Научно-исследовательские спутники Земли, СССР

Первые полеты спутников привели к открытию новых, неизвестных до тех пор науке радиационных поясов Земли. Это — две зоны, наполненные интенсивными потоками заряженных частиц, весьма сложные как по своей природе, так и по строению. Естественно, они привлекали к себе самое пристальное внимание ученых, вызвали у них большой интерес.

Для комплексного изучения вновь открытых образований потребовалось создание специальной космической системы из нескольких спутников, выводимых на существенно различные орбиты. Первая такая система была создана 30 января 1964 года, когда на орбиты ИСЗ одной ракетой-носителем были выведены сразу две научные станции — «Электрон-1» и «Электрон-2», разработанные КБ С.П. Королева. Высота орбиты в апогее первого из них составила 7100 км, второго — 68 200 км. Спутники должны были проводить одновременно изучение внутреннего и внешнего радиационных поясов и связанных с ними физических явлений.

Выведение сразу двух спутников на разные орбиты — технически сложная задача. Трудности состоят в том, что отделение первого ИСЗ должно производиться во время работы последней, ступени ракеты-носителя, продолжающей полет и после отделения. При этом возникающие после этой операции возмущения не должны повлиять на работу системы управления и точность выведения второго спутника, а сам он не должен попасть под огненные струи работающего двигателя. Эти проблемы были решены: конструкторы создали специальную реактивную систему, которая могла отделить «Электрон-1» со строго заданной скоростью и практически без всяких возмущений.

+ Щелкните по фото, чтобы увеличить!

На рисунке изображен (вверху) «Электрон-1» (в двух проекциях). Рядом — схема спутника. Цифрами обозначены: 1. Герметический корпус. 2. Жалюзи системы терморегулирования. 3. Солнечные батареи. 4. Антенны. 5. Детекторы микрометеоров. 6. Прибор для регистрации корпускулярного излучения. 7. Масс-спектрометр. 8. Детектор протонов. 9. Прибор для изучения энергетического спектра электронов радиационного пояса.

Внизу показан «Электрон-2» (в двух проекциях). Рядом — схема спутника. Цифрами обозначены: 1. Герметический корпус. 2. Жалюзи системы терморегулирования. 3. Солнечные батареи. 4. Антенны. 5. Магнитометры. 6. Датчики солнечной ориентации. 7. Сферический анализатор для изучения энергетического спектра частиц малой энергии. 8. Прибор для изучения химического состава космических лучей. 9. Прибор для изучения энергетического спектра электронов радиационного пояса. 10. Масс-спектрометр.

Внешне «Электрон-1» и «Электрон-2» отличаются друг от друга. Так, если солнечные батареи второго жестко закреплены на внешней поверхности корпуса, то у первого их панели крепятся на штангах и во время выведения находятся в сложенном положении, раскрываясь лишь после отделения ИСЗ. Основная аппаратура спутников размещена внутри герметичных корпусов. Это приборы радио-телеметрической системы с запоминающим устройством, радиопередатчик «Маяк», агрегаты системы терморегулирования, химические буферные батареи, часть научной аппаратуры для регистрации частиц достаточно высоких энергий.

Снаружи, кроме солнечных батарей, находятся антенны, часть научной аппаратуры, датчики солнечной ориентации и вращающиеся жалюзи системы терморегулирования.

Как уже говорилось, основной задачей спутников было изучение радиационных поясов Земли. Для этого на обоих ИСЗ была установлена идентичная научная аппаратура для измерения электронов и протонов различных энергий. Полученные данные позволили ученым нарисовать пространственную картину поясов.

Частицы, обладающие незначительной энергией, не могут проникать внутрь корпуса, поэтому на его наружной поверхности для их регистрации были установлены детекторы излучений. Регистрация частиц еще меньших энергий на «Электроне-2» производилась так называемым сферическим анализатором, позволявшим «улавливать» частицы, начиная от ста электрон-вольт (для сравнения скажем, что внутренняя аппаратура ИСЗ регистрировала электроны, обладающие энергией свыше 2 млн. электрон-вольт, протоны с энергией больше 30 млн. электрон-вольт и фотоны с энергией больше 50 килоэлектрон-вольт). На спутнике «Электрон-1» частицы малых энергий регистрировались специальным счетчиком в комбинации с ускорительной трубкой.

Движение частиц в радиационных поясах определяется прежде всего магнитным полем Земли, поэтому сведения о поясах должны дополнять данные и о магнитных полях. Для регистрации полей на «Электроне-2» установили 2 магнитометра различной чувствительности. Один из них мерил слабые магнитные поля, другой, менее чувствительный, измерял достаточно интенсивное магнитное поле.

На спутниках были установлены и масс-спектрометры для изучения химического состава верхних слоев атмосферы. «Электрон-1» был оснащен приборами, регистрирующими микрометеоры и рентгеновское излучение Солнца, а на «Электроне-2», который выходил за пределы магнитного поля Земли, разместили приборы для изучения космических лучей. Кроме того, на этих ИСЗ регистрировались идущие из космоса радиоволны с длиной 200 и 400 м, для которых земная атмосфера — непреодолимая преграда.

Исследования, начатые первыми «Электронами», были продолжены на спутниках «Электрон-3» и «Электрон-4», появившихся в космосе 11 июля 1964 года.

В потоке космических лучей, которыми пронизано мировое пространство, имеются частицы (протоны и атомные ядра элементов), обладающие такими энергиями — в сотни тысяч и даже миллиарды миллиардов электрон-вольт, которые не могут быть получены на Земле даже на самых мощных ускорителях. И конечно, для ученых очень заманчивой была идея послать в космос приборы, способные регистрировать такие сверхэнергичные частицы. Изучение природы частиц, их взаимных связей и превращений — основная задача новой науки — физики элементарных частиц, которая ищет наиболее элементарные «кирпичики» материи.

В Советском Союзе была создана новая мощная ракета-носитель, с помощью которой на орбиты была выведена серия тяжелых научных станций «Протон» для исследования частиц сверхвысоких энергий. Первая из них, «Протон-1», весом 12,2 т была запущена 16 июля 1965 года.

Внутри герметичного корпуса станции была размещена научная аппаратура, электро- и радиооборудование, аппаратура системы индикации станции в пространстве, агрегаты системы терморегулирования и телеметрическая аппаратура. Корпус «Протона-1» с внешней стороны был закрыт теплоизоляцией. Снаружи к нему крепились раскрывающиеся панели солнечных батарей, чувствительные датчики системы индикации станции в пространстве, антенны, газовые сопла и баллоны системы демпфирования (выбор колебаний объекта).

На станции была установлена уникальная научная аппаратура для изучения солнечных космических лучей и их радиационной опасности, для исследования энергетического спектра и химического состава частиц первичных космических лучей, взаимодействия космических частиц сверхвысоких энергий, определения абсолютной интенсивности и энергетического спектра электронов галактического происхождения и гамма-лучей Галактики.

На «Протоне-1» впервые непосредственно был измерен энергетический спектр первичных частиц космических лучей до энергий в 100 000 млрд, электрон-вольт, были получены неожиданные результаты об аномально большой интенсивности потоков электронов высокой энергии (в сотни миллионов электрон-вольт в окрестностях Земли). Любопытно и то, что до запуска этой станции совместными усилиями советских и зарубежных ученых было зарегистрировано в первичных космических лучах всего несколько ядер с зарядом порядка 40 единиц.

Запуск «Протона-2», осуществленный 2 ноября 1965 года, прежде всего преследовал цель проверки и уточнения тех новых и во многом неожиданных результатов, которые были получены на первой станции. Дальнейшие исследования были продолжены «Протоном-3» и «Протоном-4».

Кроме этих двух серий специализированных научных спутников Земли, в Советском Союзе создана и успешно работает серия спутников «Прогноз» — солнечных лабораторий, постоянно следящих за нашей звездой.

Марина Марченко, инженер

Под редакцией:

члена-корреспондента АН СССР, лауреата Ленинской премии Бориса Раушенбаха;

летчика-космонавта СССР, дважды Героя Советского Союза, кандидата технических наук Валерия Кубасова;

кандидата технических наук, лауреата Ленинской премии Глеба Максимова.

***