Сканировал и обработал Юрий Аболонко (Смоленск)

НОВОЕ В ЖИЗНИ, НАУКЕ, ТЕХНИКЕ

ПОДПИСНАЯ НАУЧНО-ПОПУЛЯРНАЯ СЕРИЯ

КОСМОНАВТИКА, АСТРОНОМИЯ

12/1986

Издается ежемесячно с 1971 г.

СОВРЕМЕННЫЕ ДОСТИЖЕНИЯ КОСМОНАВТИКИ


Сборник статей



Издательство «Знание» Москва 1986

ББК 39.6
С 56

СОДЕРЖАНИЕ

C 56	Современные достижения космонавтики: Сб. статей. – М.: Знание, 1986. – 64 с, ил. – (Новое в жизни, науке, технике. Сер. «Космонавтика, астрономия»; № 12).
	11 к.
	В статьях сборника рассказывается об очередной экспедиция советских космонавтов на орбитальную станцию «Салют-7», о заключительном этапе грандиозной программы «Вега», приводятся также подробности обширных предстоящих исследований Марса и его спутников с помощью космических аппаратов по программе «Фобос».
	Брошюра рассчитана на широкий круг читателей, интересующихся современной космонавтикой.
	3607000000ББК 39.6

© Издательство «Знание», 1986 г.

«САЛЮТ-7»: ПЯТАЯ ОСНОВНАЯ ЭКСПЕДИЦИЯ

(хроника полета)

В этом году 13 марта после однообразно серых пасмурных дней порадовало тружеников космодрома Байконур ясной солнечной погодой. Еще вчера резкий пронизывающий ветер гнал над землей снежные хлопья, а сегодня с утра ласково голубело небо. Голубое небо родной планеты, о котором часто вспоминается во время орбитальных вахт. И природа, как бы понимая, что сегодня двое землян покидают свою планету, подарила на прощание то, чего им так будет недоставать в окружении вечной черноты космоса.

На фоне бескрайней степи как-то скрадывается величественность изготовившейся к старту ракеты-носителя. На фотоснимках или на телеэкране ее конструкция выглядит куда более внушительно. Но здесь глаз не ограничен рамками кадра, и поэтому на необъятных степных просторах даже грандиозные сооружения кажутся штрихами рельефа местности. Но вот яркая вспышка озаряет подножие ракеты, и сразу же далеко сбоку вырывается пламя, пройдя по газоотводным каналам стартового сооружения расстояние, значительно превышающее высоту ракеты-носителя с космическим кораблем. Непроизвольно сравнивая эти величины, получаешь зримое представление о масштабности происходящего события, о мощи укрощенного огня, заключенного в теле ракеты.

Поддерживаемая ослепительно ярким, до боли в глазах, клубком пламени, ракета поднимается над стартовой площадкой, с каждым мгновением ускоряя свой бег. С некоторым запозданием доходит звук, сопровождающий работу ракетных двигателей. Он похож на треск разрываемого полотна, но только усиленный в тысячи раз. Земля уже дрожит под ногами, и ты всем своим телом и особенно кожей лица, не защищенной одеждой, ощущаешь содрогание воздуха. Наверное, из-за этих колебаний кажется, что ракета пронзает атмосферу какими-то рывками.

«Полет нормальный, – докладывает экипаж космического корабля «Союз Т-15» Леонид Кизим и Владимир Соловьев. – Двигатели работают устойчиво». Ракета-носитель поднимается все выше и выше, и ослепительный факел постепенно тускнеет. Еще какое-то время можно различить его след в виде бледного пятна, но и оно тает в туманной вышине...

На космодроме уже стало традицией в последний вечер перед стартом проводить пресс-конференцию улетающего экипажа. Так было и на этот раз, а первый вопрос к «Маякам» был о них и о Ю. А. Гагарине: «Что у них общего и в чем различие их полетов?»

«Общее у нас, – степенно отвечает Леонид Кизим, – это полет человека в космос, в чужую, враждебную стихию, где мы должны научиться жить и работать на благо человечества. А различие в том, что Гагарин был первым. Своим полетом он утвердил профессию космонавта, и мы гордимся, что продолжаем дело, начатое им».

Владимир Соловьев дополняет: «На космический полет работают тысячи людей. Они верят в космонавта, и он обязан оправдать их доверие. Так было у Гагарина, так было во многих последующих полетах, так должно быть и у нас. Но Гагарин первым сделал шаг в неизведанное, и мы всегда будем преклоняться перед мужеством первопроходца».

Много лет назад академик С. П. Королев, беседуя как-то с космонавтами в своем конструкторском бюро, сказал: «Многие из вас читали труды Н. Е. Жуковского. В них не только мудрость науки. Есть у «отца русской авиации» весьма точная мысль о заповедях жизни: стыд тому, кто жизнь и время праздно тратит». Леонид Кизим и Владимир Соловьев не были на той беседе, пожизненный путь каждого из них является яркой иллюстрацией целеустремленности, трудолюбия и настойчивости...

Пятой основной экспедиции на станцию «Салют-7» предстояло продолжить работы, которые, как известно, преждевременно прервались во время предыдущей экспедиции космонавтов на станцию. Однако первым рабочим местом «Маяков» в космосе стала новая станция «Мир». Орбитальная станция «Мир», по существу, представляет собой базовый блок для построения многоцелевого постоянно действующего пилотируемого комплекса со специализированными модулями научного и народнохозяйственного назначения. Станция рассчитана на длительный период эксплуатации, а начальный период ее полета – испытательный.

Леониду Кизиму и Владимиру Соловьеву, которые стали первым экипажем станции «Мир», необходимо было провести испытания элементов конструкции, бортовых систем, аппаратуры и оборудования, проверить различные режимы управления станцией, отработать взаимодействие с наземными службами. Когда еще на Земле дотошные журналисты расспрашивали «Маяков» о новой станции, они отвечали сдержанно: впечатления, мол, пока теоретические, надо поработать на ней в космосе.

Это действительно так. Ведь ни одна наземная тренировка, ни в тренажере, ни в реальной станции, пока она еще находится на космодроме, не может дать того представления, которое космонавт испытывает в условиях невесомости. Но как бы осторожно ни отвечали Леонид Кизим и Владимир Соловьев, было видно, что им не терпится попасть на борт станции «Мир». Кроме того, по их мнению, до прихода экипажа станция – это только конструкция, пусть даже очень сложная, начиненная электроникой и всевозможными автоматическими устройствами. А с приходом людей на ее борт – это уже человеческий дом в космосе.

«Станция хорошая, просторная, светлая, – так отозвались о своем новом космическом доме «Маяки» с борта станции «Мир» на пресс-конференции, организованной для советских и иностранных журналистов с помощью спутника-ретранслятора «Луч».– Жить и работать в ней очень удобно. Она более комфортабельна, чем станции серии «Салют».

Первый же вопрос на этой пресс-конференции задал ветеран отечественной космической журналистики А. П. Романов: «Орбитальная станция, на которой вы летаете, носит название «Мир». Случайно ли такое чудесное название?» – «Конечно, название нашей станции не случайно, – ответили «Маяки». – В нем отразилось постоянное стремление нашего народа к миру. Станция – это мирный космический дом. Когда к нему будут пристыковывать научные модули, станция превратится в крупную научную лабораторию, которая, кроме исследований фундаментального характера, станет выполнять и большой объем работ в интересах народного хозяйства».

Растущее беспокойство народов Земли о мире на планете ощущалось и в вопросах зарубежных журналистов. «Официальные лица в США заявляют, что 80 % советской космической программы преследует военные цели, – спрашивает американский корреспондент журнала «Таймс» Дж. Джексон. – Правильно ли это?» – «Программа наших работ на борту научной станции «Мир» не содержит каких-либо экспериментов в военных целях, – отвечали «Маяки». – Наша страна с самого начала космической эры выступала за мирные исследования в космосе и сейчас активно борется против милитаризации космического пространства».

Мы здесь не будем останавливаться на пребывании космонавтов на борту станции «Мир» (читатель этой серии знаком с этим из соответствующих приложений к брошюрам. – Прим. ред.), а подробнее рассмотрим работу космонавтов на станции «Салют-7». Напомним, что станция «Салют-7» была выведена на орбиту 19 апреля 1982 г., на ее борту работали 9 экипажей, из них два международных (с участием космонавтов Франции и Индии), дважды устанавливались мировые рекорды продолжительности космического полета. Наиболее длительным, в течение 237 сут, был полет экипажа в составе Леонида Кизима, Владимира Соловьева и Олега Атькова.

6 мая «Маяки» прибыли на станцию «Салют-7», выполнив уникальный, впервые в практике мировой космонавтики перелет с одной орбитальной станции на другую. «Конечно, новое всегда привлекает своей неизведанностью, и встречу с ним ожидаешь с нетерпением,– сказал Леонид Кизим, покидая станцию «Мир». – Но «Салют-7» – наш уютный старый дом, и нам очень хочется побывать и поработать на нем». Станцию «Салют-7» Леонид Кизим и Владимир Соловьев во время своего предыдущего полета изучили не хуже родного дома. Поэтому сейчас они обошлись без периода привыкания и сразу же приступили к работе.

Первым делом они провели ревизию бортовых систем, взамен выработавших свой ресурс блоков, установили новые, привезенные с собой. Потом начали проводить геофизические исследования, выполняли заказы геологов. С помощью масс-спектрометрической аппаратуры «Астра» изучали окружающую орбитальный комплекс атмосферу. Сотрудники Центра управления полетов (ЦУП) трудились в этот период с двойной нагрузкой, – они управляли полетом сразу двух орбитальных комплексов. В космосе в это время находились две орбитальные станции и четыре космических корабля, представляющие собой космические аппараты разных поколений, в том числе и новый корабль «Союз ТМ». А, кроме того, шла ответственная работа по подготовке выхода Леонида Кизима и Владимира Соловьева в открытый космос.

«Маякам» предстояло выполнить то, что не успели сделать их предшественники – предыдущий экипаж станции «Салют-7». Их первый выход в открытый космос был назначен на 28 мая. В 8 ч 43 мин (здесь и далее указано московское декретное, зимнее, время) Леонид Кизим и Владимир Соловьев открыли выходной люк станции и ступили на ее внешнюю поверхность. Сначала они сняли кассеты с образцами биополимеров и различных конструкционных материалов, а также советско-французскую аппаратуру для сбора микрометеороидов. Все это оборудование находилось вне станции с 2 августа 1985 г., со времени выхода в открытый космос Владимира Джанибекова и Виктора Савиных. Затем «Маяки» на переходном отсеке станции установили крепежную платформу и смонтировали на ней блок, включающий в себя шарнирно-решетчатую ферму и устройство для ее разворачивания и сворачивания (УРС). В сложенном виде этот блок внешне представляет собой цилиндр массой 150 кг и высотой около метра. «Маякам» предстояло проверить работоспособность УРС, они развернули ферму и с помощью телекамеры показали ее стройную ажурную конструкцию, четко выделяющуюся на черном фоне космоса. После чего ферма была возвращена в исходное состояние и вновь убрана в переходный отсек. Но на этом работа в открытом космосе не закончилась: космонавты установили на одном из иллюминаторов станции новый прибор для приема и передачи телеметрической информации в оптическом диапазоне.

В открытом космосе Леонид Кизим и Владимир Соловьев проработали 3 ч 50 мин. Для них это далеко не предел: во время своего предыдущего, рекордного по продолжительности полета они также установили и рекорд по количеству выходов в открытый космос и по суммарной длительности пребывания за бортом орбитальной станции. Тогда Леонид Кизим и Владимир Соловьев 6 раз выходили в открытый космос и провели там, в общей сложности 22 ч 50 мин. Они нарастили панели солнечных батарей «Салюта-7», а главное – отремонтировали объединенную двигательную установку станции.

31 мая в 7 ч 57 мин «Маяки» вновь открыли выходной люк станции, а затем перенесли в зону проведения работ необходимое оборудование, приборы и инструмент. Проведенная трое суток назад генеральная репетиция значительно ускорила установку и крепление блока УРС на внешней поверхности станции. Как и во время прошлого выхода в открытый космос, космонавтам предстояло снова раскрыть решетчатую ферму. Но если тогда грузовая площадка на вершине фермы была пустой, то сейчас на ней были установлены приборы.

Один из них, измеритель плотности атмосферы «Фон», разработан в Ленинградском политехническом институте. Датчики состава атмосферы, окружающей орбитальный комплекс, уже работали на орбите, но еще не проводилось точных количественных измерений. Благодаря своей высокой чувствительности прибор «Фон» не просто исследует частицы окружающей собственной атмосферы станции, но и способен выделить среди них чужеродные частицы, залетевшие сюда из верхних слоев атмосферы Земли.

Создатели космической ферменной мачты, специалисты Киевского института электросварки имени Е. О. Патона, ставили перед собой две задачи. Первая – разработать транспортное средство, позволяющее выносить научные приборы или другое оборудование на определенное расстояние от борта станции (в данном случае расстояние равнялось 12 м). А вторая задача – это создать унифицированный строительный элемент, который в перспективе можно использовать для сооружения различных крупногабаритных конструкций в космосе. Вот почему, когда ферма встала во весь свой рост, Владимир Соловьев воскликнул: «Это красавица! Это действительно «кирпич» будущего».

Для изучения колебаний протяженной ферменной конструкции проводился эксперимент «Маяк» (совпадение с позывными Леонида Кизима и Владимира Соловьева здесь чисто случайное, но, тем не менее, весьма знаменательное). На вершине ферменной мачты был установлен небольшой оранжевый фонарик, а телекамера, закрепленная у ее подножия, позволяла наблюдать за движениями этого маяка. Этим способом определялись «грубые», в несколько сантиметров, колебания, а точные измерения жесткостных характеристик конструкции проводились с помощью сейсмоприемника, разработанного во Всесоюзном научно-исследовательском институте геофизики. На Землю одновременно передавались данные о колебаниях основания фермы и грузовой площадки, что позволит создать математическую модель, на основании которой можно будет разрабатывать перспективные конструкции будущих внеземных сооружений.

Как бы, для того чтобы ужесточить условия эксперимента, Леонид Кизим взобрался на ферму почти до середины ее длины. Ажурная мачта выдержала и это испытание. «Она не такая уж и хилая, – прокомментировал Владимир Соловьев. – Если сварить места соединений, то солнечные батареи можно городить на километры». Следующим этапом работы «Маяков» в открытом космосе как раз стали пайка и сварка типовых элементов ферменной конструкции. С помощью портативной электронно-лучевой установки, впервые испытанной Светланой Савицкой и Владимиром Джанибековым здесь же – за бортом станции «Салют-7», Леонид Кизим и Владимир Соловьев создавали жесткие неразъемные соединения из конкретных узлов, аналогичных тем, из которых состояла шарнирно-решетчатая ферма.

Признаюсь, технологические эксперименты в космосе – моя слабость, с тех пор как в 1969 г. мне, бортинженеру космического корабля «Союз-6», поручил» провести первую электросварку металлов в невесомости. Этот эксперимент был подготовлен в Институте электросварки имени Е. О. Патона, там же создали и автоматическую установку «Вулкан», которой можно было дистанционно управлять. Установка размещалась в орбитальном отсеке корабля, и на время проведения эксперимента в отсеке создавался космический вакуум. Экипаж корабля, т. е. Георгий Шонин и я, находился в спускаемом аппарате, откуда и осуществлялось управление «Вулканом».

Помню, мы выполнили всю программу эксперимента, испробовали многие виды сварки, набор разных материалов, а потом восстановили в орбитальном отсеке нормальную атмосферу и приплыли туда из спускаемого аппарата. Чувствуем какой-то странный запах, как будто в баллоны для наддува орбитального отсека закачали некондиционный воздух. Принюхиваясь, я подплыл к столу с образцами и увидел – стол, чуть ли не пополам разрезан, как острым ножом, только края оплавлены. Георгий Шонин и я срочно вернулись в спускаемый аппарат, сидим в креслах, обдумываем создавшуюся ситуацию. Дело шло уже к концу полета, программа исследований была выполнена, но результаты первого эксперимента по космической технологии остаются в орбитальном отсеке, который не возвращается на Землю: он сгорает в плотных слоях атмосферы.

Мы включили телекамеру орбитального отсека, внимательно осмотрели стол и всю обстановку. Для подстраховки решили снизить в отсеке давление (если обшивка выдержала больший перепад с забортным вакуумом, то должна устоять и перед меньшим). На этот раз за образцами я пошел один – рисковать нам обоим было нельзя. Вернувшись, плотно задраил люк, и больше в орбитальный отсек мы не входили. Потом специалисты выяснили: под действием магнитного поля Земли изменилась фокусировка электронного луча и вместо сварки вышла резка...

С тех пор на космических орбитах регулярно проводятся технологические эксперименты. Выплавляют сверхчистые материалы, получают уникальные сплавы, выращивают кристаллы с весьма совершенной кристаллической решеткой, имеющие ныне огромное значение во многих отраслях науки и техники. Продолжают свои работы и «патоновцы». Для нанесения металлических покрытий на поверхность они создали установку «Испаритель», у которой «сердцевиной» была электронно-лучевая пушка. Эта установка впервые была опробована на станции «Салют-6», а на «Салют-7» прибыло другое их детище – универсальный ручной инструмент (УРИ). Он представляет собой портативную электронно-лучевую установку для сварки и пайки металлов в космосе и нанесения металлических покрытий. Практическую ценность этого инструмента при проведении монтажных работ в открытом космосе и продемонстрировали сейчас Леонид Кизим и Владимир Соловьев.

Перед возвращением в станцию «Маяки» на крепежной платформе вместо УРС установили прибор «Микродеформатор», разработанный и изготовленный в Харьковском политехническом институте. Прибор предназначен для испытаний образцов конструкционных материалов в открытом космосе при различных циклических нагрузках. Образцы (в данном случае алюминиево-магниевый сплав) будут растягиваться до состояния ползучести материала. Информация с датчиков при этом поступает в блок бортовой оптической системы связи, который Леонид Кизим и Владимир Соловьев установили в предыдущем выходе. Затем с помощью маломощного (всего 3 мВт) полупроводникового лазера передается через стекло иллюминатора в станцию, где записывается на свой блок памяти для последующей передачи на Землю по телевизионному каналу.

Завершая свою работу в открытом космосе, космонавты сняли с панели солнечной батареи экспериментальный образец, установленный в 1985 г. Владимиром Джанибековым и Виктором Савиных. Многоплановая напряженная работа в открытом космосе продолжалась 5 ч, а такого разнообразия операций не было ни при одном предыдущем выходе космонавтов в космос. Большая физическая нагрузка легла на плечи космонавтов, усталость чувствовалась по их голосам, и поэтому не удивительно, когда представитель медицинской службы спросил их: «Какое у вас сейчас желание?» И они ответили: «Поесть и поспать». Леонид Кизим и Владимир Соловьев – это самый опытный экипаж по работам в открытом космосе: восемь раз (больше всех) они выходили из станции и провели «лицом к лицу» с космосом 31 ч 40 мин.

После двухсуточного отдыха «Маяки» продолжили астрофизические и геофизические исследования, биологические и технические эксперименты. По программе исследования природных ресурсов Земли и изучения окружающей среды они выполняли серии съемок различных областей суши и моря стационарными фотоаппаратами и спектрометрической аппаратурой. Районами съемки были Украина, Краснодарский и Ставропольский края, республики Закавказья, акватории Черного и Каспийского морей. Проводились также эксперименты по изучению атмосферы и потоков заряженных частиц в околоземном космическом пространстве.

Любопытная метаморфоза произошла в умах землян по мере развития космонавтики. Человек давно мечтал о прогулках по другим планетам, и только с участием людей в дальних межпланетных экспедициях связывалось будущее практической космонавтики. Не было и речи о том, чтобы перепоручить эту работу автоматическим зондам: слишком неразвиты были радиотехника, системы автоматического управления. Когда же достигнутый прогресс сделал возможным межпланетные рейды космических роботов, сведения о планетах, присланные на Землю автоматическими разведчиками, поставили под сомнение саму необходимость появления людей в этих чуждых им мирах. Но даже и после этого главной задачей считалось исследование космического пространства, и лишь спустя несколько лет человек оглянулся на Землю и понял, сколь необходимо исследовать из космоса нашу планету.

В информации, получаемой космонавтами на орбите, сегодня нуждаются геологи и аграрники, вулканологи и мелиораторы, океанологи и лесоводы, представители многих других профессий. И мы, космонавты, должны уметь правильно «читать» на Земле объекты, интересующие каждого из этих специалистов. Но сделать это совсем не просто, и с орбиты, например, сразу не определишь, пашня под тобой или лес – по цвету они почти одинаковы. Как же тогда разглядеть лесные массивы, пораженные болезнью? Как обнаружить в складках местности скрытые в них полезные ископаемые?

Исследование Земли из космоса – чрезвычайно важная и интересная задача. Космонавтов к ней тщательно готовят, особое внимание, уделяя подготовке экипажей длительных орбитальных экспедиций. Взгляд из космоса обладает своеобразными «рентгеновскими» свойствами: как бы сглаживаются, исчезают мелкие детали и проявляется глубинная структура – разломы, деформации. Иногда нас спрашивают: «От кого все-таки больше пользы на орбите – от специалиста (скажем, геолога) или от космонавта с универсальной подготовкой?» Вопрос не праздный, вроде бы геологу и следует наблюдать за складками земной коры – они для него как открытая книга. За скоплениями планктона в океане надо бы следить специалисту по биологии моря. Атмосфера – это предмет внимания метеоролога.

Но выходит, что всех этих специалистов необходимо отправлять на орбиту и поручать каждому проделать массу операций по совместительству. Однако космические полеты сегодня – это еще испытания и отработка новой техники, средств управления, связи, приборов и т. д., а проходить соответствующую космическую подготовку этим специалистам весьма затруднительно. Вот почему подобные эксперименты и исследования Земли из космоса поручают сегодня космонавтам, которые стали как бы энциклопедистами-универсалами. Они знакомы с геологией, разбираются в атмосферных явлениях, не чужды им и запросы биологов моря и мелиораторов. Иначе говоря, космонавты сегодня – это «глаза и руки» специалистов, которым они поставляют необходимую информацию.

Кстати сказать, Леонид Кизим и Владимир Соловьев предпочитают другим исследованиям на орбите как раз наблюдения Земли из космоса. «Это кажется нам вполне естественным,– объясняют «Маяки», – ведь наша планета выглядит такой прекрасной и интересной, что от нее трудно оторвать взор». Учитывая эту предрасположенность «Маяков» к такого рода исследованиям, была соответствующим образом составлена научная программа «Маяков» при первом посещении станции «Мир». Тогда, как известно, научная программа была сведена к минимуму, и из большого разнообразия космических исследований нужно было выбирать что-то одно.

При втором посещении станции «Мир» научная программа «Маяков» была расширена, и этому способствовало большое количество научной аппаратуры, которую космонавты должны были переправить в космическом корабле с одной станции на другую. Ведь с окончанием экспедиции «Маяков» заканчивалась и пилотируемая программа научной орбитальной станции «Салют-7». Поэтому Леонид Кизим и Владимир Соловьев, томимо материалов выполненных исследований и экспериментов, загрузили в «Союз Т-15» фотокамеры, спектрометры, медицинские приборы и другое научное оборудование. В том числе «переезду» подлежали полуавтоматическая электрофоретическая установка «Робот», ультразвуковой кардиограф «Аргумент», многозональный спектрометр МКС-М, широкоформатный топографический фотоаппарат КАТЭ-140, видеокомплекс «Нива», технологический прибор «Пион-М», биотермы – всего около 400 кг груза.

И вот начался новый уникальный перелет советских космонавтов с одной орбитальной станции на другую. На этот раз предусматривалось сближение со станцией до расстояния 50 м, после чего в действие вступала автоматика (при первой стыковке автоматическое сближение начиналось с расстояния 200 м). Достигнув нужного расстояния, «Союз Т-15» «завис», а станция «Мир» по командам с Земли стала разворачиваться к нему передним стыковочным узлом, который расположен на переходном отсеке. «Повисите до телевидения», – просит ЦУП. Прошлый раз «Маяки» состыковались со станцией «Мир» раньше расчетного времени, еще до входа в зону телевизионной связи, и поэтому специалисты так и не увидели стыковки корабля с новой станцией.

На этот раз на экранах мониторов в ЦУП появляется изображение станции «Мир» с развернутыми по диагонали из угла в угол панелями солнечных батарей. «Выбираем крен», – докладывает Леонид Кизим. Крылья-панели на экране занимают горизонтальное положение. Станция растет на глазах, она уже не вписывается в прямоугольник телеэкрана. Четко вырисовывается приемный конус стыковочного узла, но и он уходит куда-то вниз, а в центре экрана вырастает крест стыковочной мишени. Изображение на экране вздрогнуло и пошло немного в сторону. «Есть касание!» – сообщается с орбиты.

На следующем витке «Маяки» уже вошли в рабочий отсек станции «Мир». «По сравнению со старой станцией это настоящие хоромы, – говорят «Маяки»,– И все-таки мы грустим по старой станции». Конечно, бытовые условия на станции «Мир» несравненно лучше,. но со станцией «Салют-7» их многое связывает: и рекордный по длительности пилотируемый космический полет, и 50-суточное второе посещение станции, и восемь. выходов в открытый космос. На станции «Салют-7» ими выполнено огромное количество разнообразных исследований и экспериментов по геофизике, астрофизике, материаловедению, технологии, биотехнологии, технике, биологии и медицине.

Научные исследования «Маяки» продолжали и на борту станции «Мир», и, конечно, большое внимание они при этом отводили наблюдениям Земли. С помощью ручных фотокамер и спектрометров Леонид Кизим и Владимир Соловьев проводили съемку различных районов территории Советского Союза. Объектами исследований были районы рудных месторождений в Приморье, геологические структуры Сахалина, окрестностей Душанбе и юга Украины, вулканы Камчатки, ледники Памира и Тянь-Шаня, сельскохозяйственные угодья Казахстана, пустынные пастбища в Туркмении и Калмыцкой АССР, Дальневосточное побережье страны, озеро Байкал, бассейны Каспийского и Аральского морей, отдельные мелководные участки Черного моря.

Доброй традицией стало участие советских космонавтов в аэрокосмических экспериментах Международного целевого комплексного проекта «Изучение динамики геосистем дистанционными методами», в рамках которого уже выполнено два эксперимента – «Гюнеш-84» и «Курск-85». В этих экспериментах участвовали экипажи орбитальной станции «Салют-7» – Владимир Ляхов и Александр Александров в эксперименте «Гюнеш-84», проводившемся на территории Шеки-Закатальского полигона Академии наук Азербайджанской ССР, и Владимир Джанибеков и Виктор Савиных в эксперименте «Курск-85», проводившемся на территории Курского стационара – научно-исследовательского полигона Института географии АН СССР.

Организаторами третьего эксперимента – «Геоэкс-86», проводившегося с 2 по 20 июля 1986 г. с участием Леонида Кизима и Владимира Соловьева, были Институт географии и геоэкологии и Институт космических наук Академии наук ГДР. В качестве объектов исследований выбраны четыре полигона, представляющие собой различные типы геосистем: городская геосистема (Лейпциг), подверженная воздействию химических комбинатов, лесная система (Дюбенер-Хайде) и агротехнические сельскохозяйственные геосистемы (Потсдам и Эберсвальде). При этом особое внимание уделялось изучению состояния сельскохозяйственных культур, лесной растительности и городских зеленых насаждений.

Эксперимент «Геоэкс-86» предусматривал одновременную съемку выбранных полигонов с борта орбитальной станции «Мир» с помощью аппаратуры спутников «Метеор» и «Космос-1602», самолетов-лабораторий, а также выполнялись наземные измерения на тестовых полигонах. В эксперименте также участвовали ученые НРБ, ВНР, ДРВ, Кубы, МНР, ПНР, СССР и ЧССР. Обработка результатов эксперимента будет проводиться в кооперации специалистами всех этих стран-участниц. Комплексный анализ этой информации позволит получить данные по состоянию сельскохозяйственных и урбанизированных геосистем и, в частности, геоэкологического состояния территории полигонов, необходимые при планировании мероприятий по охране окружающей среды. Практическую ценность представляет разработка в последующем оперативной системы контроля сельскохозяйственного производства средствами дистанционного зондирования.

Еще находясь на станции «Салют-7», Леонид Кизим и Владимир Соловьев выполнили предварительные съемки территории ГДР, а, так сказать, чистовую работу по эксперименту «Геоэкс-86» они провели 14 и 15 июля уже с борта станции «Мир». Так, участием в крупном международном эксперименте «Маяки» завершили: научную программу своей орбитальной вахты. 16 июля они покинули станцию «Мир» и в этот же день совершили мягкую посадку северо-восточнее города Аркалыка.

Закончился еще один орбитальный рейс советских; космонавтов. Впервые в мировой практике экипаж в. течение одного полета работал на двух космических станциях, совершал межорбитальные перелеты между ними. Леонид Кизим и Владимир Соловьев первыми прибыли на орбитальную станцию нового поколения к полностью подготовили ее для дальнейшей работы в качестве базового блока будущего сложного научно-исследовательского комплекса со специализированными модулями. Успешно осуществили в открытом космосе отработку методов сборки крупногабаритных конструкций.

На этот раз «Маяки» не установили официальных рекордов, хотя по суммарному времени всех трех своих полетов Леонид Кизим возглавил список космических «долгожителей». Он налетал в космосе 374 сут 17 ч 57 мин 38 с, а второй результат у Владимира Соловьева, совершившего два полета, – 361 сут 22 ч 49 мин 56 с. Однако официальным рекордсменом остается здесь Валерий Рюмин (361 сут 21 ч 31 мин 57 с), поскольку по правилам Международной авиационной федерации для установления нового рекорда необходимо, чтобы прежнее достижение было превышено минимум на 10%.

В заключение рассказа об очередном полете советских космонавтов хотелось бы остановиться еще на одном событии, которое произошло в те дни, когда «Маяки» еще работали на орбите. Добрая воля людей собрала в Москве разных спортсменов планеты, и в программе красочного торжественного открытия Игр доброй воли, состоявшегося на Центральном стадионе им. В. И. Ленина, была и космическая страница. Когда теплая летняя ночь опустилась на московскую землю, над чашей стадиона появились два воздушных аппарата, олицетворяющих собой космические корабли «Союз-19» и «Аполлон». На глазах у зрителей они совершили «стыковку», напоминая тем самым о совместном полете в 1975 г.

Мне выпала честь участвовать в первом международном полете, который осуществлялся по программе «Союз» – «Аполлон». И вот теперь на стадионе советский экипаж корабля «Союз-19», т. е. Алексей Леонов и я, встретился с командиром американского корабля «Аполлон» Томасом Стаффордом, прибывшим по приглашению организаторов Игр доброй воли. Наша сегодняшняя «стыковка» была не менее теплой, чем состоявшаяся в ходе эксперимента «Союз» – «Аполлон», который продемонстрировал широкие возможности сотрудничества СССР и США в мирном освоении космического пространства. И жаль, что есть там, за океаном, желающие перечеркнуть сделанное, повернуть все вспять.

ПРОЕКТ «ВЕГА»: ЗАВЕРШАЮЩИЙ ЭТАП

Проект «Вега» – это один из самых сложных проектов исследований Солнечной системы при помощи космических аппаратов. Он состоял из трех частей: исследования атмосферы и поверхности Венеры при помощи спускаемых аппаратов, изучения динамики атмосферы Венеры посредством аэростатных зондов (эти аэростаты, кстати, были впервые в мире запущены в атмосферу другой планеты), пролета через газопылевую атмосферу (кому) и плазменную оболочку кометы Галлея с проведением широкого комплекса исследований.

Автоматическая межпланетная станция (АМС) «Вега-1» (см. последнюю страницу обложки) стартовала с космодрома Байконур 15 декабря 1984 г. Через 6 сут за ней последовала АМС «Вега-2». Курс вначале был взят на планету Венера, и в июне 1985 г. они друг за другом прошли вблизи Венеры. Перед пролетом планеты от станций отделились спускаемые аппараты, которые вошли на второй космической скорости в атмосферу Венеры, и каждый из них разделился на две части – посадочный аппарат и аэростатный зонд. С помощью посадочного аппарата была проведена серия экспериментов по исследованию атмосферы и поверхности планеты. Аэростатные зонды дрейфовали на высоте около 54 км, и в течение 2 сут их перемещение фиксировалось сетью наземных радиотелескопов. Но самой интересной, несомненно, стала программа исследований кометы Галлея с борта пролетного аппарата (рис. 1).

Рис. 1. Пролетный аппарат АМС «Вега»: 1, 7 – научная аппаратура, 2 – блок баков с двигательной установкой, 3 – остронаправленная антенна, 4 – малонаправленные антенны, 5 – блок приборов астроориентации, 6 – противопылевой экран, 8 – автоматическая стабилизированная платформа, 9 – приборный контейнер, 10 – панели солнечной батареи, 11 – радиатор-охладитель

Утром 12 февраля 1986 г. из Центра дальней космической связи ушли команды на перевод автоматической стабилизированной платформы АМС «Вега-1» из транспортного в рабочее положение. Спустя 3 сут такая же операция была проведена с «Вегой-2». Затем начались работы по наблюдению Юпитера. Их цель – калибровка и юстировка телевизионной системы и проверка ее взаимодействия с платформой.

Работы телевизионной системы по наблюдению Юпитера выполнялись поочередно с каждой АМС в течение нескольких суток. Цветные изображения планеты были получены с удаления примерно 800 млн. км.

Основой созданной совместно специалистами СССР, Венгрии и Франции телевизионной системы являются ее приемники изображения с матрицами советского производства из микроскопических кремниевых фотоэлементов, которые преобразуют видеоинформацию в электрический сигнал, удобный для передачи на Землю. Каждая такая матрица размером 10 × 10 мм содержит около 300 тыс. элементов. А размер каждого элемента составляет 18 × 24 мкм.

Телевизионная система состоит из двух камер – длиннофокусной и короткофокусной (рис. 2). С помощью длиннофокусной можно различать на расстоянии 10 000 км детали размером около 100 м. Короткофокусная, имея разрешение похуже, обладает более широким полем зрения, поэтому она быстрее находит ядро кометы, т. е. самую яркую ее часть, и, выдавая сигналы на поворотную платформу, удерживает его в поле зрения длиннофокусной камеры.

Рис. 2. Телевизионная система АМС «Вега» (вверху – узкоугольная камера высокого разрешения, в центре – широкоугольная камера-датчик наведения, внизу – блок электроники телевизионной системы): 1 – блок детекторов; 2, 3 – блок электроники; 4 – блок детекторов; 5 – объектив; 6 – радиатор; 7 – объектив; 8 – радиатор

В состав телевизионной системы АМС входит микропроцессор, который управляет работой камер: выполняет предварительную обработку изображений, выбирает каналы, фильтры, определяет экспозицию. Поскольку съемка должна была проводиться в нескольких зонах спектра, это давало возможность синтезировать на Земле цветные изображения кометы.

В оптический комплекс, установленный на платформе (рис. 3), помимо телевизионной системы, входят также приборы, которые должны были обеспечивать проведение детальных спектроскопических исследований химического состава различных областей атмосферы (комы) и хвоста кометы. Это трехканальный спектрометр, разработанный и изготовленный кооперацией научных учреждений Болгарии, СССР и Франции, и инфракрасный спектрометр, разработанный и изготовленный во Франции. Испытания инфракрасного спектрометра проводились в СССР совместно французскими и советскими специалистами. Совместно должна была выполняться и интерпретация данных.

Рис. 3. Автоматическая стабилизированная платформы с научной аппаратурой: 1 – электронный блок телевизионной установки, 2 – трехканальный спектрометр, 3 – инфракрасный спектрометр, 4 – аналоговый датчик наведения, 5 – телевизионный датчик наведения, 6 – радиатор-охладитель телевизионного датчика наведения,. 7 – телевизионная узкоугольная камера, 8 – радиатор-охладитель телевизионной узкоугольной камеры, 9 – электронные блоки телевизионной узкоугольной камеры, 10 – блоки охлаждения фотопреобразователей, 11 – блок логики управления автоматической платформой

Одна из важнейших целей этих исследований – поиск первичных, или, как их еще называют, «родительских» молекул. Наземными спектроскопическими измерениями легко определяются молекулы «дочерние», т. е. вторичные. А вот «родительские» молекулы до сих пор ни разу не наблюдались. Дело в том, что при переходе кометного льда из твердого состояния непосредственно в газообразное газ вылетает с поверхности кометы почти со скоростью звука и в районе ядра плотность его очень велика. Поэтому молекулы интенсивно взаимодействуют друг с другом и в них происходят существенные химические изменения. В ходе этих процессов и образуются «дочерние» молекулы.

Именно изучение «родительских» молекул позволяет получить представление о составе первичной газопылевой туманности, из которой образовалась наша планетная система. Оптические исследования газового состава атмосферы кометы должны были дополняться его измерениями при помощи масс-спектрометра нейтрального газа (ИНГ), разработанного в ФРГ при участии специалистов ВНР и СССР.

Кометная атмосфера состоит не только из газовых, но и пылевых частиц. При относительной скорости сближения космического аппарата с кометой почти 80 км/с эта пыль представляет большую опасность. Поэтому пришлось создавать специальные многослойные экраны для защиты космического аппарата от соударений с ними. В то же время очень интересно определить состав этих пылевых частиц. Для этого как раз было решено воспользоваться их большой скоростью. Если на пути такой частицы поставить мишень, то при ударе о нее частица взрывообразно испаряется и превращается в облачко плазмы. Масс-анализатор определит ее состав, а следовательно, и состав ядра кометы, из которого эта частица была вырвана. Такова идея эксперимента ПУМА. Прибор для этих целей был создан совместно специалистами СССР, ФРГ и Франции.

Ряд других приборов предназначался для измерения физических характеристик пылевого потока – числа частиц различной массы, их размеров, плотности. Разные эффекты использовались для этих измерений, в том числе пьезоэлектрический, ионизация и световые вспышки при ударе, изменение светового потока от Солнца при пробивании тонкой пленки. Все эти приборы были разработаны советскими специалистами.

Фотоионизация газа, покидающего ядро, приводит к образованию вокруг него плазменной оболочки (ионосферы), состоящей из ионизованных молекул. Вместе с нейтральным газом ионы движутся со скоростью около 1 км/с, однако это движение подчиняется другим законам. На нейтральный газ не действуют никакие силы, кроме гравитации и светового давления. А на кометные ионы «давит» солнечный ветер. При встрече солнечного ветра с кометной ионосферой должны образовываться ударная волна, усиливаться магнитное поле, возникать волновые процессы, сопровождающиеся электромагнитными колебаниями. В магнитном поле солнечного ветра может происходить ускорение кометных ионов до высоких энергий.

Для исследований этих процессов на АМС «Вега-1» и «Вега-2» были установлены хорошо продуманные комплексы приборов. Один из этих приборов – магнитометр МИША, разработанный австрийскими учеными. Далее, спектрометр кометной плазмы ПЛАЗМАГ, разработанный для исследований концентрации, состава и энергии ионов как солнечного ветра, так и кометной плазмы.

Для обнаружения ионов высоких энергий, ускоренных магнитным полем солнечного ветра, предназначался спектрометр энергичных частиц ТЮНДЕ-М. Два прибора были созданы для регистрации плазменных волн – низкочастотных (ПНР, СССР, ЧССР) и высокочастотных (СССР, Франция). Анализ результатов измерений, проведенных при помощи приборов плазменного комплекса, должен был существенно уточнить представления о сложных явлениях, протекающих при взаимодействии солнечного света с кометой.

Первой к космическому финишу подошла АМС «Вега-1». Рано утром 4 марта 1986 г. на 444-е сутки ее полета начался первый кометный сеанс. Небесную странницу и космический аппарат разделяло в это время около 14 млн. км. Телевизионная камера сделала первый снимок кометы. Но еще долгие для всех, кто в это время находился в ИКИ АН СССР, девять минут радиоволны несли его к Земле, расстояние до которой составляло 171 млн. км. И вот она – комета. На экранах дисплеев она предстала в условных цветах, которые позволяют более отчетливо выделить различные по структуре ее области. Центр, где должно находиться ядро – красное пятно, потом оранжевое кольцо, желтое, зеленое, затем темно-зеленое и, наконец, обширный синий ореол – наиболее разреженная часть головы кометы. Интенсивность окраски зависит от степени отражения солнечного света частицами комы.

Утром 5 марта 1986 г. начался второй кометный сеанс. За сутки «Вега-1» успела преодолеть половину оставшегося до кометы пути, и теперь расстояние до нее составляло 7 млн. км. И вновь комета Галлея предстала на экранах во всем своем великолепии. Меняются время экспозиции, фильтры, что позволяет выявить различные детали изображения, получить набор снимков, каждый из которых наиболее информативен для той или иной цели.

И, наконец, 6 марта – кульминационный день полета АМС «Вега-1». Для того чтобы проследить за динамикой ядра кометы, сеанс связи начинается задолго до минимального сближения с ней космического аппарата. Очень хорошо работает система наведения – комета все время в центре кадра. Четко видна газопылевая оболочка, особенно хорошо она выделяется с солнечной стороны.

Включаются прибор ПУМА, инфракрасный спектрометр, ПЛАЗМАГ. Наблюдаются сильные колебания температуры и плазмы солнечного ветра с периодом 20 – 30 с. За все время полета ничего подобного не было, и неясно, что это – влияние кометы или изменения в самом солнечном ветре. Последующий анализ данных измерений показал, что переход от невозмущенных потоков сравнительно холодной плазмы солнечного ветра к области возмущенной кометной и сильно разогретой плазмы происходит на расстоянии примерно 1 млн. км от ядра. На расстоянии же около 100 тыс. км потоки солнечного ветра полностью останавливаются, встречая некое препятствие, природу которого еще предстояло установить.

Прекрасным индикатором поведения плазмы солнечного ветра и его взаимодействия с кометой были магнитные измерения, которые выполнялись с помощью магнитометра МИША. На расстоянии 10 тыс. км магнитное поле оказалось на порядок больше, чем в свободном солнечном ветре.

Спектрометр энергичных частиц ТЮНДЕ-М зарегистрировал частицы кометного происхождения, попавшие в поток плазмы и приобретшие большую кинетическую энергию.

Что касается нейтральных частиц вокруг ядра кометы, то полученное их распределение соответствовало теоретическим моделям, но концентрация газа оказалась существенно более высокой – на расстоянии 1 млн. км она составила 10 000 частиц в 1 см³.

Хорошие спектры были получены с помощью спектрометра инфракрасного диапазона. Они сразу же показали в центральной части комы наличие двойного весьма горячего источника излучения в области спектра 5,2 – 12 мкм, соответствующего излучению абсолютного черного тела с температурой около 330 К. Протяженность этого источника оценивалась в 5 – 7 км, и он имел неправильную конфигурацию.

Из наземных измерений следовало, что когда космический аппарат будет проходить через кому, он может встретить большое количество частиц диаметром около 0,1 мм и массой в миллионные доли грамма, а с вероятностью 10% попадутся частицы массой в тысячные доли грамма. Соударения с пылевыми частицами начали регистрироваться с расстояния около 750 тыс. км от ядра, и их масса сначала не превышала 10^–13 – 10^–15 г. В целом же потоки пыли оказались по крайней мере в 10 раз ниже, чем ожидалось. Неожиданно много было частиц с массой менее 10^–16 г.

Еще перед наибольшим сближением с ядром, примерно за 160 с до него, поток пылинок стал пульсировать. Причем количество пылинок увеличивалось сразу в десятки раз, достигая 1000 и более ударов в 1 с на 1 дм². Аппарат периодически проходил сквозь области повышенной плотности пыли, разделенные в пространстве расстояниями в 300 – 500 км.

Ближе к ядру были зарегистрированы попадания отдельных частиц с массой более 10^–6 г. После прохождения сквозь кометную пыль солнечные батареи за счет частичного разрушения их элементов почти наполовину уменьшили свою мощность.

При прохождении космического аппарата на минимальном расстоянии от ядра не было видно его точных границ. Возникли даже дискуссии: одни видели одно ядро, другие – два. И это вполне объяснимо. Представьте себе, что вы находитесь в автомашине, которая мчится со скоростью около 40 км/с. Подчеркиваем, не в 1 ч, а именно в 1 с. А навстречу вам с такой же скоростью в клубах пыли несется другой автомобиль, за рулем которого сидит красивая девушка. И вы пытаетесь ее рассмотреть. Схожая задача стояла перед телевизионной системой АМС «Вега-1». Добавьте к этому расстояние между космическим аппаратом и кометой 8889 км (таким оно было в момент наибольшего сближения в 10 ч 20 мин 6 с по московскому времени 6 марта) и камни, которые вылетают из-под колес встречной машины и могут вдребезги разбить ваш автомобиль.

Вывод, к которому предварительно пришли ученые,– в центральной части комы наблюдалось некое образование, неправильной формы, по виду аморфное, с размером по большей оси от 6 до 10 км и с очень низким альбедо. Оно окружено значительным количеством пылевых частиц, своего рода шубой, которая маскирует поверхность ядра. Анализ осложнился еще тем, что из-за своей неправильной формы «ядро» по-разному освещалось Солнцем и возникали струйные истечения пыли. Так это или нет, должны были сказать приборы АМС «Вега-2».

7 марта 1986 г. сеансы связи велись поочередно с АМС «Вега-2», которая приблизилась к комете до расстояния в 14 млн. км, и АМС «Вега-1», которая к этому времени удалилась от ядра на 7 млн. км. Была выполнена практически одновременно съемка кометы и с головы, и с хвоста. А 9 марта 1986 г. наступил кульминационный момент полета и для АМС «Вега-2». Она прошла от ядра кометы на расстоянии в 8030 км в 10 ч 20 мин по московскому времени.

Было известно, что ядро кометы вращается. При этом одна сторона его более активна. Именно с этой активной стороны и пролетела АМС «Вега-1». К АМС «Вега-2» ядро было обращено «спокойной» стороной. И частицы пыли были зарегистрированы на расстоянии более близком к комете, чем в предыдущем полете. Значительно меньшим было и число пылевых выбросов. За 5 мин до наибольшего сближения регистрировалось по несколько частичек в каждую секунду, затем по 20, 30, 50... Приборы нарисовали пик, затем число частиц плавно пошло на убыль.

На более близком расстоянии к комете были зарегистрированы и процессы взаимодействия с ней плазмы солнечного ветра.

Очень интересные результаты получены с помощью трехканального спектрометра. Он начал работать задолго до подлета к комете. С его помощью были получены отличные спектры в видимой и инфракрасной областях. По ним удалось идентифицировать некоторые составляющие кометы, пространственное разрешение которых в центральной части комы никогда не изучалось и не могло быть изучено наземными средствами.

На АМС «Вега-2» съемка ядра кометы выполнялась полным кадром, т. е. в работе участвовали одновременно все примерно 300 000 чувствительных элементов приемника изображения. Это уменьшило общее количество переданных на Землю кадров, но зато были получены фотографии не только ядра, но и околоядерной области до расстояний от 10 до 40 – 50 км. Разрешение снимков при этом нисколько не ухудшилось. В целом же качество изображений, полученных с АМС «Вега-2», было более высоким, чем в предыдущем полете. На снимках, полученных в момент сближения с ядром, довольно отчетливо прослеживались его границы.

Как известно, проект «Вега» являлся звеном более широкой Международной программы исследований кометы Галлея. 8 марта 1986 г. японский космический аппарат «Суйсей» прошел на расстоянии 150 тыс. км от ядра небесной странницы. Его основная задача – исследования кометы в ультрафиолетовом диапазоне длин волн. В этих лучах комета наблюдается как шар с диаметром несколько миллионов километров. Причем форма и размеры его меняются с периодом примерно чуть более 2 сут. Это, очевидно, связано с вращением ядра кометы. Вся программа экспериментов японским аппаратом успешно выполнена. А в ночь с 13 на 14 марта 1986 г. с кометой сблизился и западноевропейский зонд «Джотто». Его наведение осуществлялось по результатам пролета АМС «Вега».

После пролета АМС «Вега-1» ошибка в определении положения кометы была значительно уменьшена. А после пролета АМС «Вега-2», как отметил директор научных программ Западноевропейского космического агентства Р. Бонне, она была доведена буквально до нескольких десятков километров.

По первоначальному соглашению советские ученые должны были передать все необходимые данные в центр управления полетом «Джотто» в Дармштадт (ФРГ) через 48 ч после пролета АМС «Вега-1». Западноевропейские ученые обратились с просьбой выдать данные через 32 ч, и они получили их через 26 ч.

Космический аппарат «Джотто» значительно меньше АМС «Вега», но снабжен более мощной пылевой защитой, позволявшей ему подойти значительно ближе к ядру кометы. Некоторые из научных приборов «Джотто» очень похожи на приборы АМС «Вега». В частности, там имелся пылеударный масс-анализатор (ПУМА), над которым работала та же группа ученых из ФРГ, что и в проекте «Вега». Имелся и комплекс приборов для плазменных исследований. Однако у «Джотто» были проще устроены его «глаза»: нет спектрометров, а система получения изображения основана на принципе механического сканирования – линейка приемных элементов, а набор строк обеспечивается вращением аппарата. Не вдаваясь в подробности научного оснащения «Джотто», отметим, что обе научные программы дополняли друг друга.

Информация «Джотто» поступала вплоть до расстояния порядка чуть более 2000 км от ядра. Затем в результате попадания в аппарат крупной пылевой частицы он перевернулся, связь с ним была потеряна и возобновилась только, когда он уже прошел на минимальном расстоянии от ядра примерно 540 км.

Экспресс-анализ переданных с «Джотто» изображений ядра кометы подтвердил основные его характеристики, найденные по данным АМС «Вега».

Плазменные измерения показали, что магнитное поде исчезает на расстоянии 5000 км и в непосредственной близости от ядра образуется «магнитная полость». Ее существование предсказывалось теорией, и измерения «Джотто» впервые позволили подтвердить это предположение.

Что же можно сказать о результатах выполненных с помощью АМС «Вега-1» и «Вега-2» исследований?

Ученые, занимающиеся обработкой фотографий кометы Галлея, полученных с борта АМС, пришли к выводу, что ядро кометы представляет собой вытянутое монолитное тело неправильной формы. Максимальный размер его вдоль наибольшей оси оценивается в 14 км, а в поперечнике – около 7 км. Форму ядра одни сравнивают с картофелиной, другие – с земляным орехом (арахисом), третьи – с бананом, четвертые – со стоптанным башмаком. Ядро обладает очень низкой отражательной способностью.

Напомним, что до последнего времени существовали три наиболее вероятные гипотезы физической структуры ядра кометы.

Прежде всего модель, описывающая ядро как единое твердое тело, состоящее из конгломерата замерзших газов и каменистого метеоритного материала. По другой гипотезе, ядро – плотный рой различных частиц. Наконец, ядро – это много малых частиц, гравитационно связанных между собой. Гипотеза, что комета – «летающий айсберг», была принята за разработку инженерной модели кометы для проекта «Вега». И она подтвердилась. Двойная или более сложная множественная структура (несколько отдельных тел) почти исключена.

Летучие вещества, льды, определяющие специфику поведения кометы, перемешаны в ядре с тугоплавким материалом, который преобладает в его поверхностном слое. Толщина этого тугоплавкого слоя – от одного до нескольких сантиметров.

Сопоставление изображений, полученных с двух аппаратов, позволило оценить период вращения ядра – один оборот за 50 – 55 ч. Наклонение экватора к плоскости орбиты меньше 15°.

Измерения, выполненные спектрометром инфракрасного излучения, показали, что поверхность ядра горячая – примерно 100°С. Это намного больше, чем предсказывалось для ледяной модели. По мнению ученых, причина столь большой инфракрасной температуры – изолирующий слой поверхностного пористого черного тугоплавкого вещества. Этот слой принимает солнечное излучение, часть его переизлучает в инфракрасном диапазоне, часть передает ледяному конгломерату. Молекулы водяного пара, образующиеся в результате испарения, диффундируют сквозь поры вверх и покидают комету. При этом они увлекают отдельные более мелкие частицы пыли. Поверхностный слой в отдельных местах время от времени взламывается, и тогда образуется активная область с особо мощным истечением вещества.

Заведующий отделом физики планет ИКИ АН СССР профессор В. И. Мороз полагает, что аналогом ядра кометы, разумеется в сильно уменьшенном виде, может считаться мартовский сугроб снега на улице города. Покрывающий его слой грязи может нагреваться в солнечные дни до высоких температур, и в то же время он долгое время сохраняет сугроб от таяния.

Тугоплавкий поверхностный слой ядра кометы очень быстро (примерно за 1 сут) обновляется. Верхние его частицы отрываются и уносятся газом, а снизу прилипают новые. При этом толщина его постепенно должна расти, и в итоге, спустя какое-то время, исчисляемое, по-видимому, десятками и сотнями тысяч лет, комета может потерять свою активность и станет астероидом.

В целом, по данным АМС «Вега-1» и «Вега-2», с поверхности ядра ежесекундно испарялось порядка 40 т воды. Измерения прибором ПЛАЗМАГ показали, что вторым по обилию компонентом является углекислый газ, но есть много и других составляющих – атомных и молекулярных.

Полосы излучения примерно десятка молекулярных компонентов (моноокись и двуокись углерода, гидрооксил, циан и другие) зарегистрированы во внутренней коме при помощи инфракрасного и трехканального спектрометров.

Напомним, что астрономы уже около 100 лет исследуют кометы при помощи спектральных приборов, присоединенных к телескопам. Львиную долю современных представлений о кометах дали именно такие наблюдения. Сначала их проводили при помощи визуальных спектрометров, потом перешли к фотографическим приборам – спектрографам, потом к спектрометрам с фотоэлектрической регистрацией.

В спектрах комет можно было выделить две составляющие – непрерывный спектр и полосы излучения. Непрерывный обусловлен рассеянием солнечного света на микроскопических пылинках, которые присутствуют в коме и в хвосте. Полосы возникают в результате физического процесса, который называется резонансной флуоресценцией. Он состоит в том, что молекулы, а также атомы и ионы поглощают солнечные кванты на длинах волн, соответствующих переходам между характерными для данной молекулы энергетическими состояниями, а через малые доли секунды происходит возврат в исходное состояние с излучением кванта на той же длине волны. В результате, наблюдая спектры, можно получить сведения о количестве различных молекул, атомов и ионов, а также пылевых частиц в разных частях кометы.

Установка спектральных приборов на борту космических аппаратов дает большие преимущества по сравнению с наземными наблюдениями. Измерения выполнялись на близком расстоянии от ядра, прямо внутри комы, что позволяло анализировать излучение из внутренних областей кометы, недоступных для наземных исследований. Использование двух спектральных приборов, или, точнее, комплексов, давало возможность вести исследования в очень широком диапазоне длин волн.

Особый интерес сейчас представляет вопрос, какие из зарегистрированных этими приборами молекулы принадлежат к числу «родительских», т. е. входящих непосредственно в состав ядра. По-видимому, среди них главные – вода и углекислота, но многое указывает и на присутствие в ядре других молекул, в том числе органических.

Что касается полос вторичных молекул, то большинство их было ранее зарегистрировано с Земли. Неожиданным, однако, оказалось мощное излучение гидроксила. Оно не объясняется привычным процессом флуоресценции, о котором рассказывалось выше, а возникает в результате химического возбуждения при разрушении молекул водяного пара. Это излучение наблюдалось впервые.

Отметим, что спектры регистрировались с очень высоким пространственным разрешением – в сотни раз лучшим, чем можно сделать с Земли. Это преимущество при дальнейшем анализе данных позволит, как ожидается, существенно уточнить представления о химических процессах в кометном газе непосредственно вблизи ядра.

Спектр солнечного излучения, рассеянного кометной пылью, был проанализирован совместно с данными пылевых счетчиков, регистрировавших удары частиц. Наилучшее согласие оптических и прямых измерений получается, если принять для частиц плотность существенно (в несколько раз) меньшей единицы. Это означает, что кометные пылинки имеют пористую структуру. Подобные частицы находят на поверхности Земли, и высказывались предположения, что это образцы кометной пыли.

Таким образом, вещество ядра, скорее всего, представляет собой так называемый «клатрат», т. е. обычный водный лед, в кристаллическую решетку которого «вкраплены» другие молекулы. С клатратом перемешаны частицы метеоритного состава, каменистые и металлические. Химический состав таких твердых частиц, которые входили в состав ядра, но покинули его под давлением газовых потоков, измерялся на траектории полета АМС «Вега-1» и «Вега-2» при помощи пылеударного масс-анализатора.

Состав частиц оказался очень сложным и неоднородным. Есть частицы с преобладанием металлов, таких, как натрий, магний, калий, железо, и других, с примесью силикатов. На спектрах масс часто видны пики кислорода и водорода, указывающих на присутствие молекул воды. Наконец, есть пылинки, в которых наряду с металлами присутствует значительное количество углерода. Наличие разнородных пылинок указывает на сложную тепловую историю первичного материала Солнечной системы.

«В результате экспедиции АМС «Вега-2», – отметил научный руководитель проекта академик Р. 3. Сагдеев, – ученые впервые увидели ядро, получили большой объем данных о его составе и физических характеристиках, сделали выбор в пользу одной из теоретических моделей и существенно уточнили ее. Грубая схема заменена картиной реального природного объекта, ранее никогда не наблюдавшегося. Внешне он напоминает спутники Марса Фобос и Деймос, но еще более близким аналогом могут оказаться некоторые малые спутники Сатурна и Урана. Это укладывается в рамки гипотезы, предполагающей, что кометные ядра образовались сравнительно недалеко от Солнца, примерно там, где находятся планеты-гиганты от Юпитера до Нептуна, и были отброшены на большие расстояния при формировании этих планет».

Помимо исследований химического состава пылинок, с борта станций измерялись количественные характеристики пылевого потока – специальные счетчики определяли количество ударов частиц разной массы, их траектории, оценивали распределение частиц по массам в зависимости от расстояния от ядра кометы.

Один из этих счетчиков – он назывался ДУСМА – был создан совместно советскими специалистами и американскими учеными (из Чикагского университета). Научный руководитель эксперимента с американской стороны профессор Дж. Симпсон так образно охарактеризовал чувствительность прибора ДУСМА: «Самые мелкие из регистрируемых кометных пылинок в десять раз меньше частичек сигаретного дыма».

Эксперименты с пылевыми счетчиками показали, что около 1 млн. т пыли покидает кометное ядро ежесуточно. Поток ее неоднороден – он больше над активными областями ядра. Кроме того, имеются эффекты, связанные с различным влиянием светового давления на движение частиц разных масс и размеров. Весьма неожиданным оказался характер распределения частиц по размерам: было обнаружено аномально большое количество малых частиц размером порядка 0,01 мкм.

Как показали измерения, выполненные приборами плазменного комплекса АМС «Вега-1» и «Вега-2», газ, испаряющийся с ядра кометы и распространяющийся в межпланетную среду со скоростью около 1 км/с, в конечном счете полностью ионизируется солнечным излучением. В результате возникает гигантское плазменное образование размером около 1 млн. км, создающее препятствие на пути сверхзвукового потока солнечного ветра. Даже магнитосфера Земли имеет в 10 – 15 раз меньшие размеры.

Перед кометой в сверхзвуковом потоке солнечной плазмы образуется своеобразная ударная волна, непохожая по своей структуре на хорошо изученные ударные волны перед Землей и другими планетами. Прямые измерения плазмы и плазменных волн во внутренней части комы с борта АМС «Вега» помогут понять особенности образования плазмы и излучения газа не только в кометных, но и в ряде других астрофизических объектов, в которых взаимодействие плазм играет большую роль.

Обработка результатов проекта «Венера – комета Галлея» еще далеко не завершена. Вначале каждая группа экспериментаторов работает главным образом со «своим» материалом. Наиболее интересным должен стать детальный перекрестный анализ данных, полученных разными методами – как оптическими наземными, так и прямыми. Ведь одна из главных особенностей нынешних исследований кометы Галлея – широкое и деятельное международное сотрудничество. Здесь и совместное создание приборов, и взаимопомощь при реализации проектов, и общий «банк данных наземных астрономических наблюдений». И все традиции международного сотрудничества, сложившиеся в процессе подготовки и реализации исследований, полностью сохраняются и на стадии обработки данных.

МАРС: РЕЗУЛЬТАТЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

На среднем расстоянии 228 млн. км от Солнца по вытянутой орбите движется Марс. С давних времен астрономы не жалели сил и средств на эту планету. И, пожалуй, ни с одной планетой Солнечной системы не связано столько гипотез – фантастических, дерзновенных и прекрасных, как с Марсом. Еще совсем недавно воображение землян будоражили увлекательные возможности найти мир себе подобных на расстоянии всего несколько десятков миллионов километров – совсем ничтожном в масштабах Вселенной. Более того, отдельные наблюдательные данные, а точнее истолкование этих данных, как будто подтверждали существование такого мира.

Грандиозный бум вызвало «открытие» на Марсе итальянским астрономом Дж. Скиапарелли сети правильных темных линий, названных им каналами. Между прочим, сам он вовсе не утверждал, что каналы имеют искусственное происхождение. Это сделал позже американский астроном Лоуэлл. И все тут же поверили, что эти каналы созданы мыслящими существами. Поверили потому, что хотели верить.

Регулярное с наступлением весны распространение в каждом полушарии Марса «волн потемнения» от полюса к экватору связывали с пробуждением растительности за счет увеличения тепла и влаги.

Обнаруженная аномалия в движении спутников Марса – Фобоса и Деймоса – вызвала к жизни оригинальное предположение, выдвинутое советским астрофизиком членом-корреспондентом АН СССР И. С. Шкловским, об их возможном искусственном происхождении.

Естественно, все это вызывало у общественности огромный интерес; косвенно это привело к тому, что к началу космических исследований Марс был изучен наземными средствами лучше, чем любая другая планета Солнечной системы.

Марс – внешняя относительно Земли планета, наиболее удобная для астрономических исследований, поскольку в этом случае Солнце не только не мешает, а, наоборот, помогает наблюдениям. Каждые 780 сут он сближается с Землей на расстоянии от 55 до 102 млн. км. Условия освещенности Марса в эти периоды наиболее благоприятные для фотографирования. Во время наибольшего сближения – великого противостояния – свет проходит расстояние от Марса до Земли за 3 мин.

Марс сравнительно небольшая планета. Его масса в 10 раз меньше массы Земли. По диаметру он вдвое меньше Земли, но вдвое больше Луны. А вот продолжительность суток почти не отличается от земных (юлианских) – 24 ч 39,5 мин. Очень близка к земной и величина наклона полярной оси к плоскости орбиты – 25° (у Земли 23,5°). Год у Марса немного длиннее – 687 юлианских или 669 марсианских суток.

Марс находится в среднем в полтора раза дальше от Солнца, чем Земля. Поэтому на единицу его поверхности приходится в среднем только 43% той энергии, что получает Земля. Следствием этого являются довольно суровые условия на планете: среднесезонные температуры составляют минус 60°С и сильно изменяются в течение суток.

В телескоп Марс предстает небольшим размытым диском оранжевого цвета, на котором хорошо заметны три типа деталей: протяженные области, за которыми долго сохранялось название «пустыни», более темный экваториальный пояс и белые полярные шапки. Поверхность, как правило, хорошо видна сквозь разреженную атмосферу планеты. Иногда наблюдаются легкие облака – белые, голубые и желтые (пылевые). Конечно, в телескоп можно различить только крупные детали размером не меньше 300 – 600 км: слишком далек от нас Марс.

Новый этап в изучении этой планеты наступил с началом космической эры. Марс стал первой (после Земли) планетой, у которой появились искусственные спутники. Это случилось в конце 1971 г., когда на орбиты вокруг Марса вышли американский «Маринер-9» и советские «Марс-2» и «Марс-3». А еще раньше, в 1965 г., с борта пролетного аппарата «Маринер-4» были открыты «лунные» формы марсианского рельефа. Эти данные были затем дополнены телевизионными изображениями, полученными с пролетных аппаратов «Маринер-6 и -7».

Работа советской станции «Марс-3» у планеты проходила в период исключительно сильной пылевой бури, которая закрыла всю поверхность. Уже давно было замечено, что великие противостояния, когда Марс и Землю разделяют всего 55 млн. км, сопровождаются пылевыми бурями. Но буря такой интенсивности наблюдалась впервые.

Одно из самых интересных явлений, связанных с бурей, – это так называемый антипарниковый эффект. В атмосферу Марса поднимаются сотни миллионов тонн пыли, которая непрозрачна для приходящего и прозрачна для уходящего излучения, что вызывает выстуживание поверхности планеты. Атмосфера при этом, наоборот, быстро разогревается.

Детальное знакомство с поверхностью Марса началось лишь в 1972 г., когда пылевая буря закончилась, и «Маринер-9» смог приступить к фотографированию. Затем в 1974 г. съемку районов, которые были все-таки плохо видны сквозь остаточную пылевую пленку, выполнили с высоким разрешением советские станции «Марс-4» и «Марс-5».

Оказалось, что рельеф Марса различен в разных частях планеты. Наиболее характерные районы Марса – это обширные кратерированные области, пустынные равнины, вулканические зоны и, наконец, районы особого рельефа, которые не укладываются в одну группу. Нет только каналов.

Напомним, что Дж. Скиапарелли «обнаружил» и нанес на карту около 100 каналов – темных полос, которые пересекали сушу и как бы соединяли различные моря. Прямолинейность полос позволила Дж. Скиапарелли сделать вывод, что каналы представляют собой борозды или углубления природного образования, служащие для протока воды. Каналы не оставались неизменными, они расширялись, сужались, раздваивались и вновь соединялись. Все эти особенности каналов он объяснял сезонными климатическими изменениями, приводившими к таянию снега и увеличению или уменьшению стока воды.

Так вот при анализе снимков, переданных с борта станций, каналы обнаружены не были. Что же в таком случае видели земные наблюдатели? Ряд ученых полагает, что каналы Марса – это тектонические долины, возникающие вдоль глубинных разломов. Наибольшая длина этих форм достигает 5000 км, что сопоставимо с крупными линейными зонами разломов Земли. Другие считают, что «эффект каналов Марса» представляет собой не что иное, как восприятие ряда плохо различимых точек или пятен, находящихся на одной прямой, как линии. Обработка марсианских фотографий показала, в частности, хорошую сходимость линий каналов со скоплениями кратеров и зонами тектонических разрушений. Места пересечения каналов, так называемые оазисы, совпадают с участками наибольшей плотности кратеров или разрывных нарушений.

Сейчас каналами принято называть некоторые естественные формы марсианского рельефа. Например, такие, как система узких параллельно расположенных трещин. Они вытянуты в линию и тянутся на огромные расстояния – до 1800 км. Глубина их достигает нескольких сот метров при ширине не более 1 км.

Особое внимание исследователей привлекли формы рельефа, напоминающие земные речные долины. Ведь реки, вода – это возможная жизнь, если не сейчас, то в прошлом.

Кроме форм, сходных с речными долинами, наблюдаются типичные овраги. По своим размерам они не уступают некоторым «речным долинам» Марса и намного превышают земные овраги.

Несмотря на сходство марсианских долин с земными, у них есть и целый ряд различий. Во-первых, если их длина соизмерима с длиной земных рек, то ширина их значительно больше, и сформировались они, по-видимому, без влияния тектоники. Об этом свидетельствует отсутствие террас. Меньше и извилистость марсианских рек, а острова более вытянутые.

Наилучшим образом строение крупных марсианских долин объясняется, если принять, что они образовались внезапно, катастрофически, при прохождении большого количества воды. Это объяснило бы и большую ширину долин, и преобладающую их прямолинейность, и отсутствие террас.

Если принять гипотезу катастрофического образования долин, то возникает вопрос, откуда взялось такое громадное количество воды?

По-видимому, основным ее источником могла быть мерзлота. Причинами же ее таяния могли служить или резкое потепление климата, или излияние магматических расплавов на поверхность в виде вулканической лавы. Но для марсианских долин характерна значительная глубина – 1 – 2 км. По мнению ряда исследователей, углубление русел происходило таким образом: вода могла течь под слоем льда, образовавшегося вследствие того, что замерзание воды на поверхности происходило быстрее, чем ее испарение. В результате этого под ледяным панцирем вода, испытывая высокое давление, могла интенсивно углублять русло.

Дать точный ответ, когда сформировались марсианские долины, т. е. когда текли реки на Марсе, трудно. Ясно, что они моложе кратерированных равнин, в которые они врезаны. Поскольку многие из рек открываются на океанические равнины, а конусы выносов наложены на океанические лавы, следовательно, долины моложе последних. Возраст же океанических равнин и слагающих их пород определен в 1 – 1,5 млн. лет.

В 1973 г. советские автоматические станции впервые выполнили прямые исследования марсианской атмосферы. Давление оказалось равным в среднем 0,005 атм. В среднем, поскольку эта цифра условна: в низинах давление может достигать 10 мбар, а на некоторых горных вершинах менее 1 мбар (1 мбар ≈ 10^–3 атм).

Было установлено, что атмосфера Марса состоит в основном из углекислого газа – 95%. Имеются незначительные количества кислорода, водяного пара и озона. «Марс-6» обнаружил инертный газ аргон.

Предметом научных споров долгое время оставался состав полярных шапок. Их белый цвет позволял предполагать, что они сложены из льда. При этом было известно, что размеры полярных шапок периодически изменяются. Зимой они увеличиваются, летом – уменьшаются. Это объясняли тем, что с наступлением весны лед тает, выделяя воду. Однако в 1969 г. космические станции передали информацию, что полярные шапки состоят не из обычного водного, а из сухого льда – замерзшей углекислоты. Температура материала полярных шапок оказалась очень низкой – минус 125°С, как раз такой, при которой происходит конденсация углекислого газа. Позже, однако, выяснилось, что в состав полярных шапок все-таки входит также некоторое количество обычного льда.

Постепенно с уточнением состава атмосферы стала ясна огромная роль полярных шапок в физике атмосферы планеты. В отличие от Земли, где формирование метеорологических процессов в основном определяется взаимодействием между атмосферой и океаном, на Марсе важнейшее значение имеет сезонный обмен между атмосферой, полярными шапками и грунтом.

Значительную роль в этом обмене должен играть и водяной пар. Содержание воды в атмосфере Марса в среднем в 1000 раз меньше, чем в земной атмосфере, и составляет лишь 10 – 20 мкм осажденной воды, а в полярных районах еще меньше, по крайней мере в 10 раз. Вместе с тем измерения, выполненные с помощью искусственных спутников «Марс-3» и «Марс-5», показали, что в отдельных районах содержание воды может достигать 100 мкм.

Осенью с понижением температуры до минус 73°С происходит вымораживание паров воды из марсианской атмосферы и образование устойчивого снегового покрова, состоящего из водяного льда.

Этот покров распространяется к югу и ложится на поверхность океанической равнины, на песчаные формы, кратеры, однако не перекрывает их полностью в силу своей незначительной мощности – всего доли миллиметра. Зимой при дальнейшем понижении температуры образуется сначала газ гидрат, который при еще более низкой температуре разлагается на твердые углекислоту и воду. При этом выделяется теплота фазового перехода, и температура стабилизируется при минус 125°С. Это минимально возможная температура на поверхности Марса.

Весной при таянии полярной шапки образуются огромные массы углекислого газа, которые выбрасываются в атмосферу и повышают давление над полярной шапкой. Формируются сильнейшие ветры, достигающие скоростей 40 – 70, а иногда и более 100 м/с, они несут большие массы газа в осеннее полушарие. Теперь там идет конденсация. Вероятно, ветрам сопутствуют мощные вихри. Они поднимают с поверхности рыхлого грунта мелкие частицы. С усилением ветра количество пыли поднятой в атмосферу, может стать очень большим. Здесь уже начинает действовать антипарниковый эффект, о котором говорилось выше: пылевые облака перехватывают значительную часть солнечной энергии и температура поверхности падает. Создаются большие местные перепады температур, благодаря которым ветры еще больше усиливаются.

Существует гипотеза о периодическом полном таянии льда полярных шапок. Дело в том, что из-за отсутствия массивного спутника наклонение оси вращения Марса меняется значительно больше, чем у Земли, – от 35 до 15° (в настоящее время оно составляет около 24°) с периодом около 120 тыс. лет. При максимальном наклонении лед на полюсах может полностью растаять, при минимальном – может вымерзнуть значительная часть атмосферы. Соответственно примерно в 10 раз будет изменяться среднее давление.

В ходе полетов автоматических межпланетных станций экспериментально было установлено отсутствие у Марса достаточно сильного магнитного поля, которое могло бы предохранить поверхность планеты от бомбардировки заряженными частицами. Очень разреженная атмосфера, почти сплошь состоящая из углекислого газа, низкие температуры, а теперь еще и отсутствие магнитного поля – все это, безусловно, сильно подорвало позиции сторонников «населенного» Марса. Однако вопрос о жизни на этой планете до сих пор остается открытым. И американские «Викинги», несмотря на комплексный характер экспериментов на посадочных блоках, не смогли дать на него однозначного ответа.

Портативные химические лаборатории обоих аппаратов произвели анализ грунта планеты. Перед ними стояла задача узнать, есть ли в почве Марса микроорганизмы. Для этого необходимо было выяснить три главных вопроса. Первый – происходят ли на планете процессы фотосинтеза, т. е. усвоения углекислого газа на свету? Далее, существует ли обмен веществ – метаболизм? И, наконец, происходит ли газообмен с атмосферой почвенных микроорганизмов?

Вероятность обнаружения жизни, аналогичной земным микроорганизмам, оценивалась не менее 40%.

Работа лабораторий была полностью автоматизирована, и никаких отклонений в их работе не наблюдалось, но результат оказался неоднозначным. Если на первый вопрос ответ был отрицательным, то на второй и третий ответ при желании можно считать положительным, хотя и очень непохожим на то, что ожидалось. Реакции, которые длятся на Земле до двух недель, здесь завершились за 2 сут. Может быть, марсианские микроорганизмы гораздо активнее земных? Или причина кроется в неизвестных химических свойствах грунта планеты?

Но, пожалуй, наиболее сокрушительный удар был нанесен надеждам найти микрофлору. Любая известная нам форма жизни при разложении выделяет органические летучие вещества. Был создан специальный очень высокочувствительный прибор, в котором образец грунта должен был нагреваться, а выходящие из него газовые продукты разложения подвергались затем тщательному анализу. Чувствительность прибора к примесям достигала десятимиллиардных долей. В дополетных испытаниях он обнаруживал в образце земного антарктического грунта массой всего 0,1 г более 20 органических соединений.

После посадки на поверхность Марса был исследован ряд образцов грунта планеты, взятых с глубин от 4 до 6 см. Зарегистрировано выделение сравнительно больших количеств кислорода, водяного пара и углекислого газа. Никаких следов органических соединений не обнаружилось.

И все-таки есть ли жизнь на Марсе?

Вспоминая все, что сегодня известно ученым об этой планете, можно сказать, что даже не имея доказательств существования жизни на Марсе, трудно найти и обосновать причины, по которым ее там не могло бы быть.

Словом, нерешенных проблем и вопросов в понимании природы Марса достаточно. И задача планируемых исследований – ответить хотя бы на некоторые из них.

Что касается спутников Марса, то впервые о них поведал людям в знаменитых «Путешествиях Гулливера» великий английский сатирик Дж. Свифт. В третьем путешествии его герой попадает в страну Лапуту. Лапутянские астрономы «...открыли две маленькие звезды, или два спутника, обращающихся около Марса, из которых ближайший к Марсу удален от центра этой планеты на расстояние, равное трем ее диаметрам, а более отдаленный находится от нее на расстоянии пяти таких же диаметров. Первый совершает свое обращение в течение десяти часов, а второй в течение двадцати одного с половиной часа».

И лишь спустя полтора столетия спутники Марса были открыты американским астрономом А. Холлом. Причем орбиты их мало отличались от предсказанных Дж. Свифтом. «Луны» Марса получили имена Фобос и Деймос (Страх и Ужас). Период обращения Фобоса 7 ч 30 мин, Деймоса – 30 ч 18 мин.

Интересно отметить, что орбиты Фобоса и Деймоса соответственно ниже и выше стационарной орбиты, на которой угловая скорость обращения спутника совпадает с угловой скоростью вращения Марса вокруг собственной оси. Из-за приливного рассеяния энергии Фобос медленно приближается к планете, а Деймос постепенно от нее удаляется.

Из-за малых размеров спутников никакими наблюдениями с Земли не удавалось определить ни их массу, ни размеры. Полагая, что отражательная способность у них такая же, как у Марса, пытались оценивать размеры спутников по блеску. Масса же находилась умножением полученного таким образом объема на среднюю плотность типичных земных пород.

Результаты измерений, выполненных с борта космических аппаратов, показали, что и Фобос и Деймос почти вдвое больше, чем предполагалось. Оба тела имеют нерегулярную и очень темную неровную поверхность, изрытую многочисленными кратерами ударного происхождения. Таким образом, спутники Марса оказались по отношению к нему значительно меньшими, чем наша Луна по отношению к Земле. Но, подобно Луне, Фобос и Деймос всегда обращены к Марсу одной стороной – своей большой осью они постоянно направлены к центру планеты.

Когда с помощью «Викинга» удалось сделать более подробные снимки Фобоса, на нем были обнаружены совершенно неожиданные образования – множество прямых и примерно параллельных борозд шириной 200 – 300 м и глубиной 20 – 30 м. Почти все они начинаются у крупнейшего кратера Стикни, поперечник которого равен 10 км – более трети поперечника самого спутника. Видимо, сильнейший удар при столкновении с крупным метеоритом послужил причиной не только образования кратера, но и растрескивания всего Фобоса.

Масса Фобоса оказалась в полтора раза меньше ожидавшейся, что соответствует средней плотности около 2 г/см³. Следовательно, он не может состоять из плотных, переплавленных вулканическими процессами пород, из которых сложена кора и мантия планет земной группы.

Спектральные наблюдения изменений отражательной способности Фобоса показали, что они имеют такой же характер, как у углистых хондритов – хорошо известного типа метеоритов. Более того, для подобного состава как раз характерна низкая плотность пород.

Деймос, судя по отражательным свойствам поверхности, состоит из того же материала, что и Фобос. Однако рельеф Деймоса иной: поверхность его не изрезана бороздами (нет также ни одного крупного кратера), а многие мелкие кратеры и каменные глыбы полностью или частично засыпаны слоем реголита толщиной в несколько десятков метров.

Неправильная форма марсианских спутников позволяет видеть в них типичные астероиды, в древнейшие времена захваченные Марсом. Напомним, что пояс астероидов, расположенный по соседству, сыграл большую роль в формировании рельефа планеты.

Вследствие малой массы Фобос и Деймос не должны были претерпеть существенных геологических изменений с момента образования Солнечной системы около 4,5 млрд. лет назад и, очевидно, сохранились в состоянии, близком к первоначальному. Реголит (поверхностный слой) под действием солнечного ветра и бомбардировки метеоритами, несомненно, подвергся определенной переработке. Поэтому изучение грунта марсианских спутников даст возможность судить не только об условиях формирования тел Солнечной системы, но и последующей эволюции.

Таким образом, исследования и самого Марса и его спутников представляют чрезвычайно большой интерес для науки. Ответы на многие вопросы, которые планируют «задать» им ученые, помогут лучше познать основы природы Земли, приблизиться к пониманию причин, обусловивших ее уникальность, приведших к возникновению и бурному развитию жизни лишь на одной из семейства планет.

В июле 1988 г. с космодрома Байконур стартуют с интервалом несколько суток два космических аппарата (рис. 1). Сначала они выйдут на орбиту искусственного спутника Земли и уже отсюда направятся к Марсу (рис. 2). Полет будет продолжаться около 200 сут. Расстояние Земля – Марс на момент прилета составит 180 млн. км. Подойдя к планете, космические аппараты перейдут на сильно вытянутую эллиптическую орбиту, расположенную над марсианским экватором. Крайние точки орбиты (рис. 3) будут отстоять от поверхности Марса на несколько тысяч и несколько десятков тысяч километров соответственно (орбита 1). Затем «перигей» орбиты будет увеличен до 9700 км (орбита 2).

Рис. 1. Внешний вид АМС «Фобос»

Рис. 2. Схема перелета АМС «Фобос» на трассе Земля – Марс

Рис. 3. Орбиты АМС «Фобос» около Марса

На промежуточных эллиптических орбитах космические аппараты проработают около 60 сут. После этого они перейдут на круговую орбиту с периодом обращения 8 ч (орбита 3). На этой орбите космические аппараты будут находиться от 35 до 140 сут. Отсюда аппараты начнут «охоту» за Фобосом и будут постепенно приближаться к нему, чтобы рассмотреть его под разными углами на разных расстояниях с максимальным разрешением. В итоге орбита станет круговой, синхронной, с перицентром 9400 км. Именно по этой орбите обращается вокруг Марса его спутник Фобос – одна из главных целей космической миссии. Отсюда и само название проекта «Фобос».

Программой полета предусмотрено проведение телевизионной съемки поверхности Марса с высоким разрешением. Задачами радиометрических и фотометрических измерений станут получение ее температурной карты, изучение суточной и сезонной динамики температурного режима, измерение тепловой инерции грунта, поиск районов вечной мерзлоты, а также участков выделения эндогенного (внутреннего) тепла. Планируется получить данные о минералогическом составе поверхности планеты.

Регистрация гамма-излучения Марса с борта автоматической межпланетной станции «Марс-5» в 1974 г. позволила впервые определить характер марсианских пород в обширном районе экваториального пояса планеты. Целью нового эксперимента станет определение содержания основных породообразующих элементов – магния, алюминия, серы, железа и других, и естественных радиоактивных элементов – урана, тория и калия. Эти данные позволят выяснить характер пород, их химический состав и, следовательно, степень дифференциации пород в процессе их формирования. Сведения о концентрации урана, тория и калия могут использоваться также для изучения тепловой истории Марса.

Проектом предусмотрена серия экспериментов по изучению атмосферы и ионосферы Марса. Планируется, в частности, измерение вертикальных распределений концентраций озона, водного пара, молекулярного кислорода, пыли, вертикальных профилей температуры и давления, сезонных, суточных и локальных вариаций параметров атмосферы и отношения дейтерия к водороду. Методика измерений основана на регистрации спектра солнечного излучения, прошедшего через атмосферу Марса при заходе космического аппарата в тень планеты и выходе из нее (рис. 4).

Рис. 4. Схема проведения эксперимента по исследованию химического состава марсианской атмосферы

Одновременные измерения вертикального профиля озона, водяного пара, температуры и давления дадут полную и исчерпывающую информацию по фотохимии атмосферы Марса, устранят существующую неопределенность в фотохимических моделях и явятся проверкой самосогласованности этих моделей. Будут выявлены основные причины изменчивости отдельных компонентов, и, возможно, удастся получить новые данные о резервах воды на Марсе, ее вертикальном и горизонтальном переносе.

Измерения молекулярного кислорода и углекислого газа дадут важные сведения о динамике газообмена между атмосферой и полярными шапками, о причинах зарождения пылевых бурь.

Определение отношения дейтерия к водороду прольет свет на прошлое планеты и объяснит причину исчезновения жидкой воды на планете.

Исследования ионосферы Марса предполагается проводить методом импульсного радиозондирования. Основная цель эксперимента – исследование структуры так называемой ионопаузы – резкой верхней границы ионосферы и высотного распределения электронной концентрации при различных условиях освещенности Солнцем.

Как известно, концентрация заряженных частиц в ионосфере (любой планеты, в том числе и Марса) сначала возрастает с высотой, достигая своего максимума, а затем падает. Поэтому каждой высоте соответствует своя так называемая плазменная частота, которая зависит от концентрации электронов и определяет условия распространения электромагнитного излучения в ионосфере. Если частота радиосигнала, падающего на слой ионосферной плазмы будет меньше собственной плазменной частоты, то сигнал отражается. Если больше – то он проходит через этот слой.

При изменении частоты посылаемых в ионосферу радиоимпульсов каждый из них будет распространяться в ней до той высоты, на которой его частота окажется равной плазменной частоте. Таким образом, при зондировании ионосферы набором радиоимпульсов с возрастающей частотой они будут последовательно отражаться от различных высотных слоев ионосферы, характеризующихся своей плазменной частотой, равной частоте данного импульса. Разумеется, происходить это будет до тех пор, пока концентрация не начнет спадать, т. е. вплоть до максимума ионизации. Измеряя время распространения каждого очередного импульса до отражающего слоя и обратно, можно получить данные о распределении плазменной частоты по высоте, а следовательно, и о концентрации электронов.

Этот метод исследований положен в основу работы наземных ионосферных станций.

Можно поставить станцию на искусственный спутник и зондировать ионосферу Земли сверху. Подобный эксперимент выполнялся, например, с борта «Интеркосмоса-19». А вот исследования ионосфер других планет таким образом до сих пор не проводились.

В проекте «Фобос» изучение высотного распределения концентрации электронов в ионосфере Марса будет выполняться методом ее зондирования радиоимпульсами с возрастающей частотой с борта космического аппарата при его движении по орбите вокруг планеты.

Исследование марсианской ионосферы важно и само по себе. Кроме того, оно позволит прояснить вопрос о природе магнитного поля Марса. Как известно, межпланетное пространство заполнено солнечным ветром – потоками плазмы, непрерывно испускаемой Солнцем. И все планеты как бы погружены в эту плазму, которая, по сути дела, является средой их существования. Солнечный ветер чрезвычайно разрежен: в одном кубическом сантиметре содержится не более нескольких десятков частиц, и эти частицы не сталкиваются даже друг с другом. Очень мало и магнитное поле солнечного ветра – оно составляет всего лишь десятитысячные доли величины магнитного поля Земли на ее поверхности. Тем не менее планеты заметно реагируют на солнечный ветер. Более того, взаимодействие их атмосфер, ионосфер и собственного магнитного поля с потоками солнечной плазмы составляет очень существенную и совершенно особую область физики планет.

Например, когда солнечный ветер налетает на земное магнитное поле, оно останавливает его довольно далеко от поверхности Земли, в подсолнечной точке на расстоянии примерно в 60 тыс. км. При этом со стороны Солнца магнитное поле нашей планеты оказывается поджатым, а магнитные силовые линии «заметаются» солнечным ветром с дневной стороны на ночную. В результате образуется кометообразная полость – магнитосфера, заполненная собственным магнитным полем Земли. Солнечный ветер в эту полость непосредственна не проникает. Таким образом, ионосфера Земли оказывается защищенной от потоков солнечной плазмы и ведет себя в основном независимо от нее. Основным источником ионизации атмосферы служит наше светило. Следовательно, по мере захода Солнца земная ионосфера будет ослабевать. Область над главным максимумом ионизации начинает сжиматься, а величина концентрации в максимуме и его высота уменьшаются.

На Венере наблюдается противоположная картина. Поскольку эта планета не имеет собственного заметного магнитного поля, две плазмы – солнечная и планетная (т. е. ионосферная) – интенсивно взаимодействуют между собой. Под действием динамического напора потока солнечного ветра ионосфера Венеры оказывается «поджатой» с подсолнечной стороны и имеет резкую верхнюю границу – так называемую ионопаузу. На флангах напор потока солнечного ветра слабее и ионосфера раздувается – верхняя ее граница отходит от планеты и по мере захода Солнца или приближении к терминатору, разделяющему день и ночь, поднимается все выше.

А что происходит у Марса? Есть ли у него собственное магнитное поле?

Анализ результатов измерений, выполненных с помощью советских автоматических станций (на американских аппаратах вообще не было соответствующих приборов), позволил прийти к выводу, что собственное магнитное поле у Марса есть, но очень слабое. По-видимому, оно в десятки тысяч раз слабее, чем у Земли. Поэтому пока не ясно, может ли оно служить таким же экраном от солнечного ветра, как земное поле для нашей планеты.

Если Марс, как и Земля, защищен магнитным полем от солнечного ветра, то его верхняя ионосфера должна вести себя так же (или похожим образом), как земная. Если ионосфера Марса похожа на венерианскую, то, значит, его магнитное поле настолько мало, что солнечный ветер «не ощущает» его присутствия.

В то же время имеются определенные гипотезы о том, как образуются планетарные магнитные поля и как они связаны с внутренним строением планет. Из теории, в частности, следует, что планета, обладающая собственным магнитным полем, должна достаточно быстро вращаться и иметь жидкое ядро.

Близкие значения средних плотностей Венеры, Земли и Марса послужили основанием для создания сходных моделей их внутреннего строения. В таком случае отсутствие собственного магнитного поля у Венеры можно было бы объяснить ее медленным вращением (период вращения Венеры равен примерно 243 сут). На Марсе сутки длятся 24 ч 30 мин 35 с. Вместе с тем его магнитное поле, как уже отмечалось, невелико. Не является ли это свидетельством существенного отличия внутреннего строения Марса? По некоторым представлениям, масса его жидкого ядра не превышает примерно 1% от общей массы планеты. Ученые надеются, что радиолокационное зондирование ионосферы Марса, предусмотренное проектом «Фобос», поможет ответить на этот вопрос.

Проект включает плазменный комплекс, который при подлете к планете и во время орбитального движения аппарата вокруг Марса даст информацию об особенностях его обтекания солнечным ветром и характеристиках магнитосферы.

Первые исследования магнитосферы и ее взаимодействия с солнечным ветром были выполнены в 1971 – 1974 гг. с борта искусственных спутников Марса – «Марс-2», «Марс-3» и «Марс-5». Была обнаружена ударная волна, шлейф магнитосферы, определены ее форма и размеры, получены указания на существование собственного слабого магнитного поля и выявлена горячая плазма планетарного происхождения как в самой магнитосфере, так и в обтекающем потоке. В результате анализа этих данных была заложена основа современных представлений о внешних оболочках Марса и протекающих в околопланетном пространстве процессах.

Однако, поскольку орбиты этих спутников мало соответствовали задачам исследований магнитосферы планеты, а также недостаточности возможностей как по информативности, так и по составу установленной на борту «Марса-2», «Марса-3», «Марса-4» и «Марса-5» научной аппаратуры, эти представления носят весьма ограниченный характер. В то же время очевидно, что ввиду малости собственного магнитного поля планеты взаимодействие солнечного ветра с верхней атмосферой и ионосферой Марса должно играть большую, если не определяющую, роль в магнитосферных процессах.

Из-за отсутствия в прежних экспедициях космических аппаратов к Марсу приборов, измеряющих параметры плазмы в широком угловом и энергетическом? диапазонах, нет данных и об ионном составе и характеристиках различного сорта ионов, знание которых особенно важно для планеты, имеющей, по-видимому, комбинированный характер взаимодействия с солнечным ветром.

В последние годы стало также ясно, что заметного прогресса в понимании физических процессов, происходящих в магнитосферах планет, можно достичь, лишь обладая информацией о функциях распределения заряженных частиц.

Проектом «Фобос» предусмотрены исследования массового состава ионов в магнитосфере Марса, определение моментов функции распределения ионов и электронов в окрестностях планеты, изучение структурных образований и динамики ее магнитосферы. Это будет первый эксперимент, позволяющий получить трехмерную функцию распределения электронов и основных типов ионов в окрестностях Марса и в солнечном ветре.

Методика эксперимента является дальнейшим развитием масс-спектрометрических исследований, выполненных в советско-шведских экспериментах ПРОМИКС. Селекция электронов будет производиться с помощью электростатических анализаторов и магнитных отклоняющих систем.

Одним из основных диагностических методов в исследованиях плазмы, в том числе космической, является изучение плазменных волн. В бесстолковительной плазме волновые явления определяют характер взаимодействия ее частиц. Именно исследования плазменных колебаний в сочетании с измерениями магнитного поля и характеристик плазмы позволяют обеспечить надежную идентификацию процессов в обтекающем планету потоке солнечного ветра и в магнитосферах планет. Более того, исследования плазменных волн позволяют в ряде случаев выделить новые явления, которые не удается обнаружить другими методами измерений. Эта особенность волновой диагностики была, в частности, хорошо продемонстрирована в исследованиях, выполненных вблизи Земли, Венеры, Юпитера и Сатурна.

Одна из возможностей волновой диагностики, отрываемых при исследовании планет с развитой атмосферой, – изучение влияния захвата потоком плазмы планетарных ионов, которые образуются из атомов верхней атмосферы при фотоионизации. Эти процессы могут играть важную роль при образовании ударной волны и магнитосферы Марса.

Планируемый волновой эксперимент имеет две важные особенности. Прежде всего можно будет измерять электрическую компоненту плазменных волн в крайнем низкочастотном диапазоне, где эти волны, как показали измерения с помощью спутника «Прогноз-8», играют определяющую роль в энергетике процессов в плазме. Кроме того, в эксперименте будет применена комбинированная система диагностики с использованием измерений электрического поля и вариаций потока плазмы, что обеспечит надежную идентификацию типов колебаний. Подобные эксперименты ранее вблизи Марса не проводились.

Магнитометрические измерения будут выполняться; двумя близкими по характеристикам феррозондовыми магнитометрами.

С целью комплексного исследования Фобоса программой полета предусматривается приближение космического аппарата к его поверхности на несколько десятков метров и проведение исследований на «бреющем полете» (рис. 5). Контролируя свое положение с помощью двигателей малой тяги, аппарат почти зависнет над поверхностью марсианского спутника. Скорость перемещения не будет превышать 2 м/с. В это время будут выполнены исследования элементного и изотопного состава грунта Фобоса (рис. 6). Маленький участок. его поверхности площадью всего 1 мм² будет освещен лазерным лучом. Благодаря высокой точности его фокусировки, обеспечиваемой бортовым дальномером, плотность энергии в освещенном пятне составит более-10 мВт. При этом пыль, покрывающая поверхность тонким слоем, моментально испарится. Специальный масс-спектрометр определит состав частиц, выброшенных при этом в сторону космического аппарата, по времени их пролета расстояния от поверхности. В течение одного цикла измерений планируется зарегистрировать примерно миллион частиц. «Даже идея использования такой техники столь новаторская, что поражает разум», – заявил один из американских ученых планетологов, ознакомившись с советскими разработками.

Рис. 5. Схема пролета космического аппарата над поверхностью Фобоса

Рис. 6. Схема проведения эксперимента по масс-спектрометрическому анализу состава грунта

Методика другого активного эксперимента, который планируется осуществить, основана на инжекции потока ионов криптона с помощью плазменной пушки. Выбитые им из поверхностного слоя грунта вторичные частицы будут анализироваться по их массовым спектрам, зарегистрированным на борту космического аппарата (рис. 7).

Рис. 7. Схема проведения эксперимента по масс-анализу вторичных ионов

Телевизионная съемка Фобоса будет выполняться одновременно в трех спектральных каналах. Это даст возможность синтезировать затем из черно-белых изображений цветные снимки, на которых можно будет различать детали поверхности с линейными размерами больше 6 см.

Одновременно будет выполняться спектрометрирование снимаемых участков в 14 зонах спектра.

Входящее в состав видеоспектрометрического комплекса запоминающее устройство обеспечит регистрацию 1100 полных кадров (три телевизионных кадра и спектрограмма) с последующим их считыванием для передачи на Землю по радиоканалу.

Изменяя направление поля зрения приборов с помощью поворотного зеркала, можно будет проводить как плановую, так и панорамную съемку, получать изображения Фобоса на фоне звезд. Последнее обстоятельство важно для решения навигационных задач полета. Переданные на Землю изображения и спектрограммы поверхности позволят выполнить физическое картирование Фобоса, составить топографические, спектральных яркостей, структурно-морфологические и другие его карты, осуществить координатную привязку измерений, проведенных другими приборами.

Изучение рельефа, поверхностной структуры и электрофизических характеристик грунта будет также выполняться методом радиозондирования с борта космического аппарата, когда он будет дрейфовать на небольшой высоте над поверхностью Фобоса.

Запланирован эксперимент по изучению теплофизических и отражательных свойств поверхности Фобоса в тепловой и видимой области и исследованию минералогического состава на основе спектров в ближней инфракрасной области. Одна из главных особенностей эксперимента – его комплексный характер. Измерения будут выполняться одновременно комбинированным радиометром (рис. 8) – угловое разрешение 30′, фотометром – угловое разрешение 16′ и инфракрасным спектрометром – угловое разрешение 12′. Спектральные поддиапазоны разделены на 10 частей для фотометра, 128 – для спектрометра и 6 – для радиометра. Для спектрометра предусмотрен сканирующий метод измерений.

Рис. 8. Схема проведения экспериментов по радиометрическим (тепловым) и спектральным измерениям

После того как космический аппарат приблизится к Фобосу на расстояние нескольких десятков метров, от него отделится посадочный зонд – долгоживущая автономная станция, которая начнет медленно «падать» на поверхность. Относительная скорость сближения станции и Фобоса составит несколько метров в секунду. Чтобы посадка была ориентированной, станция после отделения от космического аппарата будет закручиваться вокруг своей продольной оси. После посадки она активно закрепляется на поверхности Фобоса при помощи щупа, заглубляемого пиротехническим зарядом. После закрепления станции производится раскрытие ее элементов конструкции и наведение солнечных батарей и датчиков научной аппаратуры на Солнце.

Основная задача долгоживущей автономной станции (рис. 9) – проведение тех экспериментов на поверхности Фобоса, которые требуют длительных измерений. К ним относятся, например, исследования параметров его движения на орбите.

Рис. 9. Долгоживущая автономная станция

Поскольку спутник Марса имеет малое (по сравнению с космическими аппаратами) отношение «поверхность – масса», влияние негравитационных сил на его движение пренебрежительно мало. Очень слабое воздействие на орбиту Фобоса оказывает и нерегулярность распределения масс внутри Марса. Посадка зонда на поверхность Фобоса и прием методом глобальной радиоинтерферометрии радиосигналов, излучаемых бортовым передатчиком, позволят провести уникальные исследования по механике Солнечной системы, уточнить ряд ее величин.

Прием радиосигналов будет осуществляться 70-метровыми антеннами в Евпатории и Уссурийске и 64-метровой антенной – под Москвой. Кроме того, для приема телеметрической информации с автономной станции вне зоны ее видимости с территории СССР и определения углового положения передатчика относительно квазаров предполагается привлечь к измерениям радиотелескопы, расположенные в Западной Европе, Северной и ЮЖНОЙ Америке, юге Африки и Австралии.

Основную информацию для экспериментов по небесной механике должны обеспечить измерения дальности. Ожидаемая точность этих измерений – около 5 м. Одновременно с сигналами автономной станции будут приниматься радиосигналы орбитального аппарата. Это необходимо для учета влияния среды на распространение сигнала при измерениях дальности.

Длительного времени требуют и исследования либраций Фобоса. Они будут осуществляться при автономных измерениях углового положения Солнца оптическим датчиком и радиоинтерференционных измерениях по сигналам от двух разнесенных по поверхности передатчиков (предполагается, что каждый из космических аппаратов при сближении с Фобосом сбросит на него свою долгоживущую автономную станцию).

И, наконец, еще один длительный эксперимент – регистрация сейсмометром шумов, вызванных гравитационным полем Марса и тепловым расширением пород Фобоса при его переходе от дня к ночи, падением метеоритов.

Другая группа экспериментов, которая будет выполняться автономной станцией, включает в себя исследования элементного состава поверхностного слоя, его структуры и физико-механических характеристик. Основной объем информации по элементному составу будет получен с борта орбитального аппарата дистанционными методами – лазерным зондированием. Прямые измерения на автономной станции важны для калибровки и облегчения интерпретации данных дистанционных измерений. С этой целью на посадочном аппарате устанавливается устройство для измерения ускорений при соударении с поверхностью, рентгенофлюоресцентный спектрометр для определения химического состава поверхностного слоя грунта, пенетрометр для исследования его физико-механических свойств, телевизионная система.

Еще один посадочный зонд (рис. 10) сможет передвигаться по поверхности Фобоса. После посадки и успокоения на поверхности он переводится в рабочее положение с помощью «усов» устройства ориентирования. Затем выполняются научные измерения. Информация передается по радиоканалу на Землю. Завершается цикл работы прыжком аппарата с помощью устройства отталкивания на расстояние до 20 м. После успокоения аппарат готов к повторению цикла работы. Одним из основных приборов этого посадочного аппарата будет устройство для исследования несущей способности, сцепления, сжимаемости и внутреннего трения грунта.

Рис. 10. Посадочный передвигающийся зонд (слева – общий вид, справа – схема работы)

Проектом «Фобос» предусмотрена также большая программа солнечных исследований.

Интерес ученых к изучению физических условий на Солнце обусловлен не только тем, что это – ближайшая к нам типичная звезда (следовательно, наблюдая ее, можно получать информацию о процессах в звездах) и огромная природная лаборатория для плазменных исследований. Потоки солнечного излучения во многом определяют свойства межпланетного пространства и физические условия на поверхности планет и в их атмосферах.

Внеатмосферные исследования Солнца проводятся начиная с запуска самых первых космических аппаратов. Однако до последнего времени они выполнялись в основном с орбиты Земли, т. е. практически из одной точки пространства. Сейчас встала задача и ищутся пути изучения Солнца одновременно с нескольких точек. Определенные возможности в этом отношении представляет проект «Фобос».

После старта по мере удаления космического аппарата от Земли угол у Солнца между направлением на аппарат и на Землю будет увеличиваться от 0° до величин, близких к 180°. При наблюдениях Солнца одновременно с борта космического аппарата, с Земли и околоземных спутников открывается уникальная возможность восстановления трехмерной (стереоскопической) структуры хромосферы и короны (солнечная томография). Когда космический аппарат выйдет на орбиту искусственного спутника Марса, с помощью его бортовой аппаратуры можно будет наблюдать на Солнце процессы, не видимые в это время с Земли. Такой метод наблюдений открывает, в частности, перспективы надежного прогнозирования проявлений солнечной активности.

Исследования электромагнитного излучения Солнца в проекте «Фобос» будут выполняться в широком диапазоне частот – от мягкого ультрафиолетового до жесткого гамма-излучения. Одной из задач исследований станет, в частности, получение изображения Солнца в мягком и ультрамягком рентгеновском и видимом диапазонах, изучение эволюции крупномасштабных структур и получение стереоскопической картины их строения, определение физических условий во вспышках и активных областях, корональных дырах и ярких точках, выяснение механизма трансформации магнитной энергии в нагрев корональной плазмы, ее турбулентные и направленные движения, ускорение электронов.

Исследования будут выполняться с помощью телескопа-коронографа, в блоке датчиков которого имеются три оптических канала. Каждый из них включает фокусирующую оптику, спектральные фильтры и электронную систему на основе матричных твердотельных приемников излучения.

Наблюдения электромагнитного излучения Солнца будут в значительной степени дополнены информацией о корпускулярных потоках – солнечном ветре, быстрых солнечных космических лучах, образующихся во время солнечных вспышек, магнитном поле и волновых процессах в межпланетном пространстве.

Планируются спектрометрические исследования энергетического, массового и зарядового состава солнечного ветра. С этой целью на борту космического аппарата устанавливается специальный высокочувствительный прибор, который сможет накапливать информацию за длительное время. Затем эта информация анализируется бортовой ЭВМ, которая рассчитывает массы и заряды зарегистрированных ионов солнечного ветра. Полученные данные сжимаются и передаются на Землю по телеметрическим каналам.

Для изучения распределений таких основных составляющих солнечного ветра, как протоны и альфа-частицы, будет использоваться спектрометр. Он будет измерять плотность потока, полную скорость, температуру и ее анизотропию (неодинаковость в разных направлениях).

Слежение за активностью Солнца и формирование сигнала, обусловленного рентгеновским излучением солнечной вспышки, будет осуществлять специальный мониторный прибор. Он выдаст команду на наведение с высокой точностью космического аппарата на Солнце и включение аппаратуры солнечного комплекса. Анализ данных, полученных от этого прибора, даст ценную информацию о возможных предвестниках солнечных вспышек.

В проблеме солнечных вспышек в последние годы особое внимание уделяется изучению так называемых ядерных гамма-линий. В отличие от ранее выполненных исследований в проекте «Фобос» с целью существенного улучшения временных и энергетических характеристик впервые применена принципиально новая методика регистрации гамма-всплесков. Ожидаемый темп регистрации – примерно 1 всплеск в сутки. Высокие временные и энергетические характеристики прибора позволят исследовать периодичность и точную временную структуру как солнечных, так и космических гамма-всплесков.

Напомним, что гамма-всплески впервые были обнаружены лишь в начале 70-х годов. История их открытия такова. Вскоре после запрещения ядерных взрывов в атмосфере американцы организовали патрульную службу контроля на спутниках «Вела». Известно, что ядерный взрыв сопровождается мощным импульсом гамма-излучения. И вот детекторы, установленные на патрульных спутниках, зарегистрировали вспышки этого излучения. Вскоре, однако, выяснилось, что вспышки эти имели космическое происхождение. Поражала их яркость, иногда в тысячи раз превосходящая яркость самых сильных из известных стационарных источников. Причем длительность всплесков излучения составляла лишь десятки секунд.

За первые с момента обнаружения 8 лет наблюдения с помощью многих спутников и межпланетных станций было зарегистрировано лишь около 80 всплесков. При этом природа их оставалась абсолютно неясной. А вот в эксперименте «Конус», который проводился на станциях «Венера-11» и «Венера-12», было зарегистрировано сразу 150 гамма-всплесков. Одновременно всплески регистрировались аппаратурой американских и западноевропейских космических аппаратов. Но чувствительность используемой в эксперименте «Конус» аппаратуры была в 30 раз выше, чем любой другой. Совместный анализ результатов всех наблюдений позволил обеспечить точность определения координат источников излучения до долей угловой минуты. Самым удивительным было... отсутствие сколь-нибудь ярких звезд в этих координатах.

Высокая чувствительность аппаратуры плюс прекрасное спектральное разрешение позволило советским ученым прояснить природу источников космических гамма-всплесков. Скорее всего, ими являются нейтронные звезды со сверхсильными магнитными полями.

Как уже отмечалось, исследования гамма-всплесков, предусмотренные проектом «Фобос», существенно отличаются от всех предыдущих и позволят решить важные задачи их изучения.

Еще один интересный эксперимент, связанный с изучением Солнца, имеет целью исследование структуры и динамики его внутреннего строения. В основу эксперимента положено длительное непрерывное измерение с высокой точностью интенсивности солнечного излучения в узких спектральных каналах. Прибор включает в себя три солнечных фотометра с интерференционными фильтрами и датчик положения Солнца. В качестве детекторов излучения используются кремневые диоды.

Наблюдения космических гамма-всплесков и реализацию «солнечной» программы в проекте «Фобос» планируется выполнять в кооперации с программой исследования Солнца западноевропейским внеэклиптическим зондом «Улисс».

Большая база «Фобос» – «Улисс», равная примерно 1 а. е., и наличие третьей «точки» наблюдений в виде советского астрономического спутника «Гранат», который должен будет работать в это время на околоземной орбите, обеспечат точность локализации источников гамма-всплесков порядка 10″.

В разработке научной программы проекта «Фобос», создании комплекса аппаратуры и проведении экспериментов участвуют учреждения, ученые и специалисты Австрии, Болгарии, Венгрии, Германской Демократической Республики, Польши, Советского Союза, Финляндии, Франции, Федеративной Республики Германии, Чехословакии, Швейцарии, Швеции и Европейского космического агентства.

СОВРЕМЕННЫЕ ДОСТИЖЕНИЯ КОСМОНАВТИКИ

Гл. отраслевой редактор Л. А. Ерлыкин. Редактор Е. Ю. Ермаков. Мл. редактор Е. Е. Куликова. Обложка художника А. А. Астрецова. Худож. редактор Т. С. Егорова. Техн. редактор Н. В. Калюжная. Корректор Е. К. Шарикова.

ИБ № 7759

Сдано в набор 23.09.86. Подписано к печати 25.11.86. Т 19365. Формат бумаги 84×108¹/₃₂. Бумага тип. № 2. Гарнитура литературная. Печать высокая. Усл. печ. л. 3,36. Усл. кр.-отт. 3,57. Уч.-изд. л. 3,46. Тираж 31 040 экз. Заказ 2242. Цена 11 коп. Издательство «Знание». 101835, ГСП, Москва, Центр, проезд Серова, д. 4. Индекс заказа 864212.

Типография Всесоюзного общества «Знание». Москва, Центр, Новая пл., д. 3/4.

4-я стр. обложки