вернёмся в библиотеку?

«Земля и Вселенная» 1994 №2




Космонавтика

Орбитальная
астрофизическая
обсерватория «Гранат»:
проблемы управления


Н. Г. КУЛЕШОВА,
И. Д. ЦЕРЕНИН,
А. И. ШЕЙХЕТ
НПО им. С. А. ЛАВОЧКИНА




Четырехлетняя успешная работа на околоземной орбите космической обсерватории «Гранат» — подлинный триумф российской космонавтики. Впервые на протяжении нескольких лет научная периодика всех стран мира наполнена названиями объектов, наблюдавшихся с борта «Граната», и статьями об открытиях, сделанных им. Наш журнал не раз публиковал материалы, касающиеся как устройств обсерватории, так и результатов ее работы. Теперь о том, как ею управляют...


«ГРАНАТ»: ЧЕТЫРЕ ГОДА УСПЕХА


Орбита обсерватории «Гранат»
Изменение параметров орбиты
ДатаВысота
перигея, км
Высота
апогея, км
Аргумент
перигея, град
Наклонение,
град
Долгота
восхо-
дящего
узла, град
1.12.89
1.06.90
1.12.90
1.06.91
1.12.91
1.06.92
1.12.92
1.06.93
1.12.93
1.06.94
1.12.94
1.06.95
1.12.95
1.06.96
1.12.96
1.06.97
1.12.97
1.06.98
1.12.98
1.06.99
2000
3298,8
7824,7
14954,1
23893,0
32668,9
41208,3
48691,1
53998,4
57668,0
58959,0
57952,5
54650,4
49109,8
42088,8
33511,7
24004,5
14409,9
6302,5
182,8
200000
199950
195577
188175
179376
170617
161962
154584
149238
145507
144214
145181
148536
153959
160888
169689
179060
188649
196854
202891
285
301,7
307,7
310,3
311,9
314,0
317,1
321,5
327,0
334,9
343,0
351,4
359,3
5,2
9,6
12,8
14,6
15,8
17,0
21,6
51,5
62,1
71,8
78,9
82,6
84,7
86,0
86,5
86,7
86,7
86,5
86,1
85,4
84,6
93,4
81,4
78,7
74,1
65,6
49,0
20,0
353,9
336,8
326,2
320,3
316,5
313,5
311,5
309,7
308,2
306,9
305,7
3,04,6
303,4
302,2
300,8
299,1
296,8
292,9
283,3

1 декабря 1989 г. стартовала, а 2 декабря на орбиту искусственного спутника Земли была выведена автоматическая станция «Гранат», предназначенная для астрофизических исследований галактических и внегалактических источников космического излучения в рентгеновском и гамма-диапазонах, практически недоступных для наблюдения с поверхности Земли (Земля и Вселенная, 1989, № 3, с. 22; 1991, № 2, с. 41; 1992, № 2, с. 48; 1993, № 1, с. 3, № 6, с. 3). Объектами наблюдений стали рентгеновские пульсары, «кандидаты» в черные дыры, двойные звездные системы, ядра активных галактик, скопления галактик, ближайшие галактики, центр нашей Галактики, межзвездная среда, гамма-всплески, яркие галактические и внегалактические источники рентгеновского и гамма-излучений. Высокоапогейная орбита, на которую выведена станция, позволяет проводить наблюдения за пределами атмосферы и радиационных поясов Земли, вносящих очень сильные искажения в измерения.

Орбитальная станция «Гранат» принадлежит к большой семье автоматических межпланетных станций, первые из которых были созданы в НПО им. Лавочкина для изучения планет Солнечной системы более 20 лет назад. Автоматические станции этой серии успешно летали к Венере, доставляя в ее атмосферу спускаемые аппараты и аэростатные зонды, работали на орбите ее искусственного спутника, а в марте 1986 г. провели фотографирование и исследование кометы Галлея. Когда возникла необходимость в вынесении в космос астрофизической обсерватории, на базе межпланетной станции «Венера» была создана обсерватория «Астрон», успешно проработавшая на орбите около 6 лет (Земля и Вселенная, 1983, № 4, с. 4; 1990, № 6, с. 3).

Орбитальная станция «Гранат» — модификация обсерватории «Астрон», на которой ультрафиолетовый телескоп и другие инструменты заменены комплексом научных приборов, обеспечивающих астрофизические измерения в области рентгеновского и гамма-излучений. Он был разработан российскими, французскими, датскими и болгарскими учеными и специалистами.

Обсерватория «Гранат» по проекту должна была проводить научные наблюдения на орбите в течение 8 месяцев, однако прошло уже 4 года, а она продолжает успешно выполнять программу научных наблюдений.

ОРБИТА

Начальные параметры рабочей орбиты станции выбирались с таким расчетом, чтобы удовлетворить все требования со стороны разработчиков научной аппаратуры, служебных систем и наземных средств управления. Так, поскольку на ее борту был установлен комплекс рентгеновских приборов, которые могут работать только вне радиационных поясов Земли, «Гранат» нужно было вывести на высокоапогейную орбиту. Однако с увеличением высоты апогея увеличиваются гравитационные возмущения от Солнца и Луны, поэтому для обеспечения существования аппарата на такой орбите в течение нескольких лет (без коррекций) необходимо было разместить ее в пространстве совершенно определенным образом (чтобы аргумент перигея начальной орбиты находился во втором или четвертом квадранте относительно Солнца). Чтобы увеличить продолжительность видимости обсерватории из наземных пунктов управления, расположенных на территории России и Украины, этот интервал нужно еще более сузить: аргумент перигея поместить в четвертый квадрант относительно плоскости эклиптики.

Область небесной сферы, доступная для наблюдений, зависит от других параметров орбиты, к примеру, от долготы восходящего узла (с учетом ограничений, связанных с выбором опорной звезды, используемой системой ориентации), и возможностью появления помех от Луны и Земли в поле зрения научных приборов.

График расхода рабочего тела (азота) обсерватории «Гранат». Видно, как он менялся мере накопления опыта управления обсерваторией

Оптимизируя эти требования и ограничения и принимая во внимание возможности ракеты-носителя, для станции «Гранат» разработчики выбрали следующие начальные параметры рабочей орбиты: высота апогея Нa = 200 000 км; высота перигея Нп = 2000 км; наклонение i = 51,5°; аргумент перигея ω = 285°; долгота восходящего узла Ώ = 20°; период обращения Т = 98 ч.

Из-за гравитационных возмущений от Солнца и Луны, а также поскольку форма Земли отличается от идеальной сферы, любая околоземная орбита с течением времени претерпевает существенные изменения. Не стала исключением и орбита «Граната». Как изменились ее основные параметры (в экваториальной геоцентрической системе координат на эпоху 1975,0) за 4 года, прошедших со дня запуска, и какими они станут в последующие пять с половиной лет, показано в таблице. Из нее видно, что высота перигея вначале достаточно быстро растет с одновременным уменьшением высоты апогея (большая полуось остается практически постоянной) и достигнет максимального значения (около 59 000 км) приблизительно через 5 лет после старта. Одновременно увеличивается наклонение орбиты, а линия апсид медленно вращается, приближаясь к плоскости эклиптики. После того как апогей перешел в южное (относительно плоскости эклиптики) полушарие, начинается уменьшение высоты перигея и рост высоты апогея. При этом долгота восходящего узла в течение последних трех лет постепенно уменьшается.

В настоящее время орбита обсерватории «Гранат» находится в «устойчивой области», т. е. изменение параметров орбиты незначительны. Так, в течение года высота перигея орбиты возрастет на 3700 км, а высота апогея, соответственно, уменьшится на 5300 км. При этом наклонение орбиты практически не изменится, аргумент перигея увеличится на 8°, а долгота восходящего узла уменьшится на 1,5°.

НЕКОТОРЫЕ СВЕДЕНИЯ О БОРТОВЫХ СИСТЕМАХ

Служебные бортовые системы обсерватории «Гранат» нужны для наведения телескопов на исследуемый источник излучения, приема радиокоманд с Земли, передачи научных данных и информации о функционировании бортовых систем на наземный пункт управления, снабжения всех бортовых систем электроэнергией, поддержания теплового режима и многих других задач. Особую роль среди них играет система управления ориентацией, которая обеспечивает заданное положение станции в пространстве в течение всего времени полета, в том числе и во время сеансов наблюдения. У этой системы есть чувствительные элементы — гироскопические и оптико-электронные приборы ориентации по Солнцу и звезде, вырабатывающие управляющие команды. Исполнительные органы — газореактивные двигатели, работающие на сжатом азоте, с тремя уровнями тяг.

Прибор ориентации на Солнце позволяет «отыскать» Солнце независимо от положения станции в пространстве, после чего, управляя ее маневрированием, наводит свою, визирную ось на центр Солнца. Прибор ориентации по звезде обеспечивает распознавание и «захват» опорной звезды, выдавая команду на прекращение поиска после того, как звезда с заданными характеристиками попала в его поле зрения.

После «захвата» звезды, для сохранения направления на исследуемый объект, используется режим постоянной трехосной ориентации по Солнцу и звезде. Точность ориентации в этом случае достигает ±20 угловых минут.

По проекту в качестве опорных звезд использовали Сириус, Канопус, Вегу, Ригель и Капеллу, но их оказалось недостаточно, чтобы наводить телескопы на многие очень интересные источники излучения. Вскоре после начала работы обсерватории этот список удалось расширить, и теперь он насчитывает 15 звезд, в результате чего в течение года станция «Гранат» может быть направлена практически в любую точку небесной сферы. Система телеизмерений обеспечивает сбор и передачу информации в двух режимах: реального времени (непосредственная передача поступающих данных) и с записью информации на бортовое запоминающее устройство. В «реальном времени» на Землю передается информация о работе служебных бортовых систем и технологическая информация о научных приборах, позволяющая контролировать их функционирование и исполнение команд. Скорость передачи телеметрической информации — 3072 бит/с. Научная информация, содержащая результаты наблюдений, регистрируется, в основном, на запоминающие устройства, которые входят в состав комплекса научных приборов. Она сначала накапливается в течение длительного времени (время экспозиции каждого объекта колеблется от 18 до 30 ч), а передается на Землю во время сеанса связи со скоростью 65 536 бит/с.

По командам с Земли начинаются и заканчиваются сеансы связи, производится смена комплектов аппаратуры и режимов их работы, выбор скорости передачи информации, телеметрической программы, состава передающих средств.

Кроме этого, в бортовые системы и процессоры научного комплекса закладывается уставочная информация, задающая положение визирных осей оптических приборов системы ориентации, режим работы процессоров, параметры научных приборов и изменяющая программы и характеристики проводимых экспериментов. С помощью уставочной информации, в случае необходимости, производится корректировка математического обеспечения бортовых процессоров.

Все команды могут передаваться в медленном и быстром режимах, основным из которых считается быстрый, когда время формирования и исполнения команды не превышает 11,5 с.

Комплекс научной аппаратуры состоит из телескопов со сравнительно узким полем зрения (для исследования квазистационарных источников) и «всплесковых» приборов, охватывающих суммарным полем зрения практически всю небесную сферу и предназначенных для регистрации неожиданных кратковременных событий.

Комплекс телескопов, в который входят французский гамма-телескоп «Сигма» и отечественные АРТ-П и АРТ-С (разработаны Институтом космических исследований РАН), позволяет получить изображение наблюдаемого объекта, его точное положение в пространстве, провести спектральный и временной анализ поведения источников излучения, определить степень поляризации ярких источников.

«Всплесковый» комплекс состоит из российского прибора «Конус-В», датского — «Вотч», французского — «Фебус» и российско-болгарского — «Подсолнух». Кроме того, регистрация гамма-всплесков может производиться и телескопом «Сигма» — как основным его детектором, так и активной защитой. Эти приборы регистрируют рентгеновские и гамма-всплески, локализуют их, измеряя энергетические спектры и временную структуру, а также обеспечивают патрульное слежение за небесной сферой в рентгеновском диапазоне. Еще один прибор, находящийся на борту, — монитор заряженных частиц КС-18М — проводит измерение потоков заряженных частиц в районе орбитальной станции (см. статью Зосим Л. Е. на стр. 30).

ЭТАПЫ РАБОТЫ ОБСЕРВАТОРИИ

Работу орбитальной астрофизической обсерватории «Гранат» условно можно разделить на три основные этапа:

— подготовка служебных систем станции к выполнению программы,

— подготовка комплекса научной аппаратуры,

— проведение планомерных научных наблюдений.

Первый этап в жизни «Граната» начался сразу после выведения станции на рабочую околоземную орбиту и отделения ее от разгонного блока. Это произошло 2 декабря 1989 г. в 0 ч 31 мин 22,1 с по московскому времени. В него входили: раскрытие элементов конструкции, сложенных во время выведения на орбиту под головным обтекателем, перевод станции в режим постоянной ориентации на Солнце, проверка работоспособности, выбор комплектации и настройка служебных систем, проведение траекторных измерений для определения параметров рабочей орбиты.

В работе с научной аппаратурой на этом этапе предусматривались только те операции, которые связаны с сохранением необходимого теплового режима приборов. Так, в самом начале полета «Гранат» была открыта крышка звездных датчиков телескопа «Сигма», включен обогрев гамма-камеры, звездных датчиков, платформы «Подсолнух» и включены электронные блоки приборов «Вотч». Измерения в это время проводились только прибором КС-18М, информация которого позволяет оценить радиационную обстановку в районе станции. После завершения подготовки служебных систем был проведен эксперимент по оценке возможности работы системы ориентации по более слабым, чем планировалось в проекте, звездам.

Проведенные работы дали положительный результат и позволили в дальнейшем включать в программу наблюдений более интересные объекты, недоступные для наблюдений прежде. Этот этап, насчитывавший 14 сеансов связи со станцией «Гранат», закончился 9 декабря 1989 г.

11 декабря 1989 г. начался второй этап — подготовка комплекса научной аппаратуры: тестирование, калибровка, юстировка и настройка научных приборов. Для этого требовалось 1-1,5 месяца, и в течение декабря и в январе 1990 г. основные работы были нацелены именно на это. Были проверены блоки автоматики управления научной аппаратурой, проверена работа служебной части комплекса «Сигма» с основным и резервным процессорами, прокалиброваны звездные датчики телескопа «Сигма», по 9 калибровочным источникам проверена работа «Фебуса», телескопов АРТ-П и АРТ-С совместно с процессором «Сигмы», проверено функционирование приборов «Вотч», «Подсолнух», «Конус В», «БРВ», проведены фоновые и калибровочные измерения телескопом «Сигма», отработана методика регулирования теплового режима.

Из-за того, что калибровочный источник — пульсар в Крабовидной туманности — был недоступен для телескопов станции «Гранат» до второй половины февраля 1990 г., было решено перейти к программе научных наблюдений, а юстировку и калибровку основных телескопов продолжить в феврале и марте 1990 г. На этом этапе были выявлены особенности в работе научной аппаратуры. Это вызвало необходимость в изменении программного обеспечения бортовых процессоров, управляющих научной аппаратурой. Также были откорректированы и основные принципы формирования программ наблюдений. Работа завершилась 8 марта 1990 г., и с 11 марта начался третий этап — планомерные научные наблюдения всем комплексом научных приборов.

ПРОЦЕСС УПРАВЛЕНИЯ

«Гранат» управляется в соответствии с планом работ на каждый календарный месяц. Сначала формируется календарный план проведения сеансов связи со станцией; затем разрабатывается, совместно с учеными и специалистами Франции, программа наблюдений. После этого уже можно создавать полную программу работы со станцией, включающую развернутую во времени последовательность проведения сеансов связи с указанием наблюдаемых источников и перечень основных операций в каждом сеансе.

После того, как месячные программы сформированы, вся работа ведется в строгом соответствии с ними. Однако при необходимости могут появляться и коррективы. Обычно они связаны с изменением астрофизической обстановки (обнаружение нового источника, вспышка солнечной активности) или же с работой бортовых систем и наземного комплекса.

«Гранат» обращается вокруг Земли за 98 ч, и программа обычно предусматривает на каждом витке около 70 ч научных наблюдений. Это время изменяется в зависимости от условий видимости станции с основного пункта управления и от времени прохождения станцией зоны радиационных поясов Земли. Внутри радиационных поясов она находится около 20 ч на каждом витке. В это время научную аппаратуру приходится отключать из-за высокого радиационного фона. Около 10 ч затрачивается на передачу зарегистрированной научной информации и подготовку комплекса к очередному интервалу наблюдений. Наблюдения на каждом витке, как правило, состоят из трех (реже двух) интервалов, разделенных сеансами связи, во время которых на Землю передается записанная перед этим научная информация и осуществляется подготовка очередного интервала наблюдений.

Каждый сеанс состоит из ряда стандартных операций. В начале сеанса наблюдения прекращаются, поэтапно отключаются работавшие приборы, после чего разрешается воспроизведение записанной информации. По командам с Земли включается режим передачи и со скоростью 65 кбод производится «сброс» на Землю научных данных, зарегистрированных на преды

Внешний вид и устройство орбитальной обсерватории «Гранат». Цифрами обозначены: 1 — отсек научной аппаратуры, 2 — торовый приборный отсек, 3 — звездный датчик системы ориентации, 4 — солнечный датчик системы ориентации, 5 — малонаправленная антенна «см»-диапазона, 6 — малонаправленная антенна «дм»-диапазона, 7 — панели солнечных батарей, 8 — телескоп «Сигма» (Россия, Франция), 9 — телескоп АРТ-П (Россия), 10 — телескоп АРТ-С (Россия), 11 — прибор «Вотч» (Россия, Дания), 12 — прибор «Конус»-В (Россия), 13 — прибор «Фебус» (Франция), 14 — прибор «Подсолнух» (Россия, Болгария), 15 — прибор КС-18М (Россия)
дущем интервале наблюдений. Затем телескоп наводится на новый источник, включается отключенный перед этим процессор и в него вводится информация, задающая состав и режимы работы приборов для очередного интервала наблюдений, чувствительность звездных датчиков комплекса «Сигма», время накопления информации и т. д. После этого командой с Земли процессору задается режим, по которому он выполняет подготовку запоминающего устройства к записи новой информации и поэтапно включает комплекс «Сигма». После выхода комплекса «Сигма» в фазу наблюдений, по командам с Земли включаются другие телескопы и приборы.

Длительность каждого такого сеанса на начальном этапе полета составляла 6—7 ч, а количество передаваемых с Земли команд управления, отрабатываемых системами станции, достигало 200— 250 за сеанс. Теперь в большинстве случаев за счет оптимизации структуры сеанса удается сокращать их длительность до 3,5—4 ч, а количество отрабатываемых команд до 100—150.

В случае возникновения отклонений в работе бортовых систем или неисполнения какой-либо команды, возникшую ситуацию оперативно анализируют в центре управления и вносят необходимые коррективы в программу сеанса. В простых случаях время, необходимое для анализа и выдачи необходимых команд, не превышает нескольких минут, и дополнительные команды вводятся в передающий контур «вручную». В сложных случаях программа сеанса требует существенного изменения. В зависимости от причины события, момента его возникновения и расположения сеанса относительно конца зоны видимости станции, программа сеанса или оперативно корректируется, или ее выполнение прекращается.

К 1 августа 1990 г. запланированная программа работы станции была выполнена полностью, но поскольку служебные системы и комплекс научной аппаратуры функционировали нормально, Государственная комиссия (Земля и Вселенная, 1993, № 1, с. 3), приняла решение о продолжении научных наблюдений по дополнительным программам, которые разрабатывались таким образом, чтобы свести к минимуму расход азота, который используется при ориентации и стабилизации станции, и тем самым существенно увеличить продолжительность наблюдений и количество наблюдаемых источников.

Для этого календарный план проведения сеансов стал разрабатываться на три и более месяцев, чтобы оптимально распределить во времени наблюдаемые источники. Критерием оптимальности стало стремление сохранить режим трехосной ориентации при прохождении района перицентра орбиты и как можно реже проводить смену опорной звезды, используемой системой ориентации.

Приобретенный опыт работы позволил усовершенствовать технологию наведения телескопов на наблюдаемый источник. Теперь, когда это возможно, «переходят» с одного источника на другой без потери опорной звезды (последовательно подвигая визирные оси оптических приборов), производят поиск опорной звезды при более благоприятных углах ориентации на Солнце и оптимально обходя мешающие при поиске ориентиры.

При проведении наблюдений для экономии азота стараются максимально использовать режим «малой тяги» двигателей ориентации. Кроме того, накопленный опыт позволяет ученым выделять из общей массы источников, предлагаемых для наблюдения, наиболее интересные. В результате, все эти усилия позволили продолжать наблюдения в течение 4 лет, во время которых было проведено 1072 сеанса связи (из них 721 сеанс по подготовке научных наблюдений и передаче научной информации, а остальные — с целью обеспечения оптимального функционирования бортовых систем).

За все это время отменено лишь 50 наблюдений (23 из-за высокой солнечной активности и неблагоприятных метеоусловий на основном пункте управления, а остальные — из-за отклонений в работе бортовых систем и наземного комплекса). В процессе эксплуатации станции «Гранат» время работы бортовых систем многократно превысило все гарантийные ресурсы. Так, срок службы постоянно функционирующих систем жизнеобеспечения станции превысил гарантийные ресурсы в шесть раз, бортовые передатчики «передавали» информацию в общей сложности свыше 3000 ч, что превышает запланированную продолжительность более, чем в четыре раза. Для управления бортовыми системами на борт выдано и отработано около 110 тыс. команд.

Всего за четыре года работы наблюдалось 132 различных источника, причем наиболее интересные из них — многократно, в различных условиях, что помогло выяснить более тонкую структуру их спектров, а также «набрать» статистические данные.

Помимо основной научной программы, по предложению ИРЭ РАН, в течение первого года полета осуществлен радиофизический эксперимент, цель которого — исследование солнечно-земных связей, а затем и работы по измерению спектра искусственной турбулентности ионосферы. Постоянно проводились измерения радиационной обстановки вокруг орбитальной станции.

Еще один важный результат осуществления проекта «Гранат» — выработка и практическое подтверждение основных принципов управления космической обсерваторией, налаживание взаимодействия всех коллективов, участвующих в управлении, включая зарубежные. Все это дало возможность нашей стране впервые выйти на мировой уровень исследований рентгеновского и гамма-излучений самых различных космических объектов и получить ряд научных результатов принципиального значения.





Информация
«Гранат» и исследование космической радиации

В нашей стране непрерывные (мониторные) измерения космической радиации в межпланетной среде с помощью аппаратов «Луна», «Венера», «Марс» начались с 1965 г. по инициативе академика С. Н. Вернова. Вначале они носили чисто научный характер, но по мере того, как становилось очевидным отрицательное воздействие космической радиации на функционирование аппаратов, приборы, регистрирующие ее, стали использоваться в качестве служебной аппаратуры для отслеживания радиационной обстановки на борту КА. Основная же научная идея таких измерений — проведение многократных однотипных измерений с борта различных по назначению аппаратов. Это позволяет обнаружить новые явления в космическом пространстве, уточнить и сопоставить обнаруженные ранее. Орбитальная обсерватория «Гранат», также оснащенная соответствующей аппаратурой, пополнила наши сведения о них.

Контроль за радиационной обстановкой на борту «Граната» осуществляется прибором «КС-18М», разработанным НИИЯФ МГУ. Этот прибор в различных модификациях устанавливался на всех отечественных КА, начиная с 1965 г. Он постоянно регистрирует потоки заряженных частиц галактического и солнечного происхождения (галактическое и солнечное космическое излучение, соответственно ГКИ и СКИ), а также раз в четверо суток, попадая на три-четыре часа в радиационные пояса Земли, регистрирует протоны и электроны, захваченные магнитосферой.

Прибор работает постоянно, не выключаясь. Между сеансами связи информация накапливается и сохраняется в запоминающих устройствах самого прибора и космического аппарата. Информацию с прибора можно получать в кодированном и графическом видах. Оперативный радиационный контроль заключается в слежении за потоками протонов в характерных диапазонах энергий: 1—20 МэВ, 5—20 МэВ и более 20 МэВ, наиболее опасных для аппаратуры «Граната».

Прибор «КС-18М» состоит из двух частей — блока детекторов и блока электроники. Блок детекторов фиксирует электрические импульсы, создаваемые заряженными частицами в полупроводниковых детекторах (ППД) и газоразрядных счетчиках, причем для этого используются и одиночные детекторы и собранные в системы (типа телескопов). Одиночные ППД регистрируют одно временно протоны, электроны, альфа-частицы и электроны. Телескопы позволяют «отсортировать» частицы, определить скорость счета различных частиц в различных диапазонах энергий и приходящих с различных направлений. Блок электроники (что характерно для мониторов нового поколения) содержит модули микропроцессоров, которые определяют логику работы прибора в режиме «фон» и «вспышка», формируют информацию, накапливают, запоминают и выдают для передачи на Землю.
Уровни космической радиации в околоземном пространстве в трех энергетических диапазонах (указаны вверху справа на каждом из графиков). Буква П означает энергию протонов, А — альфа-частиц, Э — электронов. Измерения сделаны прибором «КС-18М», установленным на борту обсерватории «Гранат»

На верхнем графике отражена динамика солнечной активности в период последнего максимума (22 цикл). Вертикальными линиями отмечено время наблюдений с борта космических аппаратов «Фобос» и «Гранат». Внизу — несколько особо мощных вспышек, включая уникальную вспышку в марте 1991 г., вызвавшую зашкаливание прибора «КС-18М»

За годы использования на различных КА приборы усовершенствовались, приспосабливались к требованиям конкретного эксперимента и полета, однако некоторые требования к ним остаются постоянными. Приборы должны быть минимальны по массе, энергопотреблению и обладать надежностью, превышающей надежность КА. Прекрасный пример — прибор «КС-18М».

Время полета КА «Гранат» приходится на максимум и начало спада текущего 22-го цикла солнечной активности (начало цикла — 1986 г., максимум — 1989 — 90 гг., предполагаемое окончание — 1996 г.). За четыре года работы «Граната» в космосе зарегистрированы многочисленные возрастания СКИ, среди которых особенно значительные произошли весной 1990 г. и в марте и июне 1991 г. Июнь 1991 г. вообще был рекордным по количеству, мощности и продолжительности солнечных протонных вспышек. Пять вспышек балла ЗВ (максимальной яркости и площади) произошли в течение полумесяца и сопровождались мощным рентгеновским излучением. В 1993 г. солнечная вспышечная активность заметно уменьшилась (сказывается приближение цикла к минимуму). Анализ информации, полученной с прибора, показывает очень высокую степень солнечной активности, так как вспышки в 1990 — 91 гг. происходили часто и с большой длительностью (от одних суток и почти до месяца). Накопленный за четыре года материал изучается и осмысливается.

Однако, хотя в научном плане высокая солнечная активность интересна, для приборов КА она все же чрезвычайно вредна, так как в результате постоянно накапливаемой дозы радиации ухудшаются характеристики электронных приборов, падает ток солнечных батарей, темнеют стекла оптических приборов. Например, в марте — июне 1991 г. падение тока солнечных батарей на «Гранате» составило 1,5 а.

Конечно, прибор «КС-18М» — не зонтик и не может защитить КА от проникающей радиации, но он играет существенную роль в жизни и работе «Граната». Решение о начале очередного сеанса наблюдений принимается только в соответствии с показаниями прибора. Ведь во время мощной солнечной вспышки генерируются мощные потоки частиц высоких энергий, которые могут вызвать функциональные сбои в работающих микропроцессорах, если амплитуда сигнала возникшей помехи сопоставима с амплитудой рабочих сигналов. В результате может измениться состояние ячейки памяти бортовой ЭВМ, произойти переключение триггера и даже сформироваться незапланированная команда, что, вероятно, приведет к драматическим последствиям (например, к потере связи с КА, или изменению его орбиты). Поэтому радиационную обстановку на борту контролировать необходимо не менее тщательно, чем температуру или давление. Интегральная доза радиации от всех видов излучения, полученная приборами, расположенными непосредственно за стенками приборного контейнера за четыре года, составила около 100 Гр. Это означает, что приборы, имеющие малый запас стойкости, скоро окажутся на грани своих возможностей в случае возникновения событий, аналогичных событиям июня 1991 г.

Л. Е. ЗОСИМ
НПО им. С. А. ЛАВОЧКИНА