Станислав Петрунин - Советско-французское сотрудничество в космосе

Сочетание многочисленных наземных наблюдений и спутниковых измерений позволило построить пространственную и временную картину магнитосферных процессов, определить с большой точностью начальные (не измененные верхней атмосферой) энергетические и угловые распределения вторгающихся в атмосферу протонов.

Орбиты спутников «Ореол», в частности, наклонения орбит (~ 74°), были выбраны так, чтобы спутники пересекали дневной полярный касп — область прямого вторжения плазмы в полярную ионосферу Земли. В частности, было показано, что районы пересечения каспа спутниками группируются около полуденного меридиана на широтах около 78°. Это означает, что приполуденная область в форме некоторого пятна с размерами 200 × 500 км более легко проходима протонами переходного слоя, чем другие области. Однако измерения, проведенные в экспериментах «Аркад-1 и -2», показали, что иногда спутники пересекали полярную шапку, но не встречали протонов нужных характеристик, т. е., другими словами, дневной полярный касп не представляет собой непрерывной щели, а обладает некоторой «рваной» или «пятнистой» структурой. [6] Более подробно об этом см.: Ю. И. Гальперин. Полярные сияния в магнитосфере. М., «Знание», 1975.

Интересные научные результаты экспериментов «Аркад», полученные с помощью спутников «Ореол» (рис. 6) и «Ореол-2», послужили дополнительным стимулом к продолжению спутниковых исследований магнитосферы. В настоящее время ученые обеих стран подготавливают новый комплексный эксперимент — «Аркад-3», планируемый на начало 80-х годов.

Результаты исследований, проведенных с помощью спутника «Ореол-2», также использовались в комплексном советско-французском эксперименте «Самбо». Цель этого эксперимента — определить пространственные и временные характеристики процессов в полярной ионосфере. Решение поставленной задачи требует, с одной стороны, проведения одновременных измерений во многих точках пространства с помощью приборов с близкими характеристиками, с другой — непрерывности и длительности таких измерений в выбранной области пространства.

Рис. 6. Общий вид советского спутника «Ореол»

Главной составной частью эксперимента «Самбо» был запуск высотных аэростатов французского производства с советской и французской научной аппаратурой для изучения тормозного рентгеновского излучения, характеристик электрического поля, свечения полярных сияний. Отсюда и название эксперимента «Самбо» — Синхронные Авроральные Множественные Баллонные Обсерватории. Баллоны запускали с полигона Кируна (Швеция). Несомые ветрами, которые в зимнее время имеют преимущественное направление «запад — восток», аэростаты двигались на высотах 30–40 км над территориями Швеции, Финляндии, Советского Союза. Протяженность их полета составляла около 2000 км. Телеметрическая информация с научной аппаратуры аэростатов принималась сетью наземных телеметрических станций, расположенных вдоль побережья Ледовитого океана — Кируна, Апатиты, Шойна, Нарьян-Мар, Халмер-Ю (Амдерма).

Кроме того, к проведению данного эксперимента были приурочены запуски с о. Хейса двух советских метеорологических ракет МР-12 с аппаратурой для измерения электрического поля. Измерения потоков электронов и протонов различных энергий проводились приборами спутников «Ореол-2» и «Интеркосмос-10».

Программа исследований по эксперименту «Самбо» включала в себя несколько этапов. Первый из них проводился в начале 1974 г., второй — в начале 1979 г. В результате эксперимента «Самбо» получен большой объем данных о процессах входа авроральных частиц в ионосферу в магнитоактивные периоды.

Особую роль в структуре земной магнитосферы играют силовые линии магнитного поля Земли. Все возмущения, связанные с взаимодействием заряженных частиц (электронов, протонов и других) с электромагнитным полем, распространяются вдоль магнитных линий. Поэтому исследования, проводимые в разных, достаточно удаленных точках одной силовой линии, в частности в точках пересечения силовой линии с земной поверхностью на севере и на юге, представляют особый интерес.

Сотрудничество советских и французских ученых по изучению геофизических явлений в подобной паре точек — Архангельская область в Северном полушарии и о. Кергелен (Индийский океан) в Южном полушарии — было начато еще в 1961 г. В основном проводились фотометрические наблюдения полярных сияний, а с 1964 г. — исследования короткопериодических вариаций магнитного поля Земли и излучений очень низких энергий. Развитие советско-французского сотрудничества в области космических исследований, стимулированное соответствующим межправительственным соглашением 1966 г., позволило расширить исследования в магнитосопряженных районах, сделать эти исследования комплексными, привлечь в качестве технических средств как воздушные, так и космические аппараты.

В ходе советско-французского эксперимента «Омега», проведенного в сопряженных районах Архангельская область — о. Кергелен в 1968–1971 гг., был осуществлен широкий спектр измерений различных физических параметров: магнитных вариаций и излучений очень низкой энергии, высотных распределений характеристик ионосферы, степени поглощения в ней волн, интенсивности тормозного рентгеновского излучения. Проект «Омега» был реализован с помощью большой сети наземных пунктов и многочисленных аэростатов-баллонов с французской и советской аппаратурой, запускаемых одновременно в Южном и Северном полушариях.

Другим, очень существенным экспериментом, проведенным в данных магнитосопряженных районах, был эксперимент «Аракс», проведенный в начале 1975 г. Он относится к так называемым «активным» исследованиям. [7] Более подробно об этих исследованиях см.: И. М. Подгорный. Активные эксперименты в космосе. М., «Знание», 1974.

Цель эксперимента «Аракс» состояла в изучении процессов в магнитосфере и ионосфере Земли, сопровождающих искусственную инжекцию электронов и плазменной струи. Для реализации проекта с о. Кергелен были запущены две французские ракеты «Эридан» с советским ускорителем электронов и на высотах 150–200 км в околоземное пространство инжектировалась струя электронов.

На ракетах был установлен комплекс приборов для детектирования заряженных частиц и волн, которые регистрировались также и наземными приборами. Пуск первой ракеты был произведен в направлении на север, вдоль магнитного меридиана. При этом изучались процессы, связанные с искусственным полярным сиянием, а также результаты взаимодействия волн и частиц. Во время пуска второй ракеты, который был осуществлен на геомагнитный восток, изучался азимутальный дрейф электронов и электрическое поле Земли.