Член-корреспондент РАН Л. М. ЗЕЛЕНЫЙ, директор Института космических исследований РАН, Ю. И. ЗАЙЦЕВ, заведующий отделом того же института

В 1965 г. вышло постановление советского правительства об организации в Москве Института космических исследований (ИКИ) головной организации АН СССР по изучению и использованию космического пространства в интересах фундаментальной науки.

Институт возник не на пустом месте. С начала 60-х годов в СССР начались регулярные запуски спутников серии "Космос", первые полеты автоматических межпланетных и лунных станций, разрабатывалась программа высотных магнитосферных космических аппаратов "Прогноз". Эту работу выполняли различные подразделения АН, других ведомств. Объем ее постепенно рос, наметились перспективы новых проектов, что требовало концентрации усилий ученых. Поэтому вполне естественным стало решение об их объединении. Первым директором ИКИ назначили специалиста в области аэромеханики и газовой динамики академика Г. И. Петрова.

Сначала отделы и лаборатории образованного научного центра были разбросаны по всей Москве. Создание же его инфраструктуры развернулось на 14-м километре Старокалужского шоссе - в то время далекой окраине столицы. Первыми сдали в эксплуатацию четыре двухэтажных здания, где разместили дирекцию, административные и вспомогательные службы, некоторые вновь формируемые отделы. А к середине 70-х годов завершилось строительство главного корпуса, затем контрольно-испытательной и летно-испытательной станций - основной лабораторно-стендовой базы ИКИ с уникальным оборудованием, позволяющим проверять бортовую аппаратуру на механические (вибрация, удар, линейные перегрузки), термовакуумные, климатические воздействия, электрическую совместимость и прочность изоляции. По мере развития она стала главным полигоном АН по космическому приборостроению.

В 1967 г. в городе Фрунзе (ныне Бишкек, Кыргызстан) сформировали еще одно крупное подразделение института - Особое конструкторское бюро с опытным производством. После распада СССР оно оказалось за границей, стало акционерным обществом и теперь взаимодействует с ИКИ на договорной основе. В 1978 г. Президиум АН СССР принял решение о создании в городе Таруса (Калужская область) опытного производства приборостроительного профиля. Через 8 лет его преобразовали в Специальное конструкторское бюро космического приборостроения на правах обособленного подразделения института. Такой же статус в городе Евпатория (Крым, Украина) с 1977 г. у Терминальной станции с автоматизированным комплексом обработки и передачи информации при Центре дальней космической связи.

Основные направления работ института - астрофизика высоких энергий и радиоастрономия, изучение планет и малых небесных тел, физика космической плазмы и сол-

стр. 24

нечно-земная физика, дистанционное зондирование Земли, небесная механика и системы управления, оптико-физические исследования, телекоммуникационные сети и системы, космическое приборостроение, а также научно-образовательная деятельность. К этому следует добавить разработку программ космических исследований, создание и испытание комплексов аппаратуры по проектам, принятым РАН, Роскосмосом и включенным в Федеральную космическую программу.

Сотрудники ИКИ участвовали в подготовке отечественных и международных экспериментов, получении и обработке поступающей с космических аппаратов информации. Так, в околоземном пространстве наиболее значимы результаты, полученные в системе солнечный ветер - магнитосфера - ионосфера Земли с помощью высокоапогейных спутников серии "Прогноз". С 1972 по 1983 г. в нашей стране осуществили десять их успешных запусков, тем самым охватив наблюдениями 11-летний цикл активности Солнца*. В итоге накоплен большой объем данных о тесной взаимосвязи происходящих на нем и нашей планете явлений, что показало важность защиты ее атмосферы, биосферы, космических и наземных инженерных систем от выбросов облаков горячей плазмы из солнечной короны.

Новые сведения о плазме в ближнем космосе принесли эксперименты с комплексом приборов, установленных на нескольких орбитальных аппаратах, работающих по единой программе. В 1995 - 2001 гг. с использованием системы "Интербол" детально исследовали физические процессы в земной магнитосфере во время суббурь (локальных возмущений магнитного поля), диссипацию энергии**, запасенной в ее "хвосте", зонах полярных сияний, ионосфере, что позволило впервые разделить пространственные и временные вариации измеряемых параметров. Удалось проследить крупномасштабную динамику возмущений магнитосферы при выбросе больших масс плазмы из внешних областей Солнца, формирование в ней гигантских "магнитных облаков". Причем благодаря продолжительности экспериментов стало возможным наблюдать глобальную перестройку плазменной оболочки Земли в период, когда межпланетное магнитное поле меняет направление с южного на северное.

Проведенные измерения оказали значительное влияние на представления о физике магнитосфер больших планет, процессах на далеких астрофизических объектах. Теперь специалисты, занятые в программе "Интербол", подключились к анализу информации, поступающей со спутника CLUSTER (Европейское космическое агентство), запущенного с помощью российского носителя "Союз-Фрегат"***.

Исследования Венеры и Марса с борта автоматических станций дали удивительные примеры сложившихся там природных комплексов, существенно отличающихся от имеющихся на нашей планете. Совместное их изучение выявило взаимосвязи, специфику формирования каждого и способствовало становлению сравнительной планетологии, от ус-

* См.: Б. М. Кужевский. Объект исследований - Солнце. - Наука в России, 2002, N 4 (прим. ред.).

** Диссипация энергии - переход части энергии упорядоченных процессов (электрического тока, движущегося тела и т.д.) в энергию неупорядоченных процессов, в конечном итоге - в теплоту (прим. ред.).

*** См.: Ю. М. Марков. "Фрегат": скоро в полет. - Наука в России, 1995, N 2 (прим. ред.).

стр. 25

пехов которой будет зависеть понимание подлинных основ происхождения и современного состояния атмосферы Земли*.

Большой вклад в космологию внес беспрецедентный проект "Вега"** по изучению кометы Галлея (и попутно Венеры - впервые в мире с помощью аэростатных зондов). В результате получен большой объем информации о составе ее ядра, физических характеристиках, взаимодействии с солнечным ветром, что позволило нарисовать реальную картину этого космического объекта, ранее детально не исследовавшегося.

Основную задачу проекта "Фобос" (1988 - 1990 гг.) - анализ вещества данного марсианского спутника, к сожалению, выполнить не удалось***. Однако экспедиция собрала больше ценнейших сведении о плазменном окружении Марса, чем предыдущие отечественные. В частности, благодаря впервые проведенным масс-спектрометрическим измерениям определили важную в эволюционном плане интенсивность эрозии кислорода Красной планеты, обнаружили плазменный слой в ее магнитном "хвосте", уточнили процессы ускорения ионов при формировании последнего.

Ученые ИКИ добились значительных успехов и в астрофизических исследованиях. Установленный

* См.: Э. М. Галимов. Перспективы планетоведения. - Наука в России, 2004, N 6 (прим. ред.).

** См.: Е. В. Горчаков, Б. А. Тверской. Космофизика. - Наука в России, 1995, N 6 (прим. ред.).

*** См.: М. А. Лапина. "Фобос" - повод для раздумий. - Наука в СССР, 1990, N 2 (прим. ред.).

стр. 26

на спутнике "Прогноз-9" (июль 1983 - февраль 1984 г.) высокочувствительный радиометр "Реликт" открыл новые возможности решения космологических проблем, связанных со структурой, эволюцией Вселенной, образованием галактик. Свыше 7 лет успешно работала на высокоапогейной орбите обсерватория "Астрон" (запущена в марте 1983 г.) и почти 10 сменившая ее "Гранат" (декабрь 1989 г.). С 1987 г. продолжалась практически непрерывная, вплоть до затопления орбитального комплекса "Мир" эксплуатация обсерватории "Рентген" на модуле "Квант"*. Из полученных с ее помощью результатов наибольший интерес представляют наблюдения сверхновой звезды в Большом Магеллановом облаке.

В "послужном списке" ИКИ немало уникальных методических и приборных разработок по дистанционному зондированию Земли в оптическом и радиодиапазонах. Многие из них внедрены в практику решения научных, хозяйственных и социальных задач. Так, космические радиолокаторы позволили детально изучить различные процессы в Мировом океане, в частности характеристики крупномасштабной части спектра поверхностного волнения, следы разлива нефтепродуктов, направления крупных течений, выполнить первые эксперименты по изучению эффекта анизотропии**, открытого учеными института еще в 1973 г. На счету его коллектива также выявленный механизм генерации крупномасштабных вихревых струк-

* См.: Познавая Вселенную. - Наука в России, 2005, N 3 (прим. ред.).

** Анизотропия - зависимость свойств физических объектов от направления. Характерна, например, для упругих, тепловых, оптических свойств кристаллов (прим. ред.).

стр. 27

тур в воздушной среде с мелкомасштабной спиральной турбулентностью. В настоящее время идет создание базы данных атмосферных вихрей, что позволит развить новые подходы к прогнозу траекторий мощных циклонов на основе их физических предвестников и индикаторов.

В астрофизическом направлении ключевым остается проект "Спектр-Рентген-Гамма" ("Спектр-РГ")*. Его основные задачи - длительные, до нескольких месяцев, наблюдения (координированные с наземными в радио- и оптическом диапазонах длин волн) ряда источников - активных ядер галактик и сверхмассивной черной дыры в центре нашей звездной системы. Необходимые для этого приборы создают при активном сотрудничестве с Великобританией, США, Германией, Италией, Израилем, другими странами.

ИКИ участвует и в работе Международной астрофизической обсерватории "Интеграл"**, функционирующей в том же диапазоне энергий, что и "Спектр-РГ". На орбиту она выведена российской ракетой-носителем "Протон", за что отечественные ученые получают 27% общего наблюдательного времени. Так, благодаря этому сотрудничеству они построили детальную карту центральной области нашей Галактики в гамма-лучах с чувствительностью, существенно превышающей достигнутую прежде***. Кроме того, выявили жесткое рентгеновское излучение от галактического молекулярного облака, находящегося на расстоянии "всего" 300 световых лет от вышеупомянутой сверхмассивной черной дыры. Обнаружена также ранее неизвестная популяция источников гамма-излучения, новый класс космических гамма-всплесков с крайне низкой светимостью, количество которых может оказаться значительным (до сих пор это не удавалось сделать из-за недостаточной чувствительности наблюдательных инструментов). Напрашивается вывод, что на самом деле Вселенная гораздо активнее, чем считалось до сих пор. Единственный национальный проект по исследованию Солнечной системы, включенный в Федеральную космическую программу, - "Фобос-Грунт"****. ИКИ подготавливает его вместе с Институтом геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского РАН, Институтом радиотехники и электроники РАН, Научно-производственным объединением им. С. А. Лавочкина и др. Он предусматривает создание космического аппарата для полета к спутнику Марса - Фобосу (планируемая дата - 2009 г.), взятие и доставку на Землю образца его фунта. На Фобосе же останется долгоживущая станция, которая продолжит его изучение в автоматическом режиме, мониторинг климата самой Красной планеты и околомарсианского пространства.

* См.: Ю. М. Марков. Форум ученых. - Наука в России, 2005, N 1 (прим. ред.).

** См.: Ю. М. Марков. На орбите - "Интеграл". - Наука в России, 2003, N 2 (прим. ред.).

*** См.: А. М. Гальперин, Ю. В. Озеров. Солнечные вспышки гамма-излучения. - Наука в России, 1997, N 4 (прим. ред.).

**** См. статью "От магнитосферы Земли до марсианского спутника" в этом номере журнала (прим. ред.).

стр. 28

Российские ученые активно участвуют в планетных исследованиях и других стран. Так, разработанный в ИКИ нейтронный детектор ХЕНД успешно выполнил одну из основных задач проекта НАСА "Марс-Одиссей" - изучение нейтронного излучения Марса - и до сих пор продолжает измерения на орбите последнего*. С помощью этого отечественного прибора удалось обнаружить огромные запасы воды под его поверхностью и измерить динамику сезонных отложений на ней атмосферной углекислоты.

Весомый вклад внесли сотрудники института и в реализацию экспериментов на американских марсоходах "Спирит", "Оппортьюнити", европейской планетной миссии "Марс-Экспресс"**, задуманной как экспедиция спасения не вышедшего на траекторию полета российского "Марса-96": ее задачи и состав научной аппаратуры "унаследованы" от погибшей станции. Отечественных специалистов привлекли и к новому проекту Европейского космического агентства - "Венус-Экспресс" - полету к Венере с целью изучения ее с орбиты.

Говоря о дальнейших планах международной кооперации по планетным исследованиям, прежде всего надо упомянуть программу НАСА МНЛ-2009 (большой долгоживущий марсоход). Для нее выбрали российский комплекс экспериментов, который позволит локально определять содержание водорода в грунте подобно тому, как это делал вышеуказанный прибор ХЕНД с орбиты. Есть у отечественных специалистов и очень интересные предложения для европейской программы "Пастер" - марсоход для поиска жизни или ее следов, а также для европейской миссии к Меркурию "Бепи Коломбо" - российско-японская камера для исследований тончайшей, скорее условной, атмосферы Меркурия в лучах натрия, нейтронный прибор и анализатор плазмы его магнитосферы.

В области физики космической плазмы и солнечно-земных "отношений" чрезвычайно ценным оказался опыт, накопленный институтом в ходе реализации проекта "Интербол". В итоге ученые ближе подошли к пониманию причинно-следственных связей процессов в ближнем и дальнем межпланетном пространстве, что помогает в разработке основ прогноза космической погоды***. Чем важна данная проблема для нашей планеты? Дело в том, что далеко от нее возникают возмущения, напрямую влияющие на наземные технологические комплексы (снижение точности навигационных систем, нарушения коротковолновой радиосвязи, сбои в линиях электропередачи, системах сигнализации транспортных средств, газопроводов

* См.: И. Г. Митрофанов. Разгадывая марсианские тайны. - Наука в России, 2002, N 6 (прим. ред.).

** См.: М. Г. Литвак, И. Г. Митрофанов. Времена года на Марсе. - Наука в России, 2004, N4 (прим. ред.).

*** Космическая погода - пространственные и временные вариации параметров космоса в зависимости от солнечной активности (прим. ред.).

стр. 29

и т.п.) и еще значительнее - на космические аппараты (отказы электроники, преждевременный сход с орбиты низколетящих спутников и т.д.). Поэтому мониторинг состояния межпланетной среды "здесь и сейчас" становится неотъемлемым условием дальнейшей успешной практической деятельности по ее освоению.

Ключевой элемент прогноза космической погоды - постоянное слежение за солнечным ветром на его пути к Земле, следовательно, соответствующая система должна быть многоуровневой. Так, в ионосфере, на низких орбитах, эту задачу будут решать институтские микроспутники "Чибис", во внутренней магнитосфере и радиационных поясах - подготавливаемые к запуску "Резонанс". Их основная цель - изучение тонкой динамики радиационного пояса, взаимодействия волн и частиц. Еще один спутник разместят на верхнем "этаже" - примерно в 1,5 млн. км от нашей планеты, в точке либрации*, вблизи линии Солнце-Земля, вдоль которой движутся рождаемые светилом опасные "магнитные облака". Такое расположение космического аппарата обеспечит высоконадежный прогноз магнитных бурь за 1 - 2 ч до начала.

Для получения более раннего предупреждения (без снижения его точности) земного "посланца" необходимо "отодвинуть" еще дальше. В ИКИ разработан проект "Клиппер", предполагающий разместить группу микроспутников в 3 - 4 млн. км от нашей планеты. На каждом планируется установить "парус" из тонкой металлизированной пленки, чтобы силой давления на них света компенсировать избыточное (по сравнению с точкой либрации) притяжение Солнца. Это позволит стабилизировать космические аппараты в определенной точке пространства, а при необходимости подвести еще ближе к исследуемому объекту, что даст дополнительное время для принятия на Земле мер в случае регистрации ими прохождения "магнитного облака".

На более отдаленную перспективу рассчитан подготавливаемый ИКИ совместно с Институтом земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн РАН и Научно-производственным объединением им. С. А. Лавочкина проект "Интер-гелиозонд" - изучение с близкого расстояния светила, а в качестве дополнительной задачи - Меркурия. Космический аппарат туда планируется направить с использованием гравитационного маневра близ Венеры, причем сначала его орбиту с расстоянием до Солнца порядка 60 его радиусов (42 млн. км), а затем 30.

* В точке либрации небесное тело, движущееся под влиянием притяжения двух других значительной массы (в данном случае - Земли и Солнца), может находиться в состоянии относительного равновесия по отношению к ним (прим. ред.).

стр. 30

Тогда появится возможность отслеживать одни и те же детали его поверхности в течение длительного времени (примерно 7 сут). Кстати, с помощью специальных двигателей малой тяги станет реальным изменить наклонение орбиты зонда и "заглянуть" в невидимые с Земли полярные области Солнца.

Другие перспективные проекты - многоспутниковый "Рой" (английское название - Swarm-F) для тонких измерений в критических областях магнитосферы, "Полярно-эклиптический патруль" для глобального обзора Солнца с целью прогноза и контроля космической погоды, "Лунная тень" для ежемесячных наблюдений затмений с борта космического аппарата - пока находятся в начальной стадии.

С участием института составлена достаточно обширная программа исследований на Международной космической станции, запланированных на 2007 - 2009 гг. и позже. В их числе несколько экспериментов по изучению плазменно-волновых процессов взаимодействия сверхбольших аппаратов с ионосферой, экологический мониторинг низкочастотного электромагнитного излучения антропогенного характера и связанного с глобальными природными катаклизмами. Одна из основных задач этих изысканий - селекция потоков энергии, поступающих в ионосферу "снизу" (с Земли) на фоне воздействия "сверху" (солнечного), призванная существенно повысить эффективность прогнозов космической погоды.

На Международную космическую станцию планируется доставить российский широкоугольный рентгеновский телескоп СПИН-Х для регулярного обзора Галактики (83% сферы) в жестком рентгеновском диапазоне и бортовой телескоп нейтронов БТН-2 для наблюдения соответствующей компоненты радиационного фона внутри самой станции, нейтронного альбедо Земли и регистрации солнечных вспышек и космических гамма-всплесков. Его детектирующим элементом станет запасной летный прибор ХЕНД. А сопоставление измерений последнего с данными, предоставленными его "двойником", работающим на околомарсианской орбите, позволит получить данные по радиационной безопасности будущих пилотируемых полетов к Марсу.

Основная цель еще одного проекта для Международной космической станции - наблюдения с ее борта атмосфер планет. Для этого идет работа над специализированной обсерваторией с телескопом умеренных размеров (главное зеркало диаметром 400 мм), приемной аппаратурой, действующей в широком спектральном диапазоне. Задача эксперимента с романтичным названием РУСАЛКА (прозаическая расшифровка - ручной спектральный анализатор компонентов атмосферы) - отработка методики определения содержания углекислого газа и метана в воздушном пространстве Земли. До сих пор подобные исследования с космических аппаратов не проводили.

Сегодняшний день ИКИ РАН - внушительный объем работ по обеспечению Федеральной космической программы, 26 темам на основе базового бюджетного финансирования, 35 - по линии Российского фонда фундаментальный исследований, 10 - по зарубежным грантам и т.д. Словом, в год своего юбилея коллектив смотрит в будущее с оптимизмом. Хочется верить, что новые результаты работ российских ученых станут достойным вкладом в познание космоса и нашего места в нем.

Постоянный адрес данной публикации: