Эта статья является кандидатом в хорошие статьи

Интершок (космический проект)

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Прогноз-10
Интершок, Интеркосмос-23
Макет аппарата серии «Прогноз»
Макет аппарата серии «Прогноз»
Производитель Союз Советских Социалистических Республик НПО им. С.А. Лавочкина
Задачи Исследования головной ударной волны и магнитопаузы
Спутник Земли
Стартовая площадка Союз Советских Социалистических Республик Байконур
Ракета-носитель «Молния-М»
Запуск 26 апреля 1985 года
Сход с орбиты 12 января 1994 года
NSSDC ID 1985-033A
SCN 15661
Технические характеристики
Платформа СО-М
Масса 933 кг
Источники питания Солнечные батареи
Ориентация Солнечная
Срок активного существования 200 суток
Элементы орбиты
Тип орбиты Высокоэллиптическая
Наклонение 65°
Период обращения 96 час
Апоцентр 200 000 км
Перицентр 400 км
Commons-logo.svg Медиафайлы на Викискладе

Интершо́к — совместный советско-чехословацкий космический эксперимент, выполнявшийся по программе международного сотрудничества «Интеркосмос» на космическом аппарате «Прогноз-10» («Интеркосмос-23»). Целью проекта «Интершок» было детальное изучение структуры и характеристик ударной волны и магнитопаузы, возникающих при взаимодействии солнечного ветра с магнитосферой Земли.

Спутник «Прогноз-10» с набором научной аппаратуры по проекту «Интершок» был запущен с космодрома Байконур ракетой-носителем «Молния-М» 26 апреля 1985 года. Последние данные с аппарата получены 11 ноября 1985 года. В эксперименте «Интершок» были получены уникальные научные данные, существенно расширившие представления о магнитосфере Земли и солнечно-земных связях.

Предыстория проекта[править | править код]

Структура магнитосферы Земли

В исследованиях космического пространства, проводимых на первых автоматических межпланетных станциях и искусственных спутниках, удалявшихся на расстояние более 100 000 км от Земли, была обнаружено новое явление — бесстолкновительная ударная волна[1][2], отделяющая солнечный ветер от магнитосферы[3]. Гипотеза о существовании ударных волн такого типа впервые была выдвинута в 1959 году Р. З. Сагдеевым (впоследствии — академик и директор ИКИ РАН)[4]. Возникающий на границе магнитосферы и ударной волны токовый слой, называемый магнитопаузой, разделяет магнитосферу, где действует магнитное поле Земли, и межпланетную среду. Положение ударной волны и магнитопаузы в пространстве, определяемые балансом динамического давления солнечного ветра и магнитного давления магнитосферы, непрерывно изменяются в зависимости от текущих параметров солнечного ветра[5].

В конце 1960-х — начале 1970-х годов эксперименты по изучению ударной волны и магнитопаузы проводились на различных космических аппаратах, в частности в международных экспериментах на советских спутниках семейства «Прогноз», запускавшихся на орбиты с апогеем 200 000 км для изучения солнечной радиации и околоземного пространства[6]. В то же время ряд существенных вопросов физики околоземной ударной волны и механизмов происходящих в ней явлений оставались невыясненными[7]. Для их систематического детального исследования в 1974—1975 годах в рамках программы «Интеркосмос» начались работы по проекту космического эксперимента, в котором всё установленное на спутнике оборудование предназначалось для выполнения одной задачи, а данные со всех научных приборов поступали в единый специализированный бортовой компьютер сбора и обработки информации. Этот проект получил название «Интершок»[3].

Ключевыми моментами при подготовке проекта «Интершок» были: обеспечение методов разносторонней диагностики явлений в космической плазме; достижение максимально возможного временно́го разрешения (англ.) при измерениях; измерение основных типов волновых излучений[7]. Научная аппаратура для эксперимента «Интершок» разрабатывалась в ИКИ РАН, на Математико-физическом факультете Пражского университета, в научных организациях Польши, Венгрии, ГДР и Болгарии. Для отработки методов определения границ ударной волны на спутнике «Прогноз-8», запущенном в конце 1980-го года, были выведены разработанные ИКИ РАН и Пражским университетом приборы «Монитор» для быстрого измерения распределения плотности ионов и «БУД» для измерения КНЧ-колебаний электрического поля и потока плазмы[8].

Космический аппарат проекта «Интершок»[править | править код]

Images.png Внешние изображения
Image-silk.png «Прогноз-10» с установленным комплексом научной аппаратуры на испытаниях (ИКИ РАН)

Для осуществления проекта «Интершок» был выбран космический аппарат типа СО-М «Прогноз». Научно-исследовательские спутники «Прогноз», разработанные в НПО имени С. А. Лавочкина для исследования солнечной радиации и околоземного пространства, позволяли в широких пределах изменять состав установленной научной аппаратуры в соответствии с проводимыми в полёте экспериментами. Эти спутники запускались на высокоэллитические орбиты c апогеем 200 000 км и периодом обращения около четырёх суток, что обеспечивало в ходе полёта многократное пересечение околоземной ударной волны и позволяло измерять и сравнивать характеристики процессов как в самой волне, так и в магнитосфере и в невозмущенном межпланетном пространстве[7][9]. Аппарат для проекта «Интершок», как и предыдущие в серии, был построен по документации и под наблюдением НПО им. С. А. Лавочкина на московском машиностроительном заводе «Вымпел». Научная аппаратура перед установкой на спутник проходила комплексную отработку в ИКИ РАН, что позволило сократить сроки заводских испытаний[10].

Спутник, запущенный носителем «Молния-М» с Байконура 26 апреля 1985 года для проведения эксперимента «Интершок»[11], в рамках серии получил обозначение «Прогноз-10», а по программе «Интеркосмос» — «Интеркосмос-23»[12][13]. Он был выведен на орбиту с апогеем 200 000 км, перигеем 400 км, наклонением 65° и периодом обращения 96 часов[14]. Работа с «Прогнозом-10» и приём научных данных продолжались до ноября 1985 года[13]. Спутник сошёл с орбиты и прекратил своё существование в январе 1994 года[15].

Конструкция[править | править код]

Cпутники серии «Прогноз» (заводское обозначение «СО-М», «Солнечный Объект, Модернизированный»), предназначенные для изучения солнечной активности, околоземного пространства и астрофизических исследований, были выполнены в виде герметичного цилиндрического контейнера диаметром 150 см и высотой 120 см, закрытого полусферическими днищами. На днище устанавливалась рама с датчиками системы ориентации, антеннами радиотехнического комплекса и научными датчиками. На цилиндрической части корпуса размещались микродвигатели ориентации и запас сжатого газа для них, научные приборы и четыре панели солнечных батарей с размахом 6 метров и общей площадью 7 м², на их концах находились штанга магнитометра, измерительные приборы и антенны научной аппаратуры[16]. Внутри герметичного корпуса, где поддерживался постоянный тепловой режим, были размещены аккумуляторы, научная аппаратура, приборы радиотехнического комплекса и системы ориентации спутника. С помощью газореактивных микродвигателей аппарат ориентировался осью на Солнце, стабилизация положения в пространстве обеспечивалась вращением вокруг направленной на Солнце оси[17]. Конструкция спутников позволяла без проведения дополнительных испытаний всего аппарата изменять состав устанавливаемых приборов и решать в каждом полёте новые научные задачи[18]. Cпутники «Прогноз» имели бортовое запоминающее устройство, позволяющее накапливать информацию и передавать её на Землю во время очередного сеанса связи[19].

Полезная нагрузка[править | править код]

Масса аппарата составляла 933 кг, полезной нагрузки — 125 кг. На спутнике были установлены следующие инструменты, созданные кооперацией научных учреждений СССР, ЧССР, ПНР, ВНР, ГДР и НРБ[13][17]:

  • БИФРАМ — комплекс плазменных спектрометров для проведения измерений энергетических спектров и угловых распределений заряженных частиц в 64 каналах со скоростью до 16-ти функций распределения в секунду. Такое быстродействие было уникальным на момент создания комплекса и не было превзойдено и в последующие годы[3];
  • БУД-ВАР — анализатор низкочастотных флуктуаций электрического и магнитного полей и потока ионов плазмы;
  • ЭНЧУВ (энергичные частицы на ударной волне) — комплекс, включавший энергоспектрометры протонов, ионов и электронов, а также прибор для измерения изотопного состава ядер;
  • СГ-76 — трёхкомпонентный магнитометр;
  • РФ-2П — рентгеновский фотометр для измерения всплесков солнечного излучения;
  • АКР-2М — анализатор километрового радиоизлучения для измерения солнечных радио-всплесков, а также излучения в магнитосфере Земли;
  • БРОД — перепрограммируемая бортовая вычислительная машина, предназначенная для выработки признака пересечения ударной волны и организации режимов быстрого опроса приборов, содержала стековую память для записи предыстории события;
  • ОРИОН — информационная система для регистрации и запоминания данных.

Информационное обеспечение эксперимента «Интершок»[править | править код]

Проблемой при создании комплекса научной аппаратуры спутника была необходимость обеспечить скоростное считывание и передачу больших объёмов информации. Каждое пересечение ударной волны длилось от десятка секунд до нескольких минут, за это время требовалось провести все измерения с максимальным пространственным и временны́м разрешением и собрать данные для передачи на наземные станции. Предсказать момент пересечения было невозможно из-за постоянно меняющейся в космосе обстановки, а объём бортовой памяти телеметрической системы аппарата позволял хранить только несколько минут измерений требуемого разрешения, что исключало их непрерывную запись. Для записи и передачи научной информации в эксперименте «Интершок» были созданы комплексы ОРИОН и БРОД. Первая в мировой практике специализированная бортовая вычислительная машина для научных исследований БРОД была разработана чешскими специалистами. БРОД непрерывно опрашивала измерительные приборы аппарата и записывала данные в собственную стековую память[20]. В «дежурном» режиме, если фоновые данные не изменялись в пределах заданого разброса, они периодически переносились в память телеметрической системы аппарата с очисткой стека. При обнаружении по специально разработанному специалистами ИКИ РАН алгоритму признаков пересечения ударной волны запускался режим скоростной записи данных в память ОРИОНа вместе с хранящейся в стеке предысторией события[21]. В сеансах связи, длящихся 2-3 часа, передавались данные, сохранённые в системе ОРИОН, а в случае прогнозируемого во время сеанса связи пересечения ударной волны применялся режим прямой передачи БРОДа с быстрым опросом большинства измеряемых параметров. Для части приборов в режиме прямой передачи использовалась штатная система телеметрии спутника[7][8]. На каждом четырёхсуточном витке проводилось от 2 до 5 сеансов связи[22].

Управление аппаратом «Прогоноз-10» и приём данных телеметрии проводились средствами НИП-10, расположенного недалеко от Симферополя[10]. Управление системой БРОД осуществлялось из чешской обсерватории Панска Вес (чешск.) по отдельному радиоканалу. Для оперативного анализа получаемой информации и быстрого принятия решений по управлению экспериментом в ИКИ РАН была создана постоянно действующая оперативная группа. Для оперативного управления принимаемыми данными использовался установленный в ИКИ РАН компьютерный терминал М-6000, а для обработки полученных данных — ЭВМ серии ЕС, установленные в Москве и Праге и соединенные линией связи[23]. В ходе полёта из-за сбоя в работе магнитометра возникла необходимость скорректировать алгоритм определения момента пересечения ударной волны. Необходимые изменения в алгоритм были внесены специалистами ИКИ РАН, чешскими специалистами была произведено перепрограммирование системы БРОД во время полёта. Взаимодействие специалистов на станции управления полётом, в Москве и в Праге во время этой операции и синхронизация их действий происходили по телефонной связи[20].

Результаты проекта[править | править код]

Проект «Интершок» был одним из первых широкомасштабных экспериментальных исследований в области солнечно-земной физики. Для него был разработан большой набор новой диагностической аппаратуры, часть которой имела уникальные характеристики. Впервые для анализа информации со всех научных инструментов и управления её сбором на борту аппарата использовался специально созданный компьютер. Многократная регистрация сильной околоземной волны и более слабых межпланетных ударных волн во время полёта спутника «Прогноз-10» позволила исследовать связь их характеристик с параметрами солнечного ветра. В результате проведенных экспериментов зарегистрирована тонкая структура фронта ударной волны, состоящая из нескольких выраженных последовательных областей с различным распределением энергий и направлений ионов[7][9].

С помощью комплекса приборов БИФРАМ при пересечении ударной волны удалось получить энергетические спектры этого явления с очень высоким разрешением. Наилучший результат составлял 0,64 сек при измерении по 64-м каналам. Впоследствии подобные результаты были получены только в 2000-х годах в европейском эксперименте Cluster II (англ.). По данным эксперимента «Интершок» была построена новая модель, описывающая положение ударной волны и магнитопаузы с учётом воздействия межпланетного магнитного поля. Позже эта модель была уточнена с учётом результатов экспериментов на спутниках «Geotail (англ.)», «IMP-8 (англ.)», «Интербол-1» и «Магион-4», «Cluster II (англ.)»[24]. Проведенные исследования способствовали утверждению взгляда на космическую плазму как среду, динамика которой определяется не только входящими в её состав ионами и электронами, но и широким спектром присущих ей волновых движений[9].

В ходе работ по проекту «Интершок» возникла идея следующего космического эксперимента, в котором должно было проводиться комплексное исследование процессов во внешних и внутренних областях магнитосферы и их связи с солнечными явлениями и межпланетным магнитным полем. Обработка результатов эксперимента «Интершок» привела к пониманию необходимости многоточечных измерений, проводимых одновременно в различных точках пространства и позволяющих различать временны́е и пространственные вариации изучаемых явлений. Воплощением этих идей стал реализованный в 1990-х годах международный проект «Интербол»[25], дальнейшее изучение магнитосферы многоспутниковыми системами было продолжено в программах «Cluster II (англ.)» (ESA) и «THEMIS» (NASA)[26].

Примечания[править | править код]

  1. С.А. Каплан. Ударные волны в космосе. Астронет. ГАИШ. Дата обращения: 20 мая 2021.
  2. В.Д. Шапиро. Бесстолкновительные ударные волны. Астронет. ГАИШ. Дата обращения: 20 мая 2021.
  3. 1 2 3 Обратный отсчет…2, 2010, Приборы для изучения солнечного ветра и параметров магнитосферы Земли, с. 137—139.
  4. М.К. Романовский. Термоядерные исследования в ИАЭ им. И.В. Курчатова в 1958-1962 гг. // Вопросы атомной науки и техники : журнал. — 2004. — № 4. — С. 80. — ISSN 0202-3822.
  5. Магнитосфера / А.Е. Левитин // Большая российская энциклопедия [Электронный ресурс]. — 2017.
  6. О.Л. Вайсберг, A.H. Омельченко, B.H. Смирное, Г.Н. Застенкер и др. Изучение взаимодействия солнечного ветра с геомагнитосферой на станциях "Прогноз" // Исследования солнечной активности и космическая система «Прогноз». — М.: Наука, 1984. — С. 10—32.
  7. 1 2 3 4 5 Вестник НПО им. Лавочкина №5, 2012.
  8. 1 2 А.А. Галеев, В. Вумба и др., 1986.
  9. 1 2 3 Космические аппараты для изучения солнечно-земных связей серии "Прогноз". Значимость миссии. НПО им. Лавочкина. Дата обращения: 15 мая 2021.
  10. 1 2 Обратный отсчет…2, 2010, Высокоапогейные искусственные спутники Земли «Прогноз», с. 90—98.
  11. А. Железняков. Энциклопедия «Космонавтика». Хроника освоения космоса. 1985 год. — Онлайн энциклопедия. Дата обращения: 17 мая 2021.
  12. 35 лет спутнику «Прогноз-10». Роскосмос (26 апреля 2020). Дата обращения: 17 мая 2021.
  13. 1 2 3 Космический аппарат Прогноз 10 (Интеркосмос 23) «Интершок». Секция «Солнечная система» совета РАН по космосу. Дата обращения: 17 мая 2021.
  14. Launch/Orbital information for Prognoz 10 (англ.). NASA Space Science Data Coordinated Archive. Дата обращения: 16 мая 2021.
  15. PROGNOZ 10 (англ.). n2yo.com. по данным Космического каталога. Дата обращения: 11 мая 2021.
  16. «ПРОГНОЗ» (рус.) // Космонавтика : Энциклопедия / Гл. ред. В. П. Глушко; Редколлегия: В. П. Бармин, К. Д. Бушуев, В. С. Верещетин и др.. — М.: Советская энциклопедия, 1985. — С. 303—304.
  17. 1 2 Вестник НПО им. С. А. Лавочкина №3, 2015.
  18. Космические аппараты для изучения солнечно-земных связей серии "Прогноз". Обзор проекта. НПО им. Лавочкина. Дата обращения: 15 мая 2021.
  19. PROGNOZ Spacecraft (англ.). Институт космических исследований РАН. Дата обращения: 27 января 2021.
  20. 1 2 М.Я. Натензон. Ручное управление первым в мире бортовым научным компьютером. Проект «Интершок» (рус.) // Обратный отсчёт…4 : сборник / Сост. С.Е. Виноградова. — М.: ИКИ РАН, 2016. — ISBN 978-5-00015-009-2.
  21. В.Ф. Бабкин, К. Кудела, В.Н. Луценко, М.Я. Натензон и др. Опыт применения бортовой информационно-вычислительной системы для обработки данных и управления экспериментом ИНТЕРШОК (рус.) // Космические исследования. — 1986. — Т. 24, вып. 2. — ISSN 0023-4206.
  22. Космические аппараты серии «ПРОГНОЗ». Секция «Солнечная система» совета РАН по космосу. Дата обращения: 19 мая 2021.
  23. Babkin V., Fischer S., Frolova N., Gavrilova E. et al. Organization of Instrumentation operative control express analysis and the reprogrammlng of the BROP Instrument in the "INTERSHOCK" project (англ.) // Intershock project. Science objectives, mission overview, instrumentation and data processing. — Praha: Astronomický ústav ČSAV (англ.), 1985. — P. 321—329.
  24. Обратный отсчет…2, 2010, Изучение солнечно-земных связей, с. 141—143.
  25. Двадцать лет проекту ИНТЕРБОЛ. IKI Press Service. Дата обращения: 28 февраля 2021.
  26. Обратный отсчет…2, 2010, Многоспутниковая система для изучения межпланетной среды и магнитосферы Земли, с. 139—141.

Литература[править | править код]

Ccылки[править | править код]