Станислав Петрунин - Советско-французское сотрудничество в космосе

С целью избежать этого недостатка наземных наблюдений при проведении эксперимента по программе «Стерео» использовался космический аппарат — автоматическая межпланетная станция «Марс-3». Наличие далеко разнесенных в пространстве двух точек наблюдения (с Земли и с борта станции) позволило получить пространственную (стереоскопическую) картину излучения солнечных радиовсплесков (отсюда и название экспериментов — «Стерео»).

Аппаратура «Стерео-1», установленная на борту автоматической межпланетной станции «Марс-3» (рис. 1), состояла из антенны, предусилителя, приемника, блока памяти и системы сжатия данных. Антенна массой около 600 г, аналогичная телевизионной, была смонтирована на одной из солнечных панелей станции. Принимаемый антенной- сигнал на частоте 169 МГц поступал через предусилитель в приемник. Программа работы автоматической межпланетной станции была составлена таким образом, чтобы аппаратура «Стерео-1» могла функционировать 1 ч в сутки. Одновременно с работой бортовой аппаратуры осуществлялись наземные наблюдения радиоизлучения Солнца на частоте 169 МГц в Нанси (Франция) и в обсерватории Института земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн АН-СССР.

Рис. 1. Советская автоматическая межпланетная станция «Марс-3». Слева, на солнечной панели, видна антенна прибора «Стерео-1».

В связи с тем что информация передавалась на Землю один раз в неделю, научная аппаратура была дополнена блоком памяти французского производства и системой сжатия данных, разработанной советскими учеными. Система сжатия позволила передавать на Землю всю информацию, регистрируемую аппаратурой «Стерео-1», и сыграла существенную роль в конечном успехе эксперимента «Стерео». Так, например, солнечная активность, проявляемая в радиоизлучении на частоте 169 МГц, имеет довольно длительные периоды «спокойствия», и получаемая в это время информация не представляет особого интереса. Использование же системы сжатия позволяло исключать информацию о периодах «спокойствия», и на Землю передавались только данные, касающиеся радиовсплесков.

Занимаясь обработкой и интерпретацией данных эксперимента «Стерео-1», полученных с помощью станции «Марс-3», специалисты обеих стран одновременно подготавливали новую космическую программу радиоастрономических экспериментов — проект «Стерео-5». Может возникнуть вопрос: почему «Стерео-5», ведь он был только вторым в серии экспериментов «Стерео»? Дело в том, что из проектов «Стерео-2, -3, -4 и -5», предложенных учеными, именно последнему было отдано предпочтение.

В окончательном варианте программа эксперимента «Стерео-5» должна была решить следующие задачи:

1) измерение на Земле и на борту межпланетной станции временных сдвигов радиовсплесков Солнца на частотах 30 и 60 МГц с целью изучить направление движения пучков солнечных частиц;

2) исследование направленности радиоизлучения Солнца на частотах 30 и 60 МГц. Вторая задача аналогична той, которая решалась в ходе эксперимента «Стерео-1», но для нового диапазона частот.

В комплект аппаратуры «Стерео-5», входили две антенны (для приема радиоизлучения на частотах 30 и 60 МГц), предусилители и приемник. Так же как и в «Стерео-1», использовались блоки памяти и система сжатия данных. Аппаратура «Стерео-5» была установлена на советских автоматических межпланетных станциях «Марс-6 и -7», стартовавших 5 и 9 августа 1973 г.

Эксперименты «Стерео-1 и -5» позволили получить ценные результаты, касающиеся свойств солнечных радиовсплесков. В частности, измерение направленности дало возможность построить модель нижней короны Солнца, причем эта модель значительно отличается от предложенных ранее моделей со сферической симметрией.

Таким образом, была реализована качественно новая методика изучения структуры солнечной нижней короны — области, исследование которой с помощью наземных методов пока недостаточно эффективно. Причем анализ распространения радиоволн от радиовсплесков основывался на измерениях, выполняемых одновременно с двух точек наблюдения. Как будет видно из дальнейшего, метод стереоскопических наблюдений широко используется советскими и французскими учеными для исследования излучения Солнца и звезд не только в радио-, но и в других диапазонах (гамма-, рентгеновском и т. д.).

Внеатмосферная астрономия.Из рис. 2 с очевидностью следует, что атмосфера Земли пропускает к своей поверхности только малую часть из всего спектра космического электромагнитного излучения. Появление воздушных (баллоны, самолеты), а затем и космических средств дало в руки исследователей мощное орудие для изучения электромагнитного космического излучения во всем спектральном диапазоне, что представляет огромные возможности для решения фундаментальных проблем астрономии. Особенно важно это для ультрафиолетового, гамма- и рентгеновского диапазонов.

Совместные советско-французские эксперименты в этих новейших областях исследований дали интересные результаты, позволившие понять природу многих физических процессов, протекающих во Вселенной.

Ультрафиолетовая астрономия. Советско-французский эксперимент «Галактика», проведенный с помощью аппаратуры, установленной на автоматических станциях «Прогноз-6 и -7», предназначался для изучения галактических источников ультрафиолетового излучения. В состав прибора «Галактика» входит спектрометр с вогнутой дифракционной решеткой ( R = 25 см, 600 штрих/мм, покрытие Al + MgF 2). Спектр в интервале длин волн 100–190 нм получался путем сканирования с шагом 5,3 нм, и за один ход сканирования проводились 14 измерений интенсивности в различных участках спектра. Во время работы приборов на спутниках «Прогноз-6 и -7» было получено около 6000 спектров, в основном излучения области Млечного пути.

Рис. 2. Непрозрачность атмосферы Земли (заштрихованная область) для различных диапазонов длин волн и высоты

Первые результаты показали, что интенсивность излучения атомарного водорода в линии Lα (с длиной волны 121,6 нм) меняется от 170 Рл (в апогее) до 430 Рл (в перигее). [5] 1 релей (Рл) = 10 фотонов/(с см 2 • 4π• ср). Однако в области радиационных поясов Земли (между апогеем и перигеем) эта величина может достигать 1200 Рл. Причем было обнаружено, что средняя величина интенсивности излучения для длины волны 150 нм составляет 1,55 10 –8эрг • с –1• см –2• ср –2. А в области созвездия Рыбы (вне Галактики). Для Млечного пути интенсивность фона почти в 3 раза больше.