«Чибис» готовится изучать грозовые разряды
В космосе успешно проводит тестовые испытания микроспутник «Чибис-М», созданный специально для наблюдения за физическими процессами во время грозовых разрядов и проверки выдвинутой теории.
25 января 2012 г. выведен на рабочую орбиту российский микроспутник «Чибис-М», предназначеный для исследования из космоса грозовых разрядов в земной атмосфере. Это первый микроспутник на специальной платформе «Чибис», разработанной в Институте космических исследований РАН.
Сначала корабль «Прогресс М-13М» доставил «Чибиса» в транспортно-пусковом контейнере на борт Международной космической станции. Это произошло 2 ноября 2011 г. После отстыковки от МКС 24 января «Прогресс М-13М», используя дополнительное топливо, поднялся на более высокую орбиту 500 км, где по телекоманде на корабль микроспутник «Чибис-М» самостоятельно «вышел» из контейнера и начал автономный полет.
Управление аппаратом производится с двух пунктов — наземного комплекса в Калуге и дистанционно управляемого из Калуги наземного комплекса в Красноярске, разнесенных на расстояние около 4000 км (по условиям радиовидимости покрывается практически вся территория России). Благодаря этому можно проводить в сутки по 8 сеансов работы со спутником.
По данным Института космических исследований РАН, сейчас проводятся технологические испытания приборов и систем спутника: в последних сеансах были проведены работы по управлению системой ориентации и стабилизации аппарата, а также пробное включение части научной аппаратуры и испытания радиоканала скоростной передачи научных данных. По результатам обработки принимаемой служебной телеметрической информации температурный режим и напряжение бортовой сети находятся в пределах допустимых значений.
Земные грозы, несмотря на высокую частоту проявлений, – явление в полной мере не изученное. Большим сюрпризом для исследователей стал тот факт, что во время разрядов молний происходят вспышки гамма-излучения. Такие вспышки впервые в 1994 г. зарегистрировал спутник BATSE (космическая гамма-обсерватория Compton, НАСА). Явление получило название «атмосферный гамма-всплеск» (TGF - Terrestrial Gamma-Flash). Положение гамма-всплесков на карте Земли хорошо совпадает с теми районами, где особенно часто происходят грозы.
Попытка объяснить гамма-всплески привела физиков из Физического института им. П.Н. Лебедева РАН во главе с академиком Александром Гуревичем к так называемой модели пробоя на убегающих электронах. В общем виде она выглядит так. Если к системе приложить значительное электрическое поле, то столкновения будут не в силах остановить электроны, которые начнут свободно ускоряться. Ударяясь о молекулы среды, они станут лавинообразно высвобождать другие высокоэнергичные электроны. Так возникает пробой.
В случае грозы, согласно теории, на грозовом облаке, заряженном отрицательными ионами, образуется электрический заряд — относительно медленные электроны под действием электрического поля облака ускоряются до высоких энергий. Дальше, ударяясь о молекулы среды, эти ускоренные или убегающие электроны лавинообразно высвобождают другие высокоэнергичные электроны, что приводит к пробою и генерации мощных импульсов радио-, ультрафиолетового и гамма-излучения. По направлению «вниз», к Земле, гамма-излучение поглощает атмосфера, но по направлению «вверх», в космос, оно проходит свободнее и может быть зарегистрировано приборами, устанавливаемыми на космических аппаратах.
«Работа этого спутника — существенный шаг вперед в изучении грозовых разрядов, который, как мы надеемся, поможет жестко связать наблюдаемые излучения с определенными типами грозовых событий, — говорит участник группы А.В. Гуревича, член-корреспондент РАН, доктор физ.-мат. наук и главный научный сотрудник ФИАН Кирилл Зыбин. — В настоящее время такой жесткой привязки нет, было зарегистрировано только несколько корреляций по времени, а нужна четкая локализация явлений. Как мы предполагаем, за гамма-всплески ответственны столкновения электронов с ионами воздуха. С одной стороны, получается, чтобы произвести гамма-излучение, воздух должен быть достаточно плотным. А с другой — если воздух будет сильно плотным, то излучение просто не выйдет. В связи с этим важно понять, где находится источник разряда, и «Чибис» обладает всей необходимой для этого техникой».
Проект и конструкция микроспутника создана в Институте космических исследований РАН, а комплекс научной аппаратуры разработан консорциумом из нескольких групп ученых из ИКИ РАН, ФИАН, НИИЯФ МГУ, ЛЦ ИКИ НАНУ НКАУ (Львовский центр Института космических исследований Национальной академии наук Украины и Национального космического агентства Украины) и Университета им. Ло́ранда Э́твёша (Венгрия). Приставка «микро» означает, что масса спутника не превышает 100 кг. И, действительно, «Чибис-М» на Земле весит около 40 кг, из которых примерно треть уходит на комплекс научной аппаратуры «Гроза». Впервые на одном спутнике установлен комплекс приборов, «перекрывающих» диапазон от гамма- до радиоизлучения. В столь широком спектре электромагнитных излучений грозовые разряды будут исследоваться впервые. Ученые хотят «увидеть» как можно большее число процессов, происходящих при грозовом разряде. В уникальный комплекс «Гроза» входят детекторы рентгеновского, гамма-, ультрафиолетового и радиоизлучения (30-50 МГц), генерируемые при грозовом разряде на высоте 13-20 км. В него входят и приборы для изучения плазменных колебаний. Чтобы понять, сопровождаются ли эти излучения вспышками молний, «Грозу» оснастили цифровой фотокамерой.
Официальный сайт проекта — www.chibis.cosmos.ru, проследить траекторию движения спутника в реальном времени можно здесь: www.chibis.cosmos.ru/trajectory.
На снимке — положение микроспутника на 15 февраля 2012; за спутником наблюдают в Калуге, Тарусе, Красноярске, Будапеште и местечке Панска Вес в Чехии (Panska Ves Ionospheric and Telemetric Observatory).
