Космическая «птичка» продолжает полёт

Первый спутник, запущенный в нашей стране 56 лет назад, 4 октября 1957 года, весил 80 кг. В дальнейшем масса космических аппаратов в основном наращивалась. Однако в последние годы интерес к небольшим спутникам возрос.

Космический эксперимент «Микроспутник» начался 25 января 2012 года при участии специалистов РКК «Энергия» и космонавтов О. Кононенко и А. Шкапёрова. Именно тогда микроспутник «Чибис-М» вышел из транспортно-пускового контейнера, отделился от орбитальной станции «Прогресс М-13М» и отправился в свободный полёт. Микроспутник обращается вокруг Земли по круговой орбите высотой около 500 км. За время работы на околоземной орбите спутник передал десятки гигабайт научной информации, главным образом о состоянии земной атмосферы.

В 1991 году при исследовании космических источников гамма-лучей – нейтронных звёзд и сверхновых – были обнаружены мощные миллисекундные гамма-вспышки, идущие со стороны Земли. Было ясно, что они связаны с грозовыми явлениям в верхних слоях атмосферы, и входят в комплекс явлений, именуемых «космической погодой». Однако механизм их возникновения был не вполне ясен, и новое явление потребовало детального исследования с очень высоким разрешением по времени. Для этого разработали комплекс многопрофильных научных приборов с малой массой и с небольшой потребляемой мощностью. Впервые в практике фундаментальных космических исследований он был создан в ИКИ РАН.

Комплекс научной аппаратуры, предназначенный для регистрации физических процессов, связанных с грозовыми разрядами в атмосфере Земли, смонтированный на микроспутнике «Чибис-М», включает рентген-гамма детектор и ультрафиолетовый детектор с диапазоном регистрации спектра от 180 – 400 нм (УФ) до 650 – 800 нм (ИК). Эти детекторы созданы в Научно-исследовательском институте ядерной физики им. Д. В. Скобельцина (НИИЯФ МГУ).  На борту микроспутника установлен радиочастотный анализатор и цифровая фотокамера с разрешением 300 м и частотой экспозиций 15 кадров/с, созданные в ИКИ РАН. Магнитно-волновой комплекс для диапазона частот 100 – 40 000 Гц, включающий индукционный магнитометр и два комбинированных волновых зонда, созданы в ЛЦ ИКИ НАН и НКА Украины, процессор спектрального анализа ПСА, разработанный в Bl Electronics, Венгрия. Все перечисленные устройства представляют собой отдельные блоки единого научного прибора – комплекса «Гроза». Его масса – 10,8 кг.

Служебная аппаратура включает в себя систему электропитания, навигационную аппаратуру по системе GPS – ГЛОНАСС, систему ориентации с солнечными датчиками и магнитометром (точность определения до 2° по углу), устройства, обеспечивающие развороты станции по трём осям и её стабилизацию. Её масса 12, 6 кг. Сама конструкция с системой терморегулирования имеет массу 16,6 кг.

Магнитно-волновой комплекс предназначен для исследования вариаций плазменно-волновых процессов, происходящих в ионосфере под влиянием грозовой активности, и в системе литосфера – атмосфера – ионосфера – магнитосфера. Результаты измерения электромагнитных излучений с помощью комплекса показали, что наибольшая их интенсивность наблюдается в приполярных областях.

Значительный интерес представляют исследования так называемых атмосфериков (или просто сфериков) – электрических сигналов, создаваемых радиоволнами, которые генерируют разряды молний. На всей Земле вблизи поверхности ежесекундно происходит около 100 грозовых разрядов. Каждый разряд имеет две стадии, различающиеся силой тока – предразряд, излучающий короткие, средние и длинные волны, и основной разряд, генерирующий сверхдлинные радиоволны.

Спектр атмосфериков определяется напряжённостью магнитного поля и концентрацией заряженных частиц (электронов и ионов) вдоль траектории спутника, он включает частоты от сотен герц до 20 – 30 кГц. Анализ спектра позволил рассчитать распределение концентрации электронов до высот порядка 30 тыс. км и обнаружить особенности их распределения.

Ещё одна задача комплекса «Гроза» – исследование физического явления, предсказанного в ФИАНе: пробоя на убегающих электронах. Он происходит в слабых электрических полях и требует для своего запуска пролёта частиц высокой энергии. Они порождают широкие атмосферные ливни (ШАЛы) с большим количеством электронов высокой энергии. Их движение в электрическом поле грозы порождает на высотах 10 – 20 км мощные гамма- и радиоимпульсы.

Несколько десятков сеансов связи со спутником проведены по заданию зарубежных участников проекта (Украина, Венгрия). В настоящее время ведутся работы по скоординированным наблюдениям электромагнитных излучений сверхнизкого диапазона орбитальной аппаратурой и наземными станциями. По оценкам разработчиков, «Чибис-М» сможет успешно работать до 2016 года.

Фото ИКИ РАН.