земном шаре, и, как мы теперь знаем, этот вывод в принципе оказался правильным.

В начале 60-х годов уже с помощью космических аппаратов было обнаружено, что все межпланетное пространство заполнено истекающими из Солнца со сверхзвуковой скоростью сильно разреженными потоками водородно-гелиевой плазмы. Это так называемый солнечный ветер. Он замагничен таким образом, что магнитные силовые линии Солнца оказываются как бы «приклеенными» к ионизованному газу, «вмороженными» в него. Все планеты погружены в этот поток. Его взаимодействие с ними определяется тем, есть ли у планет собственные магнитные поля (как у Земли, Юпитера, Сатурна, Меркурия) или нет (как, например, у Венеры).

Замагниченный солнечный ветер грубо можно рассматривать как жидкость. При обтекании планеты в ней образуется ударная волна, подобно тому как у сверхзвукового самолета в воздухе. Ее называют бесстолкновительной ударной волной. Впервые солнечный ветер был измерен с помощью советских «лунников». Оказалось, что его взаимодействие с магнитным полем Земли проявляется в целом ряде плазменных явлений, наиболее крупномасштабными и значительными из которых являются образование околоземной бесстолкновительной ударной волны, магнитосферы с ее протяжным плазменно-магнитным хвостом, простирающимся за орбиту Луны, радиационными поясами, плазменным и нейтральным (в смысле отсутствия магнитного поля) слоем.

Образование бесстолкновительной ударной волны в плазме, и в частности, в солнечном ветре, обтекающем планеты, оказалось совершенно новым эффектом. Из-за того что солнечная плазма сильно разрежена, частицы в ней сталкиваются чрезвычайно редко, и длина их свободного пробега (расстояние, проходимое частицей от одного столкновения с себе подобной до другого) зачастую превышает размеры таких гигантских космических тел, как планеты. Но в таком случае, откуда же частицы солнечной плазмы «узнают» о препятствии задолго до того, как столкнутся с ним, почему они не проскакивают мимо препятствия, каков механизм их взаимодействия, например, с планетами? Почему у Земли и планет возникает ударная волна аналогично тому, как она возникает у самолета, летящего со сверхзвуковой скоростью в атмосфере, где существенную роль при ее образовании играют соударение частиц атмосферного газа?

Принципиальное значение для понимания этого и других явлений в физике космической плазмы имели фундаментальные работы и лабораторные исследования бесстолкновительных ударных волн в плазме, начатые в конце 50-х годов группой советских физиков-плазменщиков, возглавляемой академиком Р. Сагдеевым. Впоследствии он и его коллеги и ученики распространили результаты исследований на физику космической плазмы. Развитая ими идея магнитной ловушки, в которую попадает плазма, сыграла определяющую роль для понимания физики магнитосферы Земли и ее радиационных поясов. Она позволила в значительной мере понять механизмы высыпания частиц из магнитосферы и ее радиационных поясов в плотные слои атмосферы и такие явления, как полярные сияния, ионосферные и геомагнитные возмущения.

За прошедшие годы число экспериментов, в которых исследовались свойства плазмы, магнитных полей планет и межпланетной среды, исчисляется тысячами. В космической лаборатории осуществлены крупные международные проекты. В них физики не просто занимались наблюдениями и измерениями, а пытались воспроизвести различные плазменные явления, т. е. проводили активные эксперименты. К их числу относился советско-французский эксперимент «Аракс», реализованный в 1978 г. Во время эксперимента на южном конце магнитной силовой трубки земного дипольного поля в магнитосферу Земли «впрыскивали» потоки электронов. Захваченные в магнитную ловушку, они распространялись вдоль силовой трубки к противоположному ее концу, взаимодействовали с плотными слоями атмосферы и вызывали искусственное полярное сияние.

По мере увеличения и усложнения научных экспериментов изменялись представления о магнитосфере Земли. Как известно, геомагнитное поле тормозит поток солнечного ветра и образует в нем гигантскую полость – магнитосферу. Вначале считалось, что солнечный ветер может проникать в нее только через «воронки» в районе геомагнитных полюсов, где напряженность близка к нулю. Это означает, что дневная область магнитосферы совершенно непроницаема для солнечного ветра и плазменная структура ее границы (магнитопаузы) характеризуется чрезвычайно малой толщиной – порядка сотен километров.

Оказалось, что это не так. В экспериментах на советских станциях «Прогноз», в советско-французском проекте «Аркад», осуществленном на спутниках «Ореол» и «Ореол-2» в 1974 – 1975 гг., удалось обнаружить, что солнечная плазма может просачиваться сквозь дневную магнитосферу. Советские теоретики-плазменщики объяснили это явление пересоединением, слипанием противоположно направленных силовых линий земного и межпланетного магнитных полей при набегании потока замагниченной солнечной плазмы на магнитное поле Земли. В месте слипания магнитное поле исчезает (аннигилирует), образуя «дырки» в магнитопаузе, через которые плазма свободно проникает как в магнитосферу Земли, так и наоборот.

Аналогичное явление – пересоединение, слипание противоположно направленных силовых линий собственного магнитного поля Земли в средней плоскости магнитосферного хвоста, или нейтрального слоя, может приводить к разрыву связок силовых линий хвоста, возникновению ускоренных плазменных потоков, выталкиваемых из области разрыва к Земле и в хвост. Оно, как показали советские физики, может быть причиной сильных вариаций магнитного поля Земли (магнитосферной суббури).

Все это и многое другое еще предстоит тщательно исследовать с помощью готовящихся к реализации интересных проектов в области космической плазмы.

Большое значение для космической лаборатории, так же как, впрочем, и для наземной, имеет возможность производить одновременные измерения идентичной аппаратурой, разнесенной в пространстве. Одновременные спутниковые и наземные исследования, проводившиеся по программе МИМ – «Международные исследования магнитосферы», позволили изучить всесторонне различные свойства одних и тех же явлений.

На станциях типа «Прогноз» уже начал реализовываться советско-чехословацкий проект «Интершок». Его цель – исследование структуры межпланетных и околопланетных бесстолкновительных ударных волн (рис. 15).

Рис. 15. Схематичное представление реализации двух международных проектов на АС «Прогноз» – «Интершок» и «Интербол». Показаны также те явления в межпланетном пространстве, которые будут исследоваться

Особенностью этого проекта является исследование тонкой структуры границ, существующих в околопланетном пространстве: фронта околоземной ударной волны, границы магнитосферы – магнитопаузы, разрывов в параметрах межпланетной среды, связанных с выбросами вещества во время солнечных вспышек. Параметры орбиты станции «Прогноз» дают ему возможность пересечь все исследуемые области околоземного пространства и выйти в межпланетную среду. Поскольку изучаемые границы имеют толщину 100 – 1000 км и движутся зачастую со скоростью 1000 км/с, аппаратура должна быть прежде всего быстродействующей и обладать высоким разрешением. Специальный бортовой комплекс регистрации и обработки данных позволяет автоматически измерять скорость регистрации различных параметров в зависимости от ситуации.

Другой, не менее интересный международный проект «Интербол» готовят СССР, ЧССР, ПНР, ГДР, Куба, Франция, Швеция. Основная его цель заключается в исследовании динамических процессов в магнитосферной плазме – ускорения частиц в различных ее областях (в том числе во время магнитных бурь), а также проблемы передачи энергии солнечного ветра магнитосфере. Предполагается запустить две космические системы, состоящие из основного спутника и субспутника. Одна пара спутников пересечет хвостовую часть магнитосферы – «хвостовой зонд», а с помощью другой будут исследоваться свойства плазмы и энергичных частиц в полярных, авроральных областях магнитосферы Земли («авроральный зонд»). Одновременные измерения на спутнике и субспутнике позволят проследить пространственные изменения свойств среды. Таким путем можно будет лучше понять физическую природу исследуемых явлений. Пары спутников в разных областях магнитосферы (полярной и хвостовой) помогут связать между собой протекающие там процессы, установить причинные связи и понять механизмы их взаимодействия.

Коснемся еще одного вопроса. Имеет ли принципиальное значение исследование «ближнего космоса» для фундаментальных мировоззренческих представлений человечества? Безусловно. Можно перечислить множество задач астрофизики, радиоастрономии, требующих своего решения с использованием знаний и методов, почерпнутых из исследованной уже области космической плазмы. Опыт работы с «бесстеночными», в отличие от лабораторных, плазмами оказывается весьма актуальным и ценным.

В этом смысле блестящее подтверждение космическими экспериментами тех гипотез о строении и свойствах Солнечной системы, которые высказывали астрофизики на основе наземных наблюдений, убеждает в том, что ученые на верном пути в исследовании пока еще недоступных областей космического пространства.

Исполнилось 50 лет отечественной радиолокации. Ныне она стала одной из важнейших отраслей современной науки и техники.

Уже с самого открытия радиоволн было ясно, что они способны отражаться от встречающихся на их пути предметов. Еще А. С. Попов в 1897 г. наблюдал влияние на радиоволны проходящих судов. Однако до умения определять по отраженным радиоволнам положение, скорость перемещения и другие характеристики какого-то предмета, науке и технике предстояло проделать большой путь.

Сложность тут в том, что лишь небольшая часть излучаемых волн попадает на объект локации. К тому же они частично поглощаются им, а частично рассеиваются в разные стороны. В результате на приемник поступает меньше одной миллиардной части от излучаемой энергии.

Как показывают документы, в нашей стране мысль о возможности практического осуществления радиолокации была высказана П. К. Ощепковым в 1932 г.

Специалисты Советского Союза в 1934 г. разработали не только основополагающие идеи в области радиообнаружения самолетов, но и создали аппаратуру, которая прошла испытания по реальным воздушным объектам. Вот почему этот год можно считать временем рождения отечественной радиолокации. В данном случае уместно добавить, что никаких сведений о подобных работах из-за рубежа в то время не поступало.

Первая станция РУС-1 (радиоулавливатель самолетов-1), разработанная под руководством Д. С. Стогова, была принята у нас на вооружение в 1939 г. Такие станции действовали в непрерывном режиме и позволяли обнаруживать самолеты в определенной зоне. Следующая станция РУС-2, созданная под руководством Ю. Б. Кобзарева, работала в импульсном режиме и была принята на вооружение в 1940 г. В том же году наши конструкторы решили также задачу совмещения приемных и передающих антенн. Это было крупным технических достижением, сильно упрощающим конструкцию станций. Оба этих типа станций успешно использовались во время Великой Отечественной войны.

Перед войной и в ее ходе появились подобные средства для наведения прожекторов, зенитных орудий, а также самолетные станции перехвата и прицеливания, радиовысотомеры. Начали применяться радиолокационные станции и в Военно-Морском Флоте. Параллельно была проведена большая работа по созданию необходимых для новой техники вакуумных приборов сверхвысокой частоты, как импульсных, так и непрерывного действия. Сейчас радиолокация широко используется в оборонной технике.

Кроме военных применений, она получила большое распространение в гражданской авиации, на флоте, в метеорологии, в космических исследованиях. Первые, еще малосовершенные станции типа «Нептун» и «Створ» уже в 50-х годах позволили уменьшить навигационные аварии на море в 10 раз. Сейчас радиолокаторами оборудованы все морские и многие речные суда. В результате повысилась не только безопасность, но и скорость движения кораблей, что приносит экономию в несколько десятков тысяч рублей в год в среднем на одно судно. Радиолокация применяется для управления движением в портах. При этом их пропускная способность увеличивается на 10%, а количество аварий сокращается в 4 – 6 раз.

В гражданском воздушном флоте одна из отечественных систем управления движением самолетов – «Старт» – может следить сразу за 36 самолетами, находящимися в зоне аэропорта, давая о них нужные данные и позволяя управлять ими автоматически. Пропускная способность аэропортов повысилась в 1,6 раза, сократилось время пребывания самолетов в их воздушном пространстве на 15 – 20 %. Это дает на каждый из них 2,5 млн. руб. экономии в год.

В метеорологии с помощью радиолокаторов у нас организована сеть штормового предупреждения, охватывающая наиболее важные авиатрассы и авиапорты, а также отдельные районы страны. Эти приборы обеспечивают безопасность полетов, дистанционно определяя грозовые очаги и осадки. Они также используются для воздействия на градообразование в интересах сельского хозяйства. Сейчас производятся новые метеорологические радиолокаторы (МРЛ-10), вероятность распознавания метеоявлений которых доведена благодаря высокой автоматизации до 90%.

Появились у нас и аппараты, излучающие чрезвычайно короткие импульсы. Они служат для определения с борта кораблей, самолетов и вертолетов толщины морского и речного льда, в частности, для обеспечения навигации на Севере.

Локация успешно применяется и в астрономии. Дело в том, что классическими методами расстояния между небесными телами определяются очень неточно. Локатор в данном случае – незаменимый инструмент.

Первые такие наблюдения Луны были проведены вскоре после второй мировой войны. Затем последовал большой перерыв, так как следующим ближайшим космическим телом была Венера, до которой расстояние от Земли в сотни раз больше, чем до Луны. А значит, и энергия отраженного сигнала в миллиарды раз меньше.

Первая успешная радиолокация Венеры состоялась в апреле 1961 г. в Советском Союзе, Англии и США. Она дала сразу несколько сенсаций. Оказалось, что расстояние до Венеры совсем не то, какое принималось астрономами. Выяснилось также, что наша небесная соседка вращается не так, как до этого считали, а очень медленно и в сторону, обратную по сравнению с другими планетами Солнечной системы.

Сейчас с Земли мы измеряем расстояние до поверхности Венеры с точностью в несколько сот метров. Кроме Венеры, проведены локации Марса, Меркурия, Юпитера. Полученные данные о положении планет позволили создать теорию их движения. На ее основе возможно предвычислить места центров масс планет с максимальной ошибкой всего лишь в несколько километров, то есть примерно в 100 раз точнее, чем раньше. При такой точности расчеты нельзя уже проводить на основании законов Ньютона, а надо использовать законы общей теории относительности.

Сейчас вокруг Утренней звезды летают наши космические станции «Венера- 15» и -16». Они ведут детальные съемки поверхности планеты радиолокаторами, так как только радиоволны могут принести информацию через постоянный облачный покров Венеры.

Приборы, стоящие на этих станциях, необычны. Чтобы получить общепринятой аппаратурой заданную четкость изображения, пришлось бы выносить на околовенерианскую орбиту антенны диаметром 70 м, что сейчас технически невозможно. Поэтому тут используется новый тип локаторов.

Уже закончена съемка поверхности Венеры от Северного полюса до 30° с. ш. с деталями размером 1 – 1,5 км. Столь подробная картина большой части этой планеты получена впервые. На ней видны многочисленные кратеры разного происхождения, необычные горные образования, покровы с не наблюдавшимися ранее свойствами. Несомненно, этот материал прольет новый свет на проблемы образования и эволюции планет.

Развитие радиолокации потребовало исследований в различных областях науки и техники. Оно стимулировало освоение радиоволн метрового, дециметрового, сантиметрового и миллиметрового диапазонов. Были проведены большие работы по изучению распространения этих волн в пространстве, по созданию генераторов и приемников для них. Методы выделения сигналов из различных помех, методы получения предельно чувствительных приемников также сильно продвинулись благодаря работам в области радиолокации.

Эти достижения сейчас широко используются в разных областях радиоэлектроники: при создании систем навигации, телевидения, связи, в том числе радиорелейной и космической, в исследовательской аппаратуре. Так что бывает – очень важная область техники, быстро развиваясь, стимулирует развитие ряда отраслей знания.

Радиолокация, впервые осуществленная в нашей стране, получила сейчас очень широкое развитие. В этой области мы занимаем самые передовые позиции в мире.

Наши читатели просят рассказать о крымском радиотелескопе, участвовавшем в приеме информации с АМС «Венера-15» и «Венера-16». На их просьбу отвечает наш специальный корреспондент.

В ноябре 1981 г. в южных районах нашей страны разыгралась стихия. Ураганный ветер, трехдневный снегопад и снова ветер. Его напора не выдерживали крыши многих домов. Валились деревья, телеграфные столбы. Черное море разбушевалось так, что поселок «Прибрежный» возле Евпатории оказался затопленным и несколько дней напоминал Венецию. Недалеко от причала на мель выбросило сухогруз...

Следы стихии я видел по дороге в Центр дальней космической связи, где в те дни планировалась работа с автоматическими станциями «Венера-13» и «Венера-14», которые должны были передать панораму поверхности таинственной планеты. «Как-то там справились со стихией?» – с беспокойством думал я. Одна только антенна радиотелескопа РТ-70 чего стоит! По площади она превышает футбольное поле. Поднятая же на высоту, эта махина создает парусность, намного большую, чем та, что была у сухогруза, лежавшего у берега. Какой же прочностью должна обладать антенна?

Издалека заметил выделявшуюся огромными размерами ослепительно белую чашу, возвышавшуюся над степью. И чем ближе подъезжал к ней, тем больше убеждался в целости ее изящной конструкции.

Неожиданно над степью разнесся тревожный вой сирены. Это поступило предупреждение: всем быть внимательными, сейчас этот гигант в четыре тысячи тонн весом оживет! Кого-то сигнал мог действительно насторожить, а мне он доставил радость: цела антенна! Разум конструкторов, точность инженерных расчетов, добросовестный труд рабочих и мужество обслуживающих ее людей победили стихию.

И точно. Несколько минут спустя антенна, повинуясь заданной оператором программе, плавно и непринужденно пришла в движение. Через некоторое время она как будто вновь замерла. Стереотипное понятие о том, что антенна, поймав сигнал, нацеливается в заданную точку небосвода, в данном случае будет ошибочным. На самом деле она двигалась за источником информации, но движение это зарегистрировать может лишь ЭВМ.

Крымский радиотелескоп создавали многие коллективы под общим руководством М. Рязанского. По разнообразию режимов работы, остроте «зрения», количеству диапазонов волн и способности практически мгновенно переходить от одного к другому, а также по стабильности основных характеристик РТ-70 не имеет себе равных в мире. Его разработчики решили широкий комплекс радиотехнических, конструктивных, инженерно-технических и строительно-монтажных задач. Пойдя на определенный технический риск, они сумели получить на редкость удачное сочетание конструктивных и радиотехнических решений. В то же время специалисты позаботились об универсальности антенны, которая может использоваться для связи с межпланетными станциями, быть основным элементом радиотелескопа, позволяющего исследовать самые далекие объекты Вселенной, или радиолокатором при зондировании планет.

Антенна состоит как бы из трех основных частей: железобетонной башни-фундамента высотой 16 м, поворотной платформы и зеркальной системы. Башня-фундамент воспринимает нагрузку через обычный шарикоподшипник. Правда, обычным его можно назвать лишь по принципу устройства. По размерам же он уникален: между двумя обоймами диаметром 22 м катаются 300 пудовых «шариков». Нижняя обойма крепится к фундаменту, отнивелированному с точностью ±0,1 мм, а верхняя – к поворотной платформе. Этот подшипник вместе с шестеренчатой системой поворота обеспечивает вращение антенны в горизонтальной плоскости.

Поворотная платформа – сложная конструкция, основу которой составляют зубчатый сектор, вращающийся на цапфах в двух подшипниках горизонтальной оси, и противовесы главного зеркала. В движение ее приводят электросиловые приводы, которые отслеживают цифровой код управления, задаваемый ЭВМ. Мощность системы привода обеспечивает нормальную работу антенны при скорости ветра 18 – 20 м/с.

Третья часть антенны – зеркальная система – крепится к поворотной платформе. Ажурный каркас главного зеркала собран из множества стальных труб. 1188 алюминиевых щитов, составляющих рефлектор, насаживаются на регулируемые шпильки, закрепленные на каркасе. Это позволило провести монтаж зеркала, выполненного в виде 14 концентрических кругов, с требуемой точностью. Контррефлектор диаметром 7 м и приводы его перемещения (для компенсации каркаса антенны) крепятся на четырехстержневой опоре. В центре рефлектора расположена большая коническая конструкция, представляющая собой кабину, где находятся контейнеры со сменной приемопередающей аппаратурой. Над этой конструкцией крепится поворотная зеркальная система. Она-то и обеспечивает быструю смену диапазонов приема и передачи.

Устойчивость космической связи достигается тогда, когда размеры главного зеркала антенны в сотни и даже в тысячи раз превышают длину радиоволны. Если учесть, что ее диапазон лежит в пределах от 3 до 40 см, то становится ясным, насколько громоздким оно должно быть. А это и приводит к возникновению трудностей.

Качество любой антенны оценивается коэффициентом ее использования, который зависит от формы главного зеркала и дефектов его изготовления, совершенства облучателя, степени затенения зеркала элементами крепления контррефлектора. Еще совсем недавно он составлял 0,5 – 0,6. Это значит, что в лучшем случае 40 – 50 % площади зеркала практически пропадает. Вот и получается, что, строя антенну диаметром 60 м, реально получают около 45. Не правда ли, обидно впустую тратить металл, энергию? Кроме того, с ростом диаметра зеркала увеличиваются сроки строительства, возрастает его стоимость.

Существенный вклад в решение этой проблемы внес член-корреспондент АН СССР Л. Бахрах. Он предложил заменить традиционную параболическую форму главного зеркала квазипараболической. Такая форма рефлектора помогает добиться более равномерной освещенности его поверхности. Тогда и энергия облучателя используется почти полностью. Если бы не затенение от опор контррефлектора и дефекты изготовления зеркала, коэффициент использования поверхности квазипараболической антенны был бы близок к единице. Новый профиль зеркала нашел первое воплощение в антеннах спутниковой связи, в частности в наземных станциях системы «Интервидения».

С увеличением диаметра зеркала неизбежно встает еще одна проблема: борьба с деформациями. Их размеры растут пропорционально квадрату диаметра зеркала. Так, у 70-метровой антенны деформация в 8 раз больше, чем у 25-метровой, и достигает 3 – 4 см. Вот тут-то и начинаются трудности. Неровности формы не должны превышать десятой доли длины волны. Значит, для работы диапазон волн сужается до 30 – 40 см. И из этого, казалось бы, безвыходного положения выход был найден.

Советский конструктор радиотелескопов П. Калачев и немецкий конструктор С. фон Хорнер независимо друг от друга предложили идею, которая сводилась к следующему. Поскольку от деформации избавиться нельзя, то не попытаться ли рационально использовать новую форму зеркала, запланировав ее изменение в процессе проектирования? Комбинируя смещение контррефлектора и облучателя в зависимости от деформации, можно добиться требуемого хода лучей. Позже, при разработке антенны РТ-70, был найден закон распределения деформации по поверхности произвольной формы для двухзеркальной системы, т. е. найдено решение в общем виде. В результате коэффициент использования антенны был поднят до 0,8.

Радиотелескоп был опробован в декабре 1978 г. во время работы с «Венерой-11» и «Венерой-12». Тогда благодаря его чувствительности ученые смогли определить параметры движения спускаемых аппаратов в атмосфере планеты. С тех пор проведено немало космических, радиоастрономических и радиолокационных исследований, в которых с помощью РТ-70 получены качественно новые результаты.

По сравнению с другими отечественными станциями дальней космической связи крымский радиотелескоп в различных диапазонах волн в 10 – 35 раз более чувствителен к сигналам, приходящим от автоматических межпланетных станций (АМС). Во столько же раз выше скорость приема научной информации, передаваемой с АМС. Это особенно важно для исследования Венеры: время спуска аппаратов на ее поверхность исчисляется часами. Именно возможности крымского радиотелескопа обеспечивали прием цветной фотопанорамы поверхности Венеры в 1981 г. и информации о локации поверхности планеты аппаратурой АМС «Венера-15» и «Венера-16» в 1983 г.

Интересные результаты получили советские ученые при радиолокации планет. Измерения межпланетных расстояний, выполненные с помощью крымского радиотелескопа, легли в основу релятивистской теории движения внутренних планет (Меркурия, Венеры, Земли и Марса). Базируется она на общей теории относительности, учитывающей изменения временных и пространственных соотношений в полях тяготения, и использует как новейшие оптические, так и радиолокационные измерения. Она дает поразительные результаты: в 50 – 100 раз точнее классической позволяет прогнозировать движение этих планет. Это очень важное достижение. Баллистики получили весьма тонкий инструмент для расчета межпланетных траекторий космических аппаратов. Антенна РТ-70 дала возможность увидеть рельеф ближайших к нам планет с разрешением по дальности до 1,2 км. В частности, на Марсе определен профиль горы Олимп, максимальная высота которой 17,5 км.

Этот телескоп позволил радиоастрономам регистрировать слабые космические излучения, исследовать их спектр в недоступном ранее диапазоне волн – 1,35 и 0,8 см. А именно они несут важную информацию о структуре и движении молекулярных облаков, содержащих центры звездообразования, о процессах, происходящих в ядрах галактик, о сверхсветовом разлете некоторых объектов Вселенной.

Радиоастрономы, опираясь на опыт предшественников, в целях достижения лучшего разрешения стали «объединять» радиотелескопы в радиоинтерферометры с базой чуть ли не в диаметр Земли. Такой антенный дуэт позволяет достичь разрешения в 0,001 с, что в 20 раз лучше, чем у самого крупного оптического телескопа. А в 1979 г. советские ученые создали первый в мире космический радиоинтерферометр, в который вошли РТ-70 и установленный на орбитальной станции «Салют-6» КРТ-10.

Таковы первые, в ряде случаев рекордные, достижения советских ученых при работе с РТ-70. Как всякий новый и совершенный инструмент, он не раскрыл пока полностью своих возможностей, и мы, несомненно, еще станем свидетелями новых космических свершений с использованием крымского радиотелескопа.

Необычность деятельности человека в космосе требует и новой аппаратуры, и необычных методов ее применения. Среди них особое место сейчас заняла голография.

Голография – это метод получения изображения какого-либо объекта, основанный на интерференции световых волн. От одного и того же источника света (лазера) на фотопластинку (или фотопленку) вместе с «объектной» волной, отражаемой объектом, направляют вторую, «опорную» волну. Интерференция этих волн, зафиксированная на светочувствительной поверхности, дает картину, которая содержит полную информацию об объекте. Это и есть голограмма. Впоследствии, облучая голограмму или какие-либо ее участки опорной волной, можно увидеть объемное изображение интересующего нас объекта.

Применяя голографическую технику и светочувствительные материалы, удается, как и в фотографии, где используется линзовая оптика, записать и сохранить на длительное время световую информацию об объекте, чтобы затем воспроизводить его изображение, когда в этом возникнет необходимость. В известном смысле, голография подобна фотографии, у них одна и та же цель. Фотография давно сделалась необходимой составной частью большинства экспериментов и практических приложений. Почему же тогда нельзя обойтись исключительно фотографией, ведь техника ее уже хорошо развита?

Дело в том, что изображение, полученное голографическим методом, гораздо информативнее. В голографии записывается и затем восстанавливается волновой фронт света, идущего от объекта; в фотографии – лишь плоское изображение, сформированное линзами. Поэтому голографические методы позволяют воссоздавать объемное изображение, что совершенно недостижимо для фотографии. А ведь иногда крайне необходимо видеть предмет и окружающее его пространство объемными, например, при посадке самолета или стыковке космических кораблей. Однако не только в этом преимущество голографии. Она позволяет наблюдать прозрачную среду и определять происходящие в ней изменения (фазовые неоднородности), которые не различает человеческий глаз и которые не фиксируются при обычном фотографировании.

Особенность нового метода в том, что можно делать несколько записей на один и тот же участок фоточувствительных материалов, а затем раздельно восстанавливать каждый записанный волновой фронт, можно плотнее записывать информацию, сравнивать интерферометрические картины от объектов в различные моменты времени.

Есть много и других преимуществ голографии перед фотографией. И все же она пока не вытеснила последнюю. Этому препятствует необходимость использовать искусственный источник света, тогда как в обычных условиях объекты чаще всего освещаются естественным, солнечным светом. Большая сложность и дороговизна самой голографической аппаратуры, а также жесткость условий, в которых протекает съемка, потребность в квалифицированных специалистах – все это ограничивает применение голографии. Правда, по мере совершенствования аппаратуры препятствия, связанные с ее обслуживанием, теперь успешно преодолеваются.

Достоинства голографии определяют и те области, где она может служить наиболее эффективно. К ним относится изобразительная голография (получение трехмерных изображений голографическим способом), используемая для прикладных и технических целей, например, в музейном деле, в создании тренажеров. Метод нашел применение в голографической микроскопии, голографической интерферометрии, которая позволяет, например, изучать изменения фазовой структуры прозрачных веществ, деформации объектов, характер их вибрации в устройствах неразрушающего контроля, распознавания образов, обработки изображений. Применяется голография для измерения размеров и распределения частиц, при получении голограммных оптических элементов, в системах голографической памяти и многих других областях.

Первый космический голографический эксперимент, подготовленный учеными СССР и Кубы, был проведен 27 марта 1981 г. международным советско-монгольским экипажем комплекса «Салют-6»–«Союз Т-4»–«Союз-39». В сообщении по итогам работы этого экипажа отмечено: «Важной частью программы полета явились эксперименты по отработке новых методов записи и передачи голографических изображений объектов для решения различных научно-технических задач в космосе».

Создание голографической аппаратуры для космоса оказалось трудной задачей. Как уже говорилось, лабораторные установки сложны, тяжелы и все время требуют принимать меры предохранения их от воздействия вибрации. Нечего и говорить, что такие установки для космоса не годятся. Здесь нужна аппаратура, способная не разрушиться во время запуска, не потерять свою работоспособность и не разъюстироваться при транспортировке на орбиту. К тому же она должна иметь минимальную массу и объем, не требовать сложных настроек, быть простой в управлении, надежной в работе, потреблять минимум энергии.

В СССР и США начали разрабатывать голографическую аппаратуру для космических станций и кораблей, удовлетворяющую поставленным требованиям, но в своих разработках ученые исходили из разных принципов. Советские специалисты отказались от традиционного плоского размещения деталей голографической установки на специальных скамьях и плитах и расположили их в объеме, сочленив с виброустойчивым остовом. Такие установки не имеют аналогов в мире. В то же время голографическая аппаратура для космоса, сконструированная в США, и испытанная в 1982 г. (после голографического эксперимента на станции «Салют-6») на самолете, летевшем по параболической траектории, имеет традиционную компоновку. Она имеет характерное для лабораторных установок плиточное основание и значительно большие, чем у советской установки, объем и массу.

Космические голографические аппараты (КГА), созданные сотрудниками Физико-технического института им. А. Ф. Иоффе АН СССР, состояли из основного прибора и сменяемых приставок. Внутреннее устройство основного прибора КГА-1, работавшего на станции «Салют-6», несколько отличалось от КГА-2, находящегося на станции «Салют-7». В обоих аппаратах использовался советский гелий-неоновый лазер ЛГ-78. Габариты приборов 450×210×120 мм, масса – не более 5 кг, потребляемая мощность – менее 60 Вт, выдержка объекта экспонирования (в зависимости от используемой оптической схемы) – от долей до десятков секунд. Фоточувствительным материалом служили советские голографические фотопластинки и фотопленка.

Исходная оптическая схема прибора соответствовала голографической схеме с внеосевым опорным пучком. В качестве регистрирующего устройства использована приставка – корпус фотоаппарата «Зоркий-4» без объектива, заряженный голографической фотопленкой. Фотоаппарат был приспособлен к режиму, когда могли даваться одна либо две экспозиции (разнесенные во времени). В первом случае получалась голограмма объекта (рис. 16), во втором при восстановлении (рис. 17) – интерферограмма, которая показывала изменение объекта за протекшее время.

Рис. 16. Схема регистрации голограммы объекта, диффузно рассеивающего свет Интерференционная картина формируется наложением опорного волнового фронта с объективными волновыми фронтами от множества точек объекта. Эта интерференционная картина записывается на фотопластинке, которая после проявления и представляет собой голограмму

Рис. 17. Схема восстановления волнового фронта от голограммы (узоры интерференционной картины представляют собой сумму наложенных дифракционных решеток) Опорный волновой фронт, подобный волновому фронту при записи и таким же образом ориентированный, попадает на голограмму. Отклоняя лучи, голограмма формирует волны 1 и 2, подобные тем, которые шли от объекта. Они позволяют видеть мнимое и действительное изображения объекта

Для работы с КГА-1 применили специальную оптическую приставку, позволяющую тот же прибор перестраивать (перекрытием внеосевого опорного пучка) на голографирование со встречным опорным пучком по методу члена-корреспондента АН СССР Ю. Н. Денисюка. Голограмма при этом снималась на голографическую фотопластинку.

Третий вариант использовался на приборе КГА-2 и разрабатывался для эксперимента «Таврия». КГА-2, в отличие от КГА-1, обладал большим голографируемым объемом, в его оптическую схему входила стеклянная пластинка, позволяющая создавать несущую частоту интерференционных полос, а за объектом помещалось матовое стекло (при необходимости его можно было вынимать). Первой приставкой к этому прибору было регистрирующее устройство: на пластинке возникала последовательность голограмм с двойной экспозицией и с изменением времени между первой (она была общей для всех голограмм) и второй экспозициями. Это давало возможность изучать динамику исследуемого процесса.

В четвертом варианте также работала установка КГА-2, но с другой оптической приставкой, позволяющей исследовать процессы в реальном времени. На пластинке, использованной в этой приставке, экспонировалась голограмма исходного состояния объекта. Затем пластинку проявляли, и сквозь нее наблюдали голограммы последующих состояний. Можно было увидеть изменяющиеся во времени интерферограммы.

В этом варианте установка соединялась с телевизионной камерой, имеющей выход на ВКУ и видеозапись, а также с фотоаппаратом. Таким образом, можно было наблюдать через голограмму начального состояния не только картины изменения процесса, но и все фазы процесса на видеоконтрольном устройстве прямо на станции или на Земле. Такой вариант аппаратуры позволяет специалистам, следящим за станцией с Земли, совместно с космонавтами участвовать в управлении голографируемыми процессами. При необходимости процесс после его окончания можно снова проанализировать, обратясь к видеозаписи или к последовательности произведенных фотоснимков.

Космические условия, вероятно, еще долго будут накладывать ограничения не только на массу, объем прибора и потребляемую им мощность, но и на время, которое допустимо затратить на эксперимент, особенно если он проходит под постоянным наблюдением космонавтов. Условия эти не позволяют в такой широкой степени варьировать эксперимент по промежуточным данным, как это можно осуществить в лаборатории. Поэтому подготовка к космическому эксперименту дополняется предварительными лабораторными и промоделированными на вычислительной машине (когда это необходимо) экспериментами. К тому же, поскольку «поставщики» эксперимента, как правило, не сами проводят его в космосе, необходимо специальное обучение операторов-космонавтов, которые хотя и знакомы с условиями работы в космосе, но не подготовлены к проведению данного эксперимента.

Выполнению нового эксперимента в космосе обязательно предшествует тестовый эксперимент. Он должен определить, будет ли в космических условиях предполагаемый эксперимент протекать именно так, как задумано, и даст ли общую картину его особенностей. Не исключено, что в тестовом эксперименте будут получены и новые научные данные. По возможности, на Земле нужно промоделировать условия, при которых влияние силы тяжести – главного фактора, отличающего земные условия от космических, – будет сведено к минимуму. Следует, конечно, учитывать и другие, второстепенные отклонения от земных условий, например температурные режимы. Если это доступно, можно провести и модельный численный эксперимент на ЭВМ. Все эти особенности космических экспериментов в полной мере относятся к голографическим.

В голографических экспериментах на «Салюте-6» исследовалась возможность передачи голографической информации со станции в Центр управления полетом и из Центра управления – снова на станцию «Салют-6». На станцию доставили увеличенные изображения голограмм, которые проектировались затем на фоточувствительный слой видикона бортовой телевизионной камеры. Видеосигнал изображения голограмм поступал на наземные станции и формировал изображения на видеоконтрольных устройствах, с одного из которых изображения голограмм фотографировались. После проявления этих изображений с голограммы восстанавливались изображения объектов, которые сравнивались с изображениями, восстановленными с исходных голограмм.

Передача голографической информации в обратном направлении шла следующим образом. На голографической установке «Свет» формировались голограммы тест-объектов. Их проектировали на передающую трубку наземной телевизионной камеры и производили видеозапись голограмм. Во время сеанса телевизионной связи эту видеозапись передавали на станцию, где с помощью специальных оптических приставок к видеоконтрольным устройствам переданные голограммы фотографировались. Контрольные снимки тех же голограмм получали и на Земле. После соответствующей обработки восстанавливали изображения как с голограмм, переснятых на станции «Салют-6», так и с контрольных снимков голограмм, и восстановленные изображения сравнивали. Эксперименты на «Салюте-6», подтвердившие возможность передачи голографической информации с борта станции на Землю и обратно, позволили к тому же оценить характер потерь передаваемой по телевизионным каналам голографической информации.

Выяснилось, что практически без потерь можно передать только сравнительно низкочастотную информацию (например, интерферограммы, полученные при двойной экспозиции голограмм на один участок пленки). Чтобы избежать высокочастотных потерь при передаче голограмм, нужно либо понизить темп передачи, либо увеличить число элементов в кадре. Стало ясно, что высокая чувствительность передачи голограмм к различным дефектам телевизионного канала позволяет использовать такую передачу в качестве экспрессного метода количественного контроля за качеством передачи изображения телевизионной системой Земля–космос. В ходе проведенных экспериментов удалось также выявить возможности передачи голографической информации о различных процессах в темпе их протекания, то есть в реальном времени.

Основная задача голографических экспериментов на станции «Салют-6» заключалась в определении возможности голографирования на орбитальной космической станции и в проверке работоспособности специально созданного для этой цели аппарата КГА-1, важной деталью которого был газовый лазер. До этого газовый лазер ни в приборе, ни отдельно на станции не применялся, т. е. не было никакого опыта работы с ним в космосе.

В программу экспериментов с прибором КГА-1, которые проводили В. В. Коваленок и В. П. Савиных в марте 1981 г., входило голографирование различных объектов и процессов. В качестве объектов были выбраны: плоский прозрачный объект, по которому можно установить качество голографирования; кристалл NaCl, растворяющийся в воде в специальной кювете; отражательный объемный объект – внутренние детали голографической установки; и, наконец, прозрачный пространственный рельеф – стеклянная пластинка, имитирующая иллюминатор станции с микродефектами наружной поверхности. Голографирование этой поверхности должно было продемонстрировать, как использовать КГА для контроля характера повреждений на иллюминаторе станции при ее длительной эксплуатации. Для голографирования тест-объекта применялась приставка без перекрытия внеосевого опорного пучка, в случае голографирования иллюминатора – с перекрытием внеосевым пучком.

На станции «Салют-6» впервые в космосе удалось получить голограммы плоских и объемных объектов с удовлетворительным качеством восстановления этих изображений. При восстановлении изображения в нем сохранились все признаки объемности исходного объекта, которые видны при наблюдении объекта.

В программу голографического эксперимента входило также исследование, как растворяется кристаллик хлористого натрия в условиях невесомости. Были сняты голограммы и интерферограммы (голограммы с двойной экспозицией) в различные моменты времени от начала процесса растворения.

Полученные результаты оказались интересными и в известной степени неожиданными – процесс растворения кристаллов хлористого натрия в условиях невесомости примерно в 20 раз дольше, чем на Земле. В течение первых трех часов размеры кристалла практически не изменяются, затем уменьшаются более заметно, а на последнем этапе их уменьшение опять замедляется.

Голографические эксперименты были продолжены и на станции «Салют-7». Предполагалось, с одной стороны, усовершенствовать уже испытанные голографические методы и аппаратуру, а с другой – расширить диапазон их использования. На борт станции «Салют-7» был доставлен аппарат КГА-2 с приставкой, позволяющей в более удобном виде получать двухэкспозиционные голограммы (интерферограммы), отвечающие различным моментам процесса. Новый аппарат предстояло использовать в качестве регистратора процесса изотахофореза (рис. 18) для получения особо чистых биопрепаратов, необходимых в производстве высокоэффективных лекарств и решении задач теоретической и прикладной микробиологии. Среди способов очистки, разделения и анализа биопрепаратов важное место занимает электрофорез в жидких растворах, весьма эффективный при разделении биопрепаратов на уровне белков, субклеточных частиц, клеток.

Рис. 18. Графическое изображение интерферограмм изотахофореза, снятых на станции «Салют-7» а – с голограммы, снятой 46 мин спустя после начала процесса; б – то же самое спустя 52 мин; в – то же самое спустя 1 ч

При подготовке к эксперименту была проведена большая серия лабораторных опытов, в которых для разных моментов времени удалось получить интерферограммы электрофореза и изоэлектрического фокусирования альбумина. Серия интерферограмм дает динамику смещения и разделения фракций в электрофоретической колонке. Местоположение фракций определяется по искривлению полос конечной ширины. В эксперименте было количественно оценено изменение показателя преломления чистой фракции относительно показателя преломления буферного раствора. Кроме того, определялось изменение градиента показателя преломления вдоль колонки по изменению наклона интерференционных полос. Лабораторные эксперименты убедительно показали, что установка КГА-2 регистрирует разделение биопрепаратов на фракции и позволяет наблюдать и регистрировать динамику процесса электрофореза неокрашенных фракций и, следовательно, в реальном времени контролировать выделение сверхчистых препаратов.

Аналогичный эксперимент на станции «Салют-7» выполняли космонавты А. Н. Березовой, В. В. Лебедев, Л. И. Попов, А. А. Серебров и С. Е. Савицкая. С заснятой и затем проявленной голограммы процесса были восстановлены изображения интерферограмм, относящиеся к различным моментам часового протекания процесса. Спустя сорок минут после начала наблюдаются локальные искривления полос и дальнейшее изменение - их частоты и угла наклона. Эти локальные изменения определяют области появления фракций биопрепарата.

Тот же самый прибор КГА-2 использовали для последующих экспериментов во второй экспедиции на станцию «Салют-7» космонавты В. А. Ляхов и А. П. Александров. Применив голографическую установку, они изучали тепло-и массоперенос в жидкой среде в условиях невесомости. Для этого они засняли серию двухэкспозиционных голограмм. Голограммы помогут определить, насколько эти процессы на орбите отличаются от аналогичных процессов, протекающих в земных условиях.

В. А. Ляхов и А. П. Александров провели также опыты с прибором и приставками, предназначенными для непосредственного голографического и интерферометрического наблюдения за процессами тепло- и массопереноса во время их протекания.

Успехи голографических экспериментов на станциях «Салют-6» и «Салют-7» позволяют утверждать, что и другие земные возможности голографии найдут применение в космосе.

Многое можно сделать с помощью голографических методов, например, для изучения особенностей поведения жидкостей в условиях невесомости. Капиллярные процессы, смачивание и явления гидродинамики на Земле протекают во многом под влиянием земного притяжения. В условиях невесомости привычное поведение жидкости сказывается существенно нарушенным. Голографическая аппаратура позволяет регистрировать форму поверхности и характер движения прозрачных жидкостей в условиях невесомости. Немалую пользу принесет голография в исследовании и регистрации деформаций малых смещений и вибраций.

Интересно применение голографии в микроскопии. Серия голограмм, снятых в космосе, дает полную картину изменения различных микрообъектов. В то же время непосредственное использование микроскопа в космосе не всегда возможно или эффективно, а на снимках, сделанных обычным фотоаппаратом, нельзя увидеть снятые микрообъекты под микроскопом из-за недостаточного разрешения оптики.

До сих пор мы говорили о том, что голография дает космонавтике. Но существует и обратная связь. Голографические приборы и методы, предназначенные для космоса, могут оказаться весьма полезными и на Земле. Действительно, существовавшие ранее приборы были пригодны только для использования в специально оборудованных лабораториях. Космическим голографическим аппаратам найдется место даже в цехе, в вузе, в школе, поскольку они способны давать удивительные результаты, которые пока удается получить лишь на массивных лабораторных установках. И, наконец, сравнивая вес нового голографического аппарата и обычного фотоаппарата, мы обнаруживаем, что находимся на пороге создания массовой малоформатной голографии. Можно поэтому быть уверенным в том, что труд, затраченный на создание приборов и методов для космоса, окупится не только в исследованиях на орбите, но и при решении различных земных задач.

Как правило, фантастика зовет нас в будущее, предвосхищая достижения, о которых пока можно только мечтать. Научно-техническая революция создала предпосылки для самых фантастических свершений. Надо только суметь разглядеть их. И тогда уже сегодня можно обнаружить вполне реальную основу самых, казалось бы, фантастических проектов.

Давайте представим себе, что на орбиту искусственного спутника Земли выведен рефлектор, отбрасывающий на нашу планету солнечный свет. Такой «зайчик» может осветить один или несколько крупных районов, находящихся в разных часовых поясах.

Впервые идея создания космических рефлекторов была высказана немецким исследователем Германом Обертом еще в 1929 г. Дальнейшее развитие она получила в работах американского ученого Крафта Эрика. Сейчас мы вплотную подошли к практическому осуществлению этих казавшихся фантастическими проектов.

Но прежде всего о том, для чего необходимы такие искусственные луны.

Оказывается, им можно найти целый ряд весьма ценных народнохозяйственных применений. Использование спутников-рефлекторов для продления светового дня на несколько часов в крупных городах обеспечит высококачественное (бестеневое) освещение улиц, транспортных магистралей, строек и окажется экономически выгодным. Например, затраты на освещение из космоса пяти таких городов, как Москва, окупятся только благодаря экономии электроэнергии за 4 – 5 лет. Причем ту же систему спутников-рефлекторов можно переключать на другую группу городов практически без дополнительных капитальных затрат.

Еще одна возможность – освещение мест, где необходимо организовать работу в ночное время. Например, крупные стройки в высоких широтах или сельскохозяйственные районы в период посевной и уборочной кампаний.

В нашей стране давно изучается влияние изменения режима освещенности – как по продолжительности, так и по спектру – на урожайность сельскохозяйственных культур. Есть основания полагать, что организация освещения полей в определенных диапазонах спектра приводит к повышению интенсивности роста растений, может стать активным средством борьбы с кратковременными ночными заморозками. И это тоже по силам спутникам-рефлекторам. Продолжая перечень их возможных применений, упомянем лишь о возможности освещения районов крупных землетрясений и других стихийных бедствий, где ведутся спасательные операции.

Но все-таки как выглядят технические возможности выполнения подобных проектов? Основная трудность здесь связана с тем, что, с одной стороны, для получения практических результатов необходимо выводить на орбиту отражающие свет поверхности площадью в десятки гектаров, а с другой – рентабельность таких систем стремительно уменьшается с ростом выводимой массы спутников. Поэтому понадобится создать сверхлегкие конструкции, не требующие сложных монтажных работ на орбите. Вместе с тем облегчение конструкции приводит к ухудшению ее жесткости, а значит, и точности наведения отраженного светового потока. Компенсировать такие потери поможет эффективная . система управления.

Исследователями уже проработан в общих чертах облик рентабельных орбитальных осветительных систем будущего. По-видимому, их можно монтировать из групп отдельных автономных спутников-рефлекторов, распределенных по выгодным орбитам. Каждый из них будет напоминать обыкновенный упакованный зонтик, автоматически раскрывающийся после доставки на орбиту. Отражающей свет поверхностью на таких спутниках, вероятно, послужит полимерная металлизированная пленка. Ориентация светового потока будет производиться распределенной системой управления, компенсирующей колебания конструкции.

Экспериментальные образцы космических рефлекторов могут быть созданы уже в ближайшее десятилетие при надлежащей организации научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, связанных с созданием конструкции, изучением принципов управления космическими рефлекторами. Академия наук СССР, ряд министерств считают целесообразным начать их уже в настоящее время. К этим работам стоило бы привлечь значительный научный потенциал высшей школы, тем более что необходимый задел создан.

Например, в МАИ им. С. Орджоникидзе создают проект орбитального эксперимента со спутником-рефлектором массой не более 200 кг и площадью рабочей поверхности 110 м². Такой эксперимент в первую очередь предназначен для проверки технических решений, заложенных в основу построения космического рефлектора будущего. Освещенность на наземном приемнике диаметром около 10 км должна быть в семь раз интенсивнее, чем ночью в полнолуние (около 1,5 лк).

В институте группой сотрудников и студентов уже созданы экспериментальные наземные установки, демонстрирующие процессы раскрытия и управления формой поверхности спутника-рефлектора. Желательно, чтобы Госкомитет СССР по науке и технике и Минвуз СССР решили вопрос о создании исследовательской базы.

Параллельно необходимо организовать изучение экологических последствий применения космических рефлекторов, выработать рекомендации по рациональному использованию таких систем с пользой для окружающей среды.

Мощнейший источник энергии – Солнце должно еще эффективнее служить людям.

Когда-то «кухней» погоды называли Арктику. Однако определяющую роль в формировании погоды отводили процессам, происходящим в атмосфере. Сегодня общепризнано, что поведение атмосферы в свою очередь определяет Мировой океан, именно поэтому он и привлекает такое пристальное внимание ученых. Считают, что температурные колебания его верхних слоев играют особую роль в долговременных изменениях погоды. Так, академик Г. Марчук обосновал концепцию ключевых районов Мирового океана, которые в наибольшей степени влияют на климат нашей планеты. За последние годы появились интереснейшие исследования, которые невозможно было бы провести без данных, получаемых из космоса. Открытие регулярных авиалиний в отдаленные пункты Советского Союза, организация межконтинентальных перелетов, развитие морского транспорта и рыболовного флота – все это вызывает необходимость получения полной информации о гидрометеорологической обстановке и ее изменениях в глобальном масштабе.

О визуальных наблюдениях Мирового океана с борта станции «Салют» и рассказывается в публикуемой статье.

Огромен Мировой океан. С борта станции «Салют» он выглядит по-разному. Прямо перед глазами он может быть серо-зеленый, а дальше, если медленно переводить взгляд в сторону, водная поверхность играет целой гаммой оттенков. Именно космонавтика предоставила возможность связать воедино отдельные части сложной картины, взглянуть на вечно меняющийся в непрерывном движении океан как на единое целое. Разумеется, космические методы и средства его изучения не заменяют, а дополняют существующий технический арсенал океанологов. Экипажи орбитальных станций дают им весьма ценную, а иногда и уникальную научную информацию о природе Мирового океана, его сегодняшней жизни.

Космонавт-исследователь располагает широкими возможностями в проведении визуальных наблюдений. Он фиксирует непосредственные характеристики, формы и состояние природных объектов даже в условиях малых яркостных и цветовых контрастов. Это определяется высокой чувствительностью и разрешающей способностью глаза человека – наиболее чувствительного инструмента для наблюдений в оптическом диапазоне волн. Зрительный анализатор в условиях длительного космического полета сохраняет преимущества по отношению к другим системам наблюдения. При благоприятных условиях освещенности и угловых размерах природных объектов 10 – 20″ глаз способен различать контрасты до 1 – 2 %. Сравним: фотометрические методы позволяют регистрировать контрасты, превышающие 10 – 15%, а телеметрические – 20 – 25%. Таким образом, наиболее полная характеристика цветовых и яркостных контрастов объектов океана достигается при визуальных наблюдениях. Вот почему они не только играют важную роль при сборе оперативной информации о состоянии поверхности океана, но и служат источником контрольных и эталонных данных для дешифрирования и интерпретации информации, получаемой при инструментальных измерениях яркостных полей с борта автоматических спутников Земли.

Среди различных явлений, наблюдаемых космонавтами в океане, особый интерес представляют синоптические вихри – относительно обособленные динамические образования с более или менее круговым движением вод. Развиваются они в верхнем слое океана толщиной от нескольких сот до 1 – 2 тыс. м и обнаруживаются в основном по цветовым и яркостным контрастам. Последние служат одновременно показателем динамической активности вихревых образований и знака их вращения.

Систематические визуальные наблюдения вихревых образований в океане были начаты космонавтами Ю. Романенко и Г. Гречко в 1977 – 1978 гг. В последующем такие наблюдения выполнялись всеми экспедициями, экипажи которых проходили специальную подготовку.

Эти вихри, имеющие различную форму закручивания, поражают своими огромными масштабами. Так, Ю. Романенко и Г. Гречко обнаружили в области Фолклендского течения вихрь фронтального типа диаметром 50 – 100 км. Он выделялся на поверхности океана своим зеленоватым оттенком. А на расстоянии около 200 км от него был замечен вихрь противоположного вращения (антициклонический), водная масса которого имела глубокий синий цвет.

Чем объясняется различие в цвете? В циклонических вихрях к поверхности океана поднимаются глубинные воды. Тем самым создаются благоприятные условия для интенсивного роста биологической продуктивности, что придает району зеленоватую окраску. Иная картина наблюдается в антициклонических вихрях. В центре такого вихря поверхностные воды погружаются на глубину, что сопровождается ослаблением биопродуктивности.

Важные результаты, полученные космонавтами В. Коваленком и А. Иванченковым, позволили разработать метод визуальных наблюдений с учетом углов освещения и визирования природных объектов в океане. В частности, установлено, что наилучшие условия поиска и обнаружения вихревых циркуляции создаются при расположении Солнца относительно горизонта под углом примерно 25° как непосредственно в зоне солнечной дорожки, так и в пределах 20 – 25° справа и слева от нее.

В. Ляхов и В. Рюмин в 1979 г. обнаружили, что в Мировом океане антициклических и циклонических вихрей не меньше, чем в атмосфере. Оказалось, что многие океанские фронты порождают вихри. А последние, в свою очередь, зачастую создают фронты, изменяя своим деформационным полем горизонтальные градиенты температуры, солености и плотности. Например, фронт Куросио был обнаружен по буро-коричневой полосе протяженностью до 500 км, а через два дня в этом районе возник вихрь. Его диаметр достигал 450 км. Наблюдаемый район имел зеленовато-бурый оттенок. Все это вполне согласуется с представлениями о динамической неустойчивости системы «Курильское течение–Куросио» и об интенсивном вихреобразовании в зоне их встречи.

Наиболее часто интенсивные вихревые образования экипаж наблюдал в системах течений Гольфстрим и Куросио, в тех областях, где они удаляются от берега. Для Гольфстрима – это участок от мыса Хаттерас, где течение поворачивает на северо-восток, до южного края Большой Ньюфаундлендской отмели. Для Куросио – область восточнее острова Хонсю. Вихри, несущие в открытый океан «инородные» воды, выделяются по цветовому контрасту. Кроме того, в отдельных случаях наблюдается кучевая облачность над границей «холодных» (циклонических) вихрей, что может служить косвенным признаком.

Вихреобразные неоднородности, видимые на поверхности океана из космоса, могут колебаться в горизонтальных размерах от нескольких десятков до нескольких сот километров. Их форма чрезвычайно изменчива и лишь в отдельных случаях подобна кругу, эллипсу, овалу.

В. Ляхов и В. Рюмин неоднократно наблюдали в Тихом океане, восточнее побережья полуострова Камчатка, спиральные структуры синоптических вихрей. При этом было установлено, что циклонические меандры (изгибы) течений имеют правильные закругленные очертания и постоянный контраст, а адвективные языки (образуются в результате переноса инородной воды под воздействием ветра) холодных вод закручены в ту или другую сторону. Окончания их часто заострены. Контраст постепенно ослабевает в направлении заостренной части языков.

Фронтальные разделы сами порождают вихревые возмущения благодаря собственной неустойчивости. Определенная связь между вихревыми полями в океане и циклонами в атмосфере была подтверждена наблюдениями Л. Попова и В. Рюмина в Северной Атлантике. Океанские вихри так же часты, как и атмосферные циклоны и антициклоны. В них сосредоточена большая часть кинетической энергии гидросферы нашей планеты.

21 июня 1980 г. экипаж обнаружил основную струю Гольфстрима по коричневым полосам и серии пятен изумрудного цвета. Она, по существу, является фронтальной зоной шириной примерно 250 – 300 км. Северная и южная границы ее выделялись зелеными полосами длиной до 800 км. На следующий день в восточной части фронтальной зоны был замечен фронт протяженностью до 400 км. Его цвет плавно переходил от северо-запада на юго-восток от бирюзового к коричневому и от коричневого к салатному. За период наблюдений цвет фронта не менялся.

25 июня в районе, где фронтальный раздел принимал салатный цвет, космонавты наблюдали циклонический вихрь диаметром около 50 км. Район выделялся своим зеленовато-бурым оттенком. По оценке Л. Попова и В. Рюмина, вихрь имел тенденцию к увеличению горизонтальных размеров.

28 июня исследуемый район океана был покрыт сплошной облачностью. А это как раз и предполагает наличие связей между вихревыми полями в океане и циклонами в атмосфере. Их взаимодействие между собой во многом определяет характер общей атмосферной циркуляции, играющей важную роль при формировании погоды и климата на Земле.

Для визуальных методов исследований океана характерна факторная интеграция, т. е. возможность наблюдения и регистрации нескольких явлений. Это позволяет использовать полученную информацию для одновременного изучения физических процессов, происходящих в океане и атмосфере, и их взаимодействия между собой. Примером здесь может служить установление факторов формирования циклонических и антициклонических меандров на фронтальных разделах самых различных масштабов. Так, В. Коваленок в одном из сеансов связи сообщил: «Наблюдаю ярко выраженную динамику и фронтальную зону, на границах фронтальной зоны – циклонические и антициклонические меандры. Вдоль фронтальной зоны слабое течение. Протяженность фронтальной зоны – до 300 км, ширина – примерно 100 км. Под трассой просматривается глубинная аморфная зелень в виде отдельных прожилок».

Большая обзорность с борта станции в сочетании с высокой контрастной чувствительностью зрительной системы человека позволяет проводить довольно детальные исследования поверхностной структуры в региональном и глобальном масштабах. При этом имеется возможность не только наблюдать процесс вихреобразования, но и контролировать его изменчивость. Все это открывает путь к оперативному картированию вихрей и их прогнозированию, что имеет важное значение для оценки гидрологической обстановки в данном регионе. В конечном счете эти исследования вносят вклад в разработку более совершенных методов прогнозирования погоды в прибрежных районах и в глубине континентов.

Средства авиации и космонавтики позволили геологам взглянуть на Землю сверху, обозревая чуть ли не целые континенты. О помощи их в поиске полезных ископаемых на суше журнал⁴ уже писал. На этот раз наш рассказ об одной из наиболее острых проблем современности – использовании сырьевой базы Мирового океана. Около 60 – 80 млн. км² морского дна считаются сегодня благоприятными для поиска нефти и газа. Это 65 – 70 % общемировых запасов нефти. Среди них уже открыто около 700 нефтяных и газовых месторождений, где добывается до 20 % всей нефти в капиталистических странах.

⁴ Авиация и космонавтика (примеч. составителя).

Добычу нефти со дна одними из первых начали советские нефтяники на Каспии. Теперь нефтяные вышки можно увидеть на Черном море и Балтике, в Северном море у берегов Норвегии и Англии, в Персидском заливе и морях Юго-Восточной Азии, у берегов Аляски, Калифорнии, Австралии. В ближайшее десятилетие бурение на нефть и газ будет вестись на глубине моря не только десятков и сотен метров, но и первых километров.

Интерес к добыче руд и твердых полезных ископаемых, так называемых железо-марганцевых конкреций, возник примерно в середине 60-х годов и с тех пор неизменно возрастает. Железо-марганцевые конкреции – это округлые, размером с некрупный картофель образования серо-бурого цвета. Они представляют собой отложения окисей железа и марганца. И это еще не все. Под водою скрыты алмазы, золото, кобальт, жемчуг и даже . . . пресная вода. Но вот парадокс: современный уровень развития техники позволяет значительно легче достичь поверхности Луны, чем дна океана, находящегося в нескольких километрах от палубы океанского лайнера.

И все-таки в исследованиях геологии морского дна космонавтика нашла свое место. В частности, единая телеметрическая система обеспечивает передачу информации с исследовательских судов, находящихся в океане, в центр обработки информации. Это начало, первые шаги по претворению в жизнь решений XXVI съезда КПСС, касающихся практического использования космических средств для поиска полезных ископаемых на дне морей и океанов. Но тем интереснее выяснить, что за проблемы стоят сегодня перед морскими геологами и насколько возможно применение космонавтики для их решения.

В беседе, проведенной специальным корреспондентом журнала, принимают участие Герой Советского Союза, летчик-космонавт СССР генерал-лейтенант авиации Герман Степанович Титов, генеральный директор производственного объединения «Южморгеология» кандидат технических наук Иван Федорович Глумов и специалист в области морского права капитан 1-го ранга Олег Михайлович Лисов.

– Иван Федорович, вы уже многие годы работаете в области морской геологии, и вам, видимо, нетрудно будет объяснить, как малоизвестное когда-то отраслевое направление сегодня получило мировую известность. В чем тут дело?

– Научно-технический прогресс и связанные с ним возрастающие потребности в сырье объясняют повышенный интерес различных стран мира к поискам и разработке полезных ископаемых на дне океанов и морей. Обусловлено это в основном ограниченностью природных ресурсов континентов. Они истощаются, а их разработка становится все более сложной и дорогостоящей. Вероятность же обнаружения на континентах новых месторождений полезных ископаемых уменьшается. В то же время в результате систематических геологических исследований океана доказано, что дно морей и океанов располагает огромными запасами полезных ископаемых. Часть месторождений, обнаруженных в прибрежных районах Мирового океана, уже используется, другие (глубоководные) разведываются и в ближайшее время начнут разрабатываться.

– Исследование и освоение космоса и морских глубин, как показала жизнь, имеют ряд общих черт и даже больше того – сходство. В обоих случаях особенности среды накладывают ограничения на деятельность человека, стимулируют развитие новейшей техники XX века, способствуют применению специальных аппаратов двух типов: автоматических и обитаемых. Расскажите, пожалуйста, как ведут разведку месторождений в море.

– Прежде всего хочу сказать, что идея добычи минерального сырья из морей и океанов не нова. С давних времен из их недр добывали соль, а позже стали извлекать бром и магний. Минералы таких россыпей, как пасситерит, добывались из прибрежных осадков в различных районах мира. Однако в основном тайны Мирового океана стали раскрываться лишь в нашем веке. А точнее, вместе с началом практического исследования космоса началось и углубленное познание океана нашей планеты, его дна. И в обоих случаях человек встретился прежде всего с малоизученной средой, множеством воздействующих на его жизнь факторов. Одни из них непривычны, другие – неприятны, третьи, такие, как кессонная болезнь, могут привести к самым трагическим последствиям.

Время декомпрессии водолаза после длительной работы на глубине 250 м равно времени возвращения космонавта с Луны. Но не только кессонная болезнь подстерегает человека под водой. Под давлением азот становится наркотиком, а кислород отравляет организм. Чтобы человек мог жить и работать под водой без ущерба для здоровья, необходимо отработать режимы компрессии и декомпрессии (аналогично и в космосе: адаптации и реадаптации), подобрать дыхательные смеси, создать системы жизнеобеспечения, защищающие человека от враждебных воздействий гидрокосмоса. Так что проблем у морской медицины не меньше, чем у космической. Вот почему в морской геологии, как и в космонавтике, первыми в неизвестные морские пучины отправляют автоматы.

Известно, что под водой взгляд не может проникнуть далеко. Свет рассеивается, очертания предметов расплываются. На глубине 100 – 150 м видимые лучи света исчезают вообще, а на дне океана царит мрак. Поэтому оптические средства годятся только для ближнего обзора.

Зато оказалось, что в толще воды свободно распространяется звук, точнее, ультразвук, беспрепятственно достигающий дна в самых глубоких впадинах. Как и всякий звук, отражаясь от препятствий, он порождает эхо. Значит, зная скорость распространения ультразвука в воде, можно вычислить глубину океана. Это позволило создать эхолот. Всего сорок лет назад на первой советской дрейфующей станции СП-1 Папанин, Ширшов, Федоров и Кренкель измеряли глубину с помощью тяжелого лота на рояльной струне и ручной лебедке. Одно измерение занимало целый рабочий день, и точность была, естественно, невысокой. Сейчас же с помощью эхолота в реальном масштабе времени можно записывать профиль дна в процессе движения судна.

Ведущую роль при изучении геологического строения океанов играют геофизические методы исследований, и прежде всего сейсморазведка. Волновая природа упругих сейсмических колебаний позволяет изучать их распространение на основе тех же законов, что и законы движения света. В толщах горных пород существуют отражающие и преломляющие поверхности. Изучая скорости и пути движения сейсмических волн до этих поверхностей, можно решать ряд важнейших задач геологического строения земной коры без применения бурения. Важную информацию об особенностях строения земных недр под мощными толщами вод океанов дают нам и другие методы морской геофизики.

Благодаря достижениям морской геологии и геофизики за последние несколько десятилетий мы сейчас довольно хорошо знаем основные формы морского дна. Континенты обычно окружены шельфом различной ширины, который представляет собой часть суши, покрытую водой. На нем чаще всего встречаются залежи строительного материала, россыпные месторождения и фосфориты. Под шельфом можно обнаружить те же месторождения, что и на суше. Из них основное значение имеют нефть и газ. Мористее шельф сменяется континентальным склоном, в основании которого располагается подножие, представляющее собой подводную окраину материка. Где-то вблизи основания континентального склона проходит граница между континентальной и океанической земной корой.

В нашем объединении не просто используются достижения современной техники, но и создается новейшая геофизическая аппаратура, разработанная непосредственно для решения тех важнейших задач, которые стоят перед нами.

– Герман Степанович, а какими возможностями обладают космические аппараты для исследования Земли и какие из дистанционных методов, на ваш взгляд, перспективны для исследования Мирового океана, в частности, для морской геологии!

– Изучение природы Земли дистанционными методами стало в последние годы одним из главных направлений космических исследований. Арсенал технических средств, позволяющих осматривать нашу планету с космических высот, достаточно широк. Это фото-, кино- и телекамеры, приборы инфракрасного видения, радио- и лазерные локаторы. Однако ведущее место занимает фотоаппаратура, поскольку именно она дает возможность получить наибольший объем информации практически в любой науке о Земле: от физики атмосферы до геологии.

Съемка стала многозональной, с использованием электронно-оптических сканирующих систем. Она-то и помогает в исследовании океана. Снимки в различных зонах видимости (от голубой до красной) позволяют делать как бы разноглубинные срезы океана, анализировать весь комплекс рельефа дна. Например, гребни грив, вышедшие из воды, хорошо дешифрируются в ближней инфракрасной и красной зонах, а межгривные понижения – в голубой. Что касается донных отложений, то они изображаются на цветных синтезированных снимках разным цветом. Таким образом, космическая фотосъемка дает возможность оценить донную растительность, тип донных отложений, их основной материал и примеси. Правда, справедливо это лишь для мелководной зоны морей и океанов.

В процессе добычи полезных ископаемых часть донного грунта будет переходить во взвешенное состояние. Привлечение космической фотосъемки для анализа деятельности человека в этой области, по-моему, не требует доказательства. Ее необходимость не вызовет сомнения даже у не осведомленного в этих вопросах читателя. Опыт же изучения перемещения взвеси, выносимой реками в водоемы, мы имеем. Впервые он был получен с помощью аппаратуры МКФ-6, установленной на космическом корабле «Союз-22». Тогда Валерий Быковский и Владимир Аксенов сделали снимки Байкала, которые обошли многие газеты и журналы мира. Методика изучения распространения взвеси, загрязнения водоемов заключается в определении границ распространения взмученных вод. Многозональные снимки здесь незаменимы.

В изучении океана, как сказал Иван Федорович, широко используются методы исследований, в основу которых положен ультразвук. В этой связи мне хочется высказать одну Идею, заимствованную из советско-американо-канадо-французского проекта спасания судов и самолетов «КОСПАС–САРСАТ». Об этой системе и о том, как первый ее спутник «Космос-1383» за месяц работы помог спасти семь человек, журнал уже писал в прошлом году. Суть предлагаемой идеи та же: использовать радиобуи и спутники систем связи и навигации.

Здесь мне хочется высказать одну идею. Суть ее весьма проста: использовать для исследования морского дна радиобуи и космические аппараты связи и навигации. Буи, снабженные пассивной либо активной радиоаппаратурой, перемещаются в океане по течению. Время от времени навигационные спутники определяют их координаты, а связные принимают от них и передают в центр управления полетом или на пункт обработки информации:

– Вижу дно океана...

Такой представляется мне в будущем предварительная разведка полезных ископаемых на дне морей и океанов.

– Год назад Советское правительство сделало заявление по поводу превентивной политики США в использовании ресурсов морского дна. Олег Михайлович, расскажите, пожалуйста, какова история юридической стороны рассматриваемого вопроса и какие нормы существуют сегодня.

– В 1968 г. Генеральная Ассамблея ООН приняла решение о создании специального комитета по мирному использованию дна морей и океанов. Настоятельная необходимость решения и других вопросов морского права привела к превращению этого органа в постоянный комитет по подготовке III Конференции ООН по морскому праву. Она была созвана в декабре 1973 г. и с тех пор провела одиннадцать сессий в Нью-Йорке и Женеве с участием более 150 государств. Целью конференции были разработка и принятие всеобъемлющей Конвенции по морскому праву – международно-правовой основы норм поведения на море, урегулирования проблем использования различных районов Мирового океана, его недр и ресурсов.

Последняя Конвенция по морскому праву была одобрена в 1982 г. 130 голосами. Против голосовали США, Израиль, Турция, Венесуэла. 17 стран, в том числе СССР, воздержались. В декабре 1982 г. Конвенция была подписана Советским Союзом.

Эта Конвенция призвана регулировать международное сотрудничество в области освоения, использования просторов и ресурсов Мирового океана и морского дна. В ней определены границы морских зон, режим и граница континентального шельфа, оговорены правила морской и воздушной навигации, урегулированы вопросы рыболовства в океане и в территориальных водах.

В соответствии с существующими нормами через год после того, как не менее 60 стран ратифицируют документ, он входит в силу. И вот именно в это время США выступают с заявлением о своей политике в вопросах использования Мирового океана и его богатств. Они по-прежнему не собираются подписывать новую конвенцию ООН по морскому праву и прокламируют намерение действовать по своему усмотрению в отношении богатств Мирового океана.

В этой обстановке правительство СССР также сделало заявление, в котором указывается: «Действия нынешней администрации США являются не чем иным, как попыткой посеять хаос в вопросах использования морских пространств, подорвать основы взаимовыгодного сотрудничества стран в этой жизненно важной области человеческой деятельности, что не может не вызвать серьезной озабоченности большинства государств. Советский Союз разделяет эту озабоченность и вместе с другими странами решительно отклоняет политику произвола, которую США хотели бы проводить и в этой области».

Около трехсот лет ученые ищут пути решения многих научных и практических задач с применением цветоведения. Сегодня к этой проблеме привлечена и космонавтика. Она помогает создавать эффективные тематические карты самых различных регионов в интересах науки о Земле и многих отраслей народного хозяйства. Практическое значение подобных работ состоит в том, что в настоящее время имеется возможность по цветовым признакам изучать и оценивать свойства многих природных объектов и явлений. Это позволяет регулярно, с необходимой оперативностью получать информацию о биопродуктивности Мирового океана, состоянии лесных и пастбищных зон, почв и окружающей среды.

Первые количественные оценки цвета природных ландшафтов Земли были выполнены на станции «Салют-7» А. Березовым и В. Лебедевым с помощью атласа цветности АЦ-1000. Как и предполагалось, работы показали, что на результаты значительное влияние оказывали самые различные факторы: оптические характеристики иллюминаторов и атмосферы, углы визирования объекта относительно надира и солнечного света, состояние наблюдаемой поверхности и другие.

При визуально-инструментальном изучении природных ресурсов космонавты наряду с атласом цветности, ручным фотоаппаратом и журналом для регистрации информации использовали новый прибор, разработанный и изготовленный в Госцентре «Природа», – колориметр «Цвет-1». Этот прибор имеет автономный стандартизованный источник света и большой набор цветовых эталонов. Документирование наблюдений проводится с помощью ручного фотоаппарата. С созданием «Цвета-1» стало возможным говорить о появлении на станции еще одной системы – колориметрической.

Прежде чем появиться на орбитальном комплексе, система прошла летные испытания. С самолета-лаборатории Ан-30 с помощью атласа и прибора «Цвет-1» проводились дистанционные измерения цвета по наземной тестовой мире, представляющей собой набор эталонных цветных квадратных полотнищ со сторонами длиной от 5 до 20 м. Цветовые и спектральные параметры каждого полотнища, естественно, были известны. Это позволило оценить точность визуальных колориметрических средств. Затем с космонавтами провели теоретические и практические занятия по летной отработке навыков в работе с атласом и прибором «Цвет-1». Учебные полеты выполнялись на самолете-лаборатории Ту-134.

Космонавты В. Ляхов и А. Александров потратили немало времени на изучение колориметрического метода исследования природной среды. Метод этот не так прост, как кажется с первого взгляда.

Возьмем, к примеру, проблему измерения цвета водных пространств Мирового океана. Подобные исследования имеют большую историю в океанологии. Около двухсот лет назад было придумано первое средство измерения цвета морской воды. Устройство для этого состояло из погружаемого в воду белого диска и набора из 19 пробирок с разноцветными жидкостями. В результате этой кропотливой, длившейся несколько десятилетий работы был составлен каталог цвета вод Мирового океана.

Зачем нужен такой каталог? Ученые надеются, что оперативное измерение цвета вод Мирового океана при условии быстрого воспроизведения этих данных специалистами позволит проводить важные исследования в области океанологии, рыбного хозяйства и контроля окружающей среды. А космонавтике решение такой задачи под силу. Например, А. Березовой и В. Лебедев в октябре 1982 г. собрали информацию, которая за несколько дней позволила воспроизвести каталог цвета вод всего Мирового океана.

Космическая техника предоставляет нам уникальную возможность охватить взором и проанализировать состояние водных масс на огромных площадях. Так, В. Ляхов и А. Александров в одном из сеансов связи сообщили: «Видим резкую границу между синими водами среднего Каспия и изумрудными водами северного Каспия. Граница проходит примерно от острова Чечень до Тюленьих островов. Видны также зеленые разводы в юго-восточной части Каспия». Пример показывает, что космонавты способны выделить наиболее интересные и контрастные цветные зоны с учетом динамики происходящих в регионе процессов.

По программе «Интеркосмос» специалисты стран – членов СЭВ провели эксперимент под названием «Черное море». В нем участвовали орбитальный комплекс, самолет-лаборатория Ан-30 и корабль «Профессор Колесников». Съемка велась на трех уровнях. Одновременно Владимир Ляхов и Александр Александров вели визуальные наблюдения, надиктовывая на магнитофон данные о цветовой гамме воды, используя каталог цвета.

Колориметрические средства на станции «Салют-7» использовались не только в интересах природоведения. По предложению ученых Института физики АН Украинской ССР в рамках эксперимента «Электротопограф» были проведены оценки цвета образцов покрытий материалов и динамики его изменения под воздействием космического вакуума.

Исследование природных ресурсов Земли из космоса с помощью прибора «Цвет-1» только началось, и мы надеемся, что новый прибор поможет внести весомый вклад в решение этой проблемы.

За последнее десятилетие проблема изучения недр океана и использования его минеральных ресурсов стала одной из ведущих в мировой экономике. XXV съездом КПСС перед советской наукой и промышленностью была поставлена задача расширить комплексные исследования Мирового океана, а XXVI съездом КПСС – сосредоточить усилия на изучении строения, состава и эволюции Земли, биосферы, климата, Мирового океана, включая шельф, с целью рационального использования ресурсов.

Министерство геологии СССР совместно с организациями АН СССР, Минвуза РСФСР и других ведомств выполнило в рамках одной из научно-технических программ работы по созданию экспериментального навигационно-геофизического комплекса для морской геофизической разведки (интегральная система навигации, система автоматического управления судном, автоматизированная система сбора, обработки и хранения геофизической информации). Обеспечено повышение производительности труда в 2 – 3 раза за счет круглосуточного выполнения комплекса геофизических работ, повышения скорости движения судна до 7 узлов при волнении моря до 5 баллов, а также за счет автоматизации измерений и обработки информации.

В результате на 19 научно-исследовательских судах Мингео СССР, АН СССР и Мингазпрома внедрены набортные автоматизированные комплексы с использованием спутниковой навигации, получившие наименование «МАРС». До конца пятилетки к ним прибавится еще 13 кораблей науки. Суммарный экономический эффект от внедрения комплексов к настоящему времени превысил 20 млн. руб.

«МАРС» позволил: осуществить комплексный подход к изучению физических полей океана в их взаимосвязи; значительно расширить временные и пространственные масштабы исследований в океане; существенно повысить уровень технологии, производительности и качества морских геофизических исследований; получить качественно новые данные о глубинном геологическом строении дна морей и океанов и повысить достоверность изучения структуры осадочной толщи.

Комплекс «МАРС» построен по модульному принципу, что обеспечивает возможность подключения к нему различных информационно-измерительных систем. Основой является морская многопроцессорная вычислительная система реального времени, разработанная на базе ЭВМ ЕС 1010, ЕС 1011 и специальных терминальных устройств. На «МАРС» и его компоненты получено свыше 30 свидетельств на изобретения. Основные из них запатентованы в США, ФРГ, Франции.

С использованием таких комплексов проведены работы в районах Атлантического, Индийского, Тихого океанов, а также на Черном, Баренцевом и Средиземном морях. Впервые представилось возможным в промышленном масштабе осуществить комплексные геофизические исследования, выполнить более 100 тыс. погонных км сейсмических профилей и открыть несколько перспективных в нефтегазоносном отношении структур.

В Индийском океане, например, удалось составить серию отечественных гравимагнитных, структурных, батиметрических и технологических карт, являющихся основой для оценки перспектив поиска и разведки минеральных ресурсов. В Тихом океане определены прогнозные карты залегания железомарганцевых конкреций.

С внедрением «МАРС» в СССР начаты в промышленных масштабах сейсмические – на нефть и газ, сейсмоакустические – на железомарганцевые конкреции, комплексные геолого-геофизические и океанологические исследования Мирового океана.

С помощью судов, оснащенных такими отечественными системами, планируется выполнить комплексные геофизические и океанологические исследования практически во всех районах Мирового океана. Сейчас организуется серийное производство «МАРС».

209-й день трудятся «Маяки» на борту научного комплекса «Салют-7». Каждые сутки Л. Кизим, В. Соловьев и О. Атьков видят неповторимый лик своей планеты и производят съемки природных образований: акватории океана, горных массивов, пустынь и полупустынь, ледников...

Свыше 15 тыс. фотографий уже сделано космонавтами. Часть из них запечатлела дельты рек, озера, искусственные водоемы, причудливые рисунки водных артерий.

Взгляд на Землю из космоса порой рождает вопрос: почему нашу планету не назвали «Вода»? Ведь в отличие от иных небесных тел она имеет мощную гидросферу – ⁷/₁₀ ее поверхности покрывают океаны, моря, озера и, реки. Общие запасы воды оцениваются огромной цифрой: 1386 млн. км³.

Сколько красивых легенд сложено о воде! Сколько сказаний, мифов... Греческий философ Фелес считал воду основой всего земного. Позже Эмпедокл, а затем Платон и Аристотель относили воду к одному из четырех элементов, из которых состоит вся материя, наряду с землей, воздухом и огнем. Не молода и наука гидрология. Историки утверждают: ей за 5000 лет. И то, что уже в нашем столетии академик А. Карпинский назвал воду «живой кровью Земли», имеет глубокий смысл.

Вода в представлении людей всегда являлась символом чистоты и простоты. Однако в действительности нет ничего более редкого, чем чистая вода, и ничего более сложного, чем это «странное» вещество с его удивительными физическими, химическими и биологическими свойствами. Но парадокс не только в этом. Несмотря на то, что планета наша самая обводненная, человечество может использовать лишь незначительную часть водных запасов. То, что хранят моря и океаны, имеет горько-соленый вкус и совершенно непригодно для повседневных нужд. А они велики. Пресной же воды немногим более двух процентов, а вот наиболее доступной нам (не считая полярных льдов) – всего 0,3 %.

Основной источник обеспечения водой живущих на Земле – реки и озера, запасы воды в которых далеко не безграничны и, по данным ЮНЕСКО, не превышают 95 000 км³, всего 0,26 % от суммарных ресурсов пресных вод, или 0,007 % от общих запасов воды на Земле.

Проблема пресной воды – одна из острейших в наше время. Для жизни человеку необходимо 2 л питьевой воды ежедневно. В мировом масштабе это очень много, но биологические потребности людей ничтожны по сравнению с теми количествами воды, которые расходуются для нужд производства. Достаточно сказать, что для получения сахара требуется 100 тыс. л. воды, стали – 150 тыс., капрона – 500 тыс., современная тепловая электростанция мощностью 1 млн. кВ потребляет в год около 1,2 – 1,6 млрд. м³ воды. А сколько требует сельское хозяйство! По самым скромным подсчетам, общее мировое потребление пресной воды в настоящее время достигает около 2600 км³ в год, т. е. примерно по 500 кубов на каждого жителя планеты.

Впрочем, на каждого ли? Статистики утверждают, что более четверти человечества испытывает недостаток в пресной воде. Почти 500 миллионов землян страдают от болезней, вызываемых дефицитом и качественной неполноценностью питьевой воды. Многие государства жестко нормируют ее потребление, иные даже ввозят воду наряду с прочими импортными товарами...

«Великой жаждой» назвала эту проблему конференция ООН по водным ресурсам, в которой приняли участие посланцы 116 стран. Неутешительны и прозвучавшие на этом форуме прогнозы: растущая загрязненность поверхностных вод промышленными отходами грозит превратить реки в естественные канализационные артерии. И не случайно 1981 – 1990 гг. объявлены ООН Десятилетием питьевой воды.

В нашей стране составлена Генеральная схема комплексного использования и охраны водных ресурсов. Она будет положена в основу всех программ научно-технического прогресса на 20 лет (до 2005 г.) – региональных, республиканских, общесоюзных. Дальновидная стратегия – залог оптимизма, хотя проблемы и существуют.

Советский Союз весьма богат водой, но, к сожалению, она распределена неравномерно. Из общего годового стока наших рек в 4700 км³ только 750 приходится на районы, где сосредоточено 85 % населения и производится более 80 % всего объема промышленной и сельскохозяйственной продукции. Ситуация с водой в этих районах с каждым годом обостряется. И здесь большие надежды возлагаются на космическую гидрологию.

Главная задача гидрологических исследований – обеспечение народного хозяйства всеми необходимыми сведениями о водных ресурсах страны. Только точная и своевременная информация о всех гидрологических процессах, происходящих на огромной территории СССР, может служить основой для построения экономически выгодных и экономически оправданных водохозяйственных систем. Для сбора такой информации в различные сезоны весьма эффективно могут использоваться искусственные спутники Земли, пилотируемые космические корабли и, конечно же, орбитальные станции.

Для решения текущих народнохозяйственных задач и научного прогнозирования специалистам необходимо знать колебания уровня грунтовых вод, водные режимы рек и озер, динамику поверхностного и подземного стоков, степень увлажненности почв различных районов, особенности движения ледниковых полей и т. д. И поскольку все это подвержено изменениям, важное значение приобретает периодичность наблюдений. А сделать это быстро и достоверно на обширных площадях под силу лишь космической технике.

Установленная на борту орбитальной станции аппаратура регистрирует информацию в различных диапазонах электромагнитного спектра. С помощью «космических дозорных» каждую весну проводится слежение за таянием снежного покрова. Эти данные используются для оценок наступления половодья, в сельскохозяйственных целях, в том числе для подготовки к проведению весенних полевых работ. По снимкам из космоса, например, было обнаружено отступление береговой линии, особенно значительное в северо-восточной, более мелководной части Арала, другие изменения.

Итак, космическая гидрогеология. Она решает задачи весьма сложные, но делает это успешно – помогает точно оценить ресурсы пресных вод в каждой местности, стране и на планете в целом, наладить более рациональное, максимально бережное их использование. Только такой подход может дать ключ к уверенным прогнозам наших взаимодействий с водой на Земле.

Советская наука вносит весомый вклад в решение этой проблемы. Итогом крупномасштабных исследований, проводимых в нашей стране, стал «Атлас мирового водного баланса» (50 карт) и описательный труд «Мировой водный баланс и водные ресурсы Земли» (детальный анализ по всем регионам планеты). Эти фундаментальные работы не имеют аналогов в мировой практике. Но и они – лишь начало дальнейших изысканий.

...Орбитальная вахта «Салюта-7» продолжается. Изучение рек и озер космическими средствами – чрезвычайно оригинальное начинание, знаменующее собой важную веху в пока еще молодой науке об экологии гидросферы планеты людей. И вклад «Маяков» ученые-гидрологи оценивают высоко.

Громадные материальные и интеллектуальные ресурсы, которые были вложены в космические исследования, привели к развитию многих направлений науки и техники. Неизведанные ранее возможности открывает космос для изучения природных явлений и процессов на Земле.

Практическая ценность информации, полученной из космоса о нашей планете, огромна и представляет интерес для многих отраслей.

Главными преимуществами космической съемки являются ее глобальность, возможность осуществлять регулярное наблюдение за земной поверхностью на всей территории страны. Получаемая информация допускает как качественный анализ изображений природных образований в различных диапазонах спектра, так и количественную обработку данных при помощи ЭВМ. Все это позволяет комплексно изучать особенности природных явлений на обширных массивах, в том числе их динамику.

Важную роль в подобных исследованиях играют космические комплексы, включающие в себя орбитальные станции «Салют», пилотируемые корабли «Союз» и транспортные аппараты «Прогресс», а также различные искусственные спутники Земли. Они обеспечивают выполнение разнообразных научных заданий, получение оперативной и долговременной информации.

Опыт свидетельствует, что в любой отрасли полноценный анализ космической информации возможен лишь при условии органического сочетания наземных и космических средств. Речь идет о взаимодействии пилотируемых и автоматических аппаратов с традиционными гидрометеорологическими станциями, водомерными постами, службами контрольно-измерительных полигонов. Требуется также создание специализированной службы обработки данных.

Немало лет в целях контроля за состоянием лесов в нашей стране используются специальные наземные и авиационные средства.

Так, для защиты от пожаров и вредителей в летний период выделяется более 500 самолетов и вертолетов. Численность работников лесной охраны превышает 160 тысяч человек.

Для борьбы с лесными пожарами, наносящими все еще огромный ущерб, территориальные базы авиационной охраны лесов и органы управления лесным хозяйством должны располагать оперативной информацией о ситуации не только в районе загораний, но и на всей охраняемой территории. А это ни много ни мало – почти 1,3 млрд. га. Традиционные методы тут были бы бессильны. Ныне ежедневно с метеорологических искусственных спутников Земли серии «Метеор» поступают изображения, по которым можно судить о предпожарной обстановке в лесу, динамике развития крупных лесных пожаров, размерах района задымления и плотности дыма. С помощью космических снимков более обоснованно прогнозируются стратегические направления лесных пожаров и принимаются меры борьбы с ними.

Установленная на борту спутников аппаратура выдает информацию о форме, распределении и развитии облачности, температуре подстилающей поверхности Земли. Все эти данные составляют основу современных способов определения пожарной опасности.

Строгая документальность изображения земной поверхности на космических снимках позволяет достаточно достоверно устанавливать границу схода снежного покрова и точнее планировать сроки проведения авиалесоохранных работ в весенний и осенний периоды. Кроме того, по таким снимкам объективно оцениваются основные параметры ресурсной облачности, используемой для тушения лесных пожаров искусственно вызываемыми осадками, своевременна выявляется грозовая облачность.

Оперативная оценка метеорологической и пожарной ситуации по космическим снимкам, дополняемая сведениями с мест, помогает быстро и точно маневрировать авиационными силами и средствами пожаротушения.

Материалы спектрозонального и многозонального космического фотографирования с ИСЗ серии «Космос» и станций «Салют» скрупулезно фиксируют площади, пораженные огнем. Участки свежих гарей хорошо заметны на синтезированных цветных многозональных снимках. Контрастный характер изображения горельников дает возможность автоматизированным способом картографировать контуры гарей, определять их площадь.

Таким образом, делается правильная оценка ущерба, нанесенного лесными пожарами, ведутся наблюдения за динамикой состояния поврежденных площадей, прогнозирование и предупреждение развития гарей в лесопатологические очаги, определяются меры по хозяйственному освоению пострадавших участков, восстановлению лесов.

Свежие вырубки, участки горных разработок, прокладываемые трассы магистральных дорог линий электропередачи, нефтегазопроводов, гидротехнические сооружения, строительные площадки, участки ветровалов (буреломов) и лесов, пострадавших от вредителей и болезней, – все это документально фиксируют космические снимки.

У нас ежегодно только в таежной зоне вырубается до 2,5 млн. га леса. Заготовку его все хозяйства должны проводить в соответствии с «Правилами рубок главного пользования», которые предусматривают четкий регламент с учетом лесорастительных условий, надежности восстановления и сохранения природозащитных функций лесов. Материалы космических съемок позволяют осуществлять контроль за соблюдением этого порядка.

На космических снимках измерение длины, ширины и площади лесов производится с высокой точностью. Безошибочно устанавливается направление лесосек и расположение их на горных склонах, что особенно важно.

На основе использования космических снимков широко применяется ныне в производственной практике метод учета текущих изменений в лесном фонде, вызванных антропогенной деятельностью, а также стихийными факторами.

В настоящее время лесной фонд страны изучен наземными методами только на площади около 650 млн. га – это примерно половина. Остальная территория – преимущественно северные районы Сибири и Дальнего Востока – была обследована в 1948 – 1955 гг. аэротаксационными методами, точность которых невысока. К тому же за прошедший период в этих регионах произошли большие изменения. В повестку дня поставлен вопрос о повторном изучении и картографировании лесного фонда на качественно более высоком уровне. Эту проблему позволяет успешно решить космонавтика.

Система защитных лесных насаждений в южных районах страны в сочетании с противоэрозионными способами обработки почв, высокой агротехникой возделывания сельскохозяйственных культур и гидросооружениями способствует повышению плодородия почв. По расчетам специалистов, устройство лесопосадок гарантирует прибавку до 10 % урожая. Но эффект достигается при условии оптимального размещения защитных насаждений и поддержания их в хорошем состоянии.

На основе космической съемки картографируются лесные массивы, полезащитные и приовражные полосы, посадка вдоль дорог, балок, оврагов, осыпей и крутосклонов. Таким образом оценивается действенность агролесомелиоративных мероприятий. Космические фотоснимки с успехом применяются и при переучете ресурсов в истощенных лесосырьевых базах, а также для определения гидрологического состояния лесного фонда.

Использование материалов аэрокосмических съемок привело к невиданно резкому увеличению объема информации, подлежащей анализу и обработке. Однако такой поток данных не застал специалистов врасплох. Уже применяется в производстве метод автоматизированного дешифрирования космических фотоснимков. Отлажена система прикладных программ. Результаты обработки автоматически передаются в систему лесоустроительной информации. Созданы человеко-машинные методы учета текущих изменений в лесном фонде, которые предусматривают автоматизированное вычерчивание карт, лесоустроительных планшетов и планов лесонасаждений. Развернуты исследования по машинной обработке классификации лесного фонда.

Например, по данным Всесоюзного объединения «Леспроект» Гослесхоза СССР, при инвентаризации резервных лесов традиционными методами выработка на одного специалиста составляет 34 тыс. га, а при новой технологии, базирующейся на космическом фотографировании, она составляет уже 180 тыс. га – в 5,5 раза больше. При этом себестоимость инвентаризации каждой тысячи гектаров уменьшается с 235 до 83 руб. Экономический эффект достигается прежде всего за счет существенного сокращения обследований лесов с выездом на место. Поэтому новая технология изменяет также и характер труда лесоустроителей, основным инструментом которых все в большей мере становится ЭВМ.

Добавим, что одновременно те же космические аппараты выполняют заказы газовиков и нефтяников, рыбаков и мелиораторов, геологов и метеорологов.

Высокий научный уровень космического природоведения в СССР, богатый опыт использования аэрокосмической информации создают основу для широкого международного сотрудничества в интересах развития многих отраслей хозяйственной деятельности различных стран. В мае – июне 1984 г. в Москве проведен учебный семинар ООН по практическому применению данных дистанционного зондирования в лесном хозяйстве. В его работе приняли участие представители 22 развивающихся стран Азии, Африки и Латинской Америки. Семинар, получивший высокую оценку его участников, явился новым подтверждением готовности Советского Союза и впредь направлять свои достижения в области освоения космического пространства на службу миру.

Сегодня советская наука и народное хозяйство располагают рядом высокоэффективных средств получения из космоса данных дистанционного зондирования Земли, комплексом методов и технологических процессов обработки космической информации. Они активно использовались и во время только что завершившегося самого длительного в истории полета космонавтов Леонида Кизима, Владимира Соловьева, Олега Атькова.

В нашей стране более 800 научных, проектных и изыскательских организаций используют материалы космических съемок для проектирования инженерных сооружений, поисков рудного сырья, месторождений нефти и газа, инвентаризации лесного фонда, землеустройства, создания карт и т. д. Новое направление исследований окружающего мира – космическое природоведение – все чаще оказывается надежным помощником в решении сложных инженерных задач, помогая сберечь сотни миллионов рублей.

Наиболее результативным направлением использования данных дистанционного зондирования в народном хозяйстве оказывается комплексное изучение природных ресурсов. Его методология и технология разработаны Госцентром «Природа» и апробированы, в частности, в сотрудничестве с организациями ряда министерств, ведомств и Академии наук Таджикистана. Полученные материалы представляют большую ценность как исходная информация для планирования развития рациональных систем природопользования, слежения за динамикой и прогнозирования изменения окружающей среды в результате хозяйственных мероприятий и долговременных климатических изменений.

В Таджикской ССР были поставлены работы по изучению на основе космических данных природного потенциала всей территории республики. Создана система тематических карт, характеризующих естественные ресурсы и природную среду по 30 аспектам. Получены важные, ранее неизвестные сведения о природном потенциале территории. В частности, обнаружено более 100 неизвестных ранее аномалий, требующих изучения на предмет поисков нефти и газа. Пять из них уже включены в план проверки бурением, на двух обнаружены структуры с признаками нефтегазоносности. Новые объекты открыты в хорошо изученном традиционными методами районе, где фонд перспективных структур на начало исследований был практически исчерпан.

Анализ космических снимков и их комплексная картографическая обработка позволили оконтурить лавино- и селеопасные регионы, получить новые данные о водных и гидроэнергетических ресурсах, уточнить размеры и особенности горного оледенения, а также резерв пахотного и мелиоративного фонда. В частности, выявлено свыше 150 тыс. га низкопродуктивных пастбищ, перспективных для орошения. Путем искусственного залужения через 5 – 6 лет здесь можно получить урожай кормов, в несколько раз превышающий урожай естественных травостоев.

При изучении труднодоступного района Памира по космическим снимкам было обнаружено новое озеро, образовавшееся в результате смещений обломочных пород и интенсивного таяния снегов. В случае прорыва естественной плотины мог произойти катастрофический паводок, опасный для ряда населенных пунктов. Своевременно принятые меры позволили предотвратить угрозу.

Проведенные работы показали, что, используя космическую информацию, можно дать общую оценку природно-экономического потенциала территории в 3 – 4 раза быстрее, чем при традиционных методах и при меньших в 12 – 15 раз затратах. Сейчас специалисты внимательно изучают материалы, полученные в ходе полета «Маяков». Окончательные итоги подводить рано, но уже ясно, что сделан новый шаг вперед в изучении природных ресурсов нашей страны.

Успехи советского космического природоведения находят высокую оценку у специалистов различных отраслей знаний. Менее года назад в Душанбе на базе Таджикского филиала Госцентра «Природа» было проведено два крупных международных мероприятия: симпозиум стран – участниц международных полетов на орбитальной станции «Салют» по программе «Интеркосмос» и межрегиональные курсы ООН по тематической картографии для развивающихся стран Азии, Африки и Латинской Америки. Их участники были единодушны в мнении о приоритетной роли Советского Союза в мирном изучении и использовании космического пространства, в благородном устремлении нашей страны к использованию своего ракетно-космического потенциала на благо настоящего и будущего поколений всех народов.

Пятьдесят лет назад впервые проводилось геологическое дешифрирование аэрофотоснимков хребтов Копетдага, Каратау и северной части Уральских гор. Так было положено начало применению дистанционных методов в геологии.

За прошедшие полвека аэрофотосъемка превратилась в очень важную и неотъемлемую часть геолого-разведочных работ. С ее помощью удается составлять геологические карты горных, таежных, пустынных, арктических территорий и даже морского дна в районах мелководья. Разработаны методы групповой съемки, когда силами одной партии одновременно изучается площадь в несколько раз большая, чем традиционными способами.

В середине 70-х годов перед ними была поставлена очень сложная задача – за невиданно короткие сроки подготовить крупномасштабную геологическую карту 100-километровой полосы вдоль трассы Байкало-Амурской магистрали. Во второй раз предстояло геологам изучать эту территорию, но, разумеется, более детально и на уровне, соответствующем современным требованиям. И эта задача успешно выполнена с помощью аэрогеологических методов.

Сегодня не только фотообъективы направлены с самолетов на земную поверхность. Десятки разнообразных приборов и устройств ведут дистанционные исследования. Многие геологические задачи успешно решаются радиолокационной съемкой, проводимой системой бокового обзора «Торос». В руки исследователей попадают мелкомасштабные изображения, на которых хорошо видны элементы рельефа, речная сеть, фактура поверхности. Отображается растительный и почвенный покров. Радиолокационная съемка не зависит от погодных условий и времени суток. Она позволяет получить «портреты» Земли там, где это невозможно никакими другими способами. Например, на полуострове Таймыр ясная погода бывает всего несколько дней в году. Чтобы сфотографировать всю территорию с воздуха, нужно потратить очень много времени. С помощью системы «Торос» вся территория полуострова площадью 400 тыс. км² была заснята в течение недели.

Дальнейшим развитием дистанционных геологических методов стали съемки из космоса. Геологическая отрасль оказалась лидером в использовании информации, доставляемой с больших высот. Сегодня наши подразделения ежегодно привлекают для изучения большое количество снимков, сделанных с искусственных спутников Земли, а также фотографий, рисунков, схем, описаний и других материалов, получаемых с пилотируемых кораблей «Союз» и орбитальных станций «Салют». Действует обширная система обработки и внедрения космогеологических данных в практику. Во всех регионах страны работают специализированные партии.

Советские специалисты разработали принципы космогеологического картирования – составления геологических карт на основе космической информации. Такие карты были составлены для Якутии Красноярского края, Тувы и Казахстана. XXVII Международному геологическому конгрессу, который состоится в Москве в августе этого года, будет представлена космогеологическая карта всей территории Советского Союза масштаба 1 : 2 500 000! Подобное издание, не имеющее аналогов в мировой практике, позволяет сделать выводы относительно фундаментальных геологических закономерностей – в частности, о распределении трансконтинентальных разломов, кольцевых структур, поможет глубинному изучению недр.

Космическая информация способствовала выявлению многочисленных объектов, перспективных на различные виды полезных ископаемых, особенно в северных районах страны. Новым этапом применения космических исследований в геологии явился эксперимент, проведенный разведчиками недр совместно с космонавтами Березовым и Лебедевым на орбитальной станции «Салют-7». Космонавты сообщали геологам о своих наблюдениях с орбиты, а те, в свою очередь, корректировали их обзор, просили обратить внимание на геологически интересные районы.

Космонавты рассматривали Землю как бы глазами геологов, заносили на карты и схемы замеченные структуры, поднятия, разрывные нарушения, фотографировали их. Одновременно на Земле шла проверка получаемых сведений. В одном из районов геологоразведочные экспедиции пробурили несколько скважин, которые подтвердили структурное образование в земной коре, обнаруженное космонавтами.

Современные технические средства предоставляют геологам широкий комплекс методов дистанционного изучения земной поверхности. От снимка отдельной трещины до изображения, на котором умещается трансконтинентальный разлом, – таков диапазон обзора, достигаемый сегодня съемкой с различных высот. Земля предстает перед геологами как бы в разных «обличьях», и все дистанционные исследования сообщают о ней наиболее полную информацию.

В связи с этим перед отраслью встает ряд серьезных проблем. Прежде всего необходимо более четко установить место и роль дистанционных методов в общем процессе геологоразведочного производства, очертить круг задач, которые могут быть решены в автоматизированном режиме с использованием электронно-вычислительной техники. Важно также подобрать для каждого вида геологоразведочных работ такой комплекс дистанционных методов, который окажется наиболее эффективным. Предстоит ускорить разработку новых технических средств сбора аэрокосмической информации.

Практика полувекового применения аэрокосмических методов показывает, какую важную роль играют они в познании геологического строения территории нашей страны и укреплении ее минерально-сырьевой базы. В дальнейшем их значение будет возрастать. Дистанционные геологические методы вбирают в себя новейшие достижения науки и техники, совершенствуются, и в будущем смогут значительно помочь решению всего спектра поисковых задач, в том числе выявлять прямые признаки присутствия в недрах месторождений полезных ископаемых. Использование их внесет значительный вклад в увеличение разведанных запасов минерально-сырьевых ресурсов, как это предусмотрено решениями XXVI съезда КПСС.

Почти в каждом сообщении о полете «Салюта-7» есть упоминание о том, что космонавты Леонид Кизим, Владимир Соловьев и Олег Атьков проводили фотографирование земной поверхности. У этих снимков много областей применения. И одна из самых важных – геологическое картирование.

Для планомерного изучения территории нашей страны геологи составляют карты разной детальности: от обзорных и мелкомасштабных, отражающих наиболее общие черты геологического строения, до крупномасштабных, которые служат основой при планировании поисков полезных ископаемых.

В Министерстве геологии СССР разработана система новых видов региональных исследований страны, основанная на широком использовании материалов космических съемок. К таким исследованиям относится и космофотогеологическое картирование.

По содержанию космофотогеологические карты значительно отличаются от обычных геологических. Их ценность состоит в том, что показанные на них объекты не могут быть установлены другими методами.

Среди составленных обзорных карт в первую очередь назову коллективную работу сотрудников разных ведомств и отраслей: Министерства геологии СССР, Миннефтепрома, Академии наук СССР, Главного управления геодезии и картографии при Совете Министров СССР – «Космофототектоническую карту Арало-Каспийского региона». Особо подчеркну практическую направленность этой первой отечественной карты, составленной по материалам космических съемок. В пределах региона, перспективного на поиск энергетических ресурсов, выделяются территории разной очередности проведения нефте- и газопоисковых работ.

Геологами также составлена и издана космогеологическая карта линейных и кольцевых структур территории СССР. На ней впервые для такой обширной площади в систематизированном виде представлена геологическая информация, полученная по космическим снимкам. Карта ответила на многие вопросы, но и поставила немало новых. Так, на ней отчетливо проявилась неравномерность распространения крупных кольцевых структур по территории страны, намечены некоторые зоны линеаментов (линейных образований), геологическая природа которых не установлена.

Здесь необходимо внести уточнение. Космогеологические исследования – лишь одна из составных частей геологоразведочных работ, а получение космического снимка – только первое звено в достаточно длинной цепочке. Выявленные при взгляде из космоса элементы земной коры, где могут быть обнаружены концентрации полезных ископаемых, подлежат более детальным исследованиям. Для этого привлекаются полученные с самолетов снимки в широком диапазоне спектра электромагнитных колебаний. По ним составляются карты, на которых фиксируются основные черты строения местности и намечаются участки будущих более детальных поисковых работ.

Большим помощником геологов в этом деле стал аппарат МКФ-6М, созданный совместно специалистами СССР и ГДР, действующий и на борту «Салюта-7». Получаемые с его помощью снимки обладают рядом ценных свойств. Во-первых, это – высокое геометрическое разрешение, допускающее большое оптическое и фотографическое увеличение снимков.

Другое преимущество снимков – возможность синтеза изображений. Использование синтезированных изображений для изучения геологического строения показало, что они позволяют получать более отчетливую цветную дифференциацию объектов и их границ, чем на исходных снимках.

Различие спектральных характеристик объектов при съемке в разных каналах создает предпосылки для распознавания на многозональных снимках изображений, например, горных пород, а также поиска интересующих геологов объектов по известному эталону. Уже есть отдельные примеры решения таких задач, в частности, для обнаружения кимберлитовых трубок на Сибирской платформе.

И в заключение упомяну еще об одной особенности снимков МКФ-6 – повышенной глубине изображений первого и второго каналов съемки при изучении морского дна. Эта особенность широко используется при геологических исследованиях морского шельфа.

Объекты, выявляемые по космическим и аэроснимкам, подлежат обязательной «проверке» на Земле. Со снимками и картами в руках геологи удостоверяются, правильно ли расшифровано изображение, выясняют, чему на местности соответствуют те линейные и кольцевые образования, которые запечатлены на снимках. Для этого они используют разные приборы и методы, собирают образцы, изучают магнитные и электрические свойства пород, их влажность и плотность, измеряют значения физических полей, бурят скважины, отмывают шлихи. . .

Одновременно с геологами на Земле космонавты трудятся на околоземной орбите. В частности, Л. Кизим, В. Соловьев, О. Атьков не только фотографируют поверхность нашей планеты стационарными и переносными камерами с помощью видеокомплекса «Нива», ведут спектрометрирование, но и занимаются визуально-инструментальными наблюдениями. Они выполнялись практически в ходе всех пилотируемых полетов, однако основное развитие получили в период рейсов станций «Салют-6» и «Салют-7».

Орбитальным геологическим экспериментам предшествовала предварительная подготовка экипажей во время учебных полетов над территорией СССР. Для каждой основной экспедиции подготавливались бортжурналы с картами и космическими снимками, где фиксировались объекты наблюдения, с конкретными заданиями и методическими указаниями. Эта работа проводится специалистами объединения «Аэрогеология» в рамках программ Центра подготовки космонавтов им. Ю. А. Гагарина.

Важную роль при региональных геологических исследованиях, прогнозировании и поисках месторождений полезных ископаемых играет удачный подбор тех или иных материалов космических съемок, в наибольшей степени отражающих строение изучаемых территорий. Для этих целей в различных геологических и ландшафтных районах СССР созданы специальные полигоны. Здесь проводятся опытно-методические исследования по оценке сравнительной геологической информативности космических снимков, полученных различными системами в разное время года, определяется рациональный комплекс дистанционных методов для извлечения наиболее полной информации, а также для решения конкретных геологических и поисковых задач.

Большое значение при полигонных исследованиях имеют комплексирование космических изображений, полученных в разных диапазонах электромагнитного спектра, их обработка с помощью электронно-вычислительной техники. Это позволяет извлекать из космических снимков дополнительную геологическую информацию. Разработанные на полигонах методические рекомендации по использованию материалов космических съемок передаются в организации, проводящие геологическую съемку и поиски месторождений полезных ископаемых.

Во время работы космонавтов на орбите ведутся консультации по вопросам наблюдения геологических объектов, организованные Центром управления полетом. После приземления экипажей карты с отмеченными на них элементами геологической структуры передаются специалистам для оперативного анализа и наземной проверки.

Вот характерные примеры такого сотрудничества геологов с космонавтами. Л. Попов и В. Рюмин располагали на борту «Салюта-6» бортжурналом «Литосфера. ЭО. 4», в который вошли геологические задачи. Экипаж изучал с орбиты 126 объектов. Особый интерес представило выделение неизвестных ранее кольцевых структур в Прикаспии и разрывных нарушений на территории Центрального Казахстана. Космонавты еще находились на орбите, а уже была проведена оперативная проверка результатов их наблюдений. Полученные данные используются при планировании геологических работ.

На «Салюте-7» А. Березовой и В. Лебедев в течение всего своего 7-месячного полета систематически выполняли задания геологов. Только на бортовых картах ими зафиксировано более 300 различных геологических объектов. Впервые проводилась съемка земной поверхности с помощью видеокомплекса «Нива» с передачей данных на Землю. Особый интерес представила фиксация космонавтами на специально подготовленной для них фотокарте таких геологических объектов, которые практически не видны на фотоизображениях, но вполне отчетливо выделяются при визуальных наблюдениях.

И вот теперь эстафету тесного сотрудничества геологов и космонавтов продолжают Л. Кизим, В. Соловьев, О. Атьков. Совместные эксперименты способствуют совершенствованию технических средств дистанционного зондирования. По материалам орбитальных наблюдений с данными геологического дешифрирования в районах Прикаспия начаты специализированные работы по наземной проверке. Они еще продолжаются, но уже выявлены структуры, перспективные для поиска нефти и газа. Данные по районам Центрального и Восточного Казахстана используются при региональном прогнозировании рудных месторождений.

В работах по наземной проверке в районах Западного и Восточного Казахстана принял участие летчик-космонавт СССР В. Лебедев. Это позволило в полной мере сопоставить особенности геологических объектов при наблюдениях с орбиты с наземными и аэровизуальными данными. В целом же уже можно говорить об орбитальной геологии – перспективном направлении региональных исследований.