§ 2. Исследовательские спутники

Информация, поставляемая исследовательскими спутниками (рис. 52, 53), дает информацию: а) о Земле как планете; б) о Солнце; в) о звездах и галактиках; г) о межпланетной и даже о межзвездной среде. В значительно меньшей степени спутники Земли могут изучать планеты солнечной системы. Пункты б, в, г возможны потому, что аппаратура спутников может быть вынесена за пределы мешающих наземным обсерваториям преград — атмосферы и земного магнитного поля.

Из огромного числа исследовательских спутников можно условно выделить две большие группы — геофизические спутники, предназначенные для исследования Земли, верхней атмосферы и околоземного космического пространства (в частности возмущений, производимых движущейся Землей в межпланетной среде), и астрономические и астрофизические спутники, задача которых — изучение далеких объектов: Солнца, звезд, галактик, межпланетной и межзвездной среды. Одни из спутников представляют собой универсальные орбитальные лаборатории, другие бывают узко специализированы.

Первым универсальным геофизическим спутником был третий советский спутник (1958 г.). К подобным же спутникам относятся часть советских спутников серии «Космос» и спутников социалистических стран «Интеркосмос», американские — серий «Эксп-лорер», («Орбитальная геофизическая обсерватория») и другие.

"Невозможно перечислить все спутники, занимавшиеся или занимающиеся сейчас исследованием атмосферы: с них началась космическая эра. Позднее к Советскому Союзу и США присоединились другие страны, например в 1964 г., был запущен итальянский спутник «Сан-Марко», а в 1972 и 1974 гг. выведены спутники ФРГ серии «Аэрос» (во всех случаях использовались американские paкеты-носители). Иногда атмосферные спутники запускаются на орбиты, довольно далеко «высовывающиеся» из газовой оболочки Земли, что гарантирует более долгую продолжительность их существования. Например, у американских «Эксплорер-51, -55» (третьего

(кликните для просмотра скана)

(кликните для просмотра скана)

и четвертого из специальных «Атмосферных Эксплореров») апогеи были на высотах 4300 км и 3200 км; имея бортовой двигатель, «Эксплорер-51» примерно 1—2 раза в месяц погружался в перигее на несколько дней до высоты 120 км.

Большая часть геофизических спутников занята исследованием земной магнитосферы [2.28, 2.29] — области межпланетного пространства, в которой движение заряженных частиц подчиняется не магнитному полю Солнца, а магнитному полю Земли (рис. 54).

Рис. 54. Меридиональный разрез магнитосферы Земли [2.28].

Магнитосфера имеет ширину в 60 земных радиусов и простирается на 600 млн. км в сторону, противоположную Солнцу (как хвост кометы). Постоянно истекающий из Солнца поток частиц — солнечный ветер, наталкиваясь на магнитное поле, образует ударную волну. На расстоянии примерно 10 радиусов Земли между Землей и Солнцем проходит магнитопауза — граница, Енутри которой господствует магнитное поле Земли. Через воронки на дневной стороне («полярные каспы») заряженные частицы проникают в верхнюю атмосферу над полюсами Земли и служат причиной полярных сияний.

Магнитосферу исследовали многие спутники серии «Космос». Прохождение радиоволн в ионосфере исследовалось на спутниках «Космос-2, -142, -259, -378». Магнитную съемку проводили «Космос-26, -49, -321». Полярные сияния изучались спутниками «Космос-261,

-348, -900», спутниками серии «Ореол» (аппаратура СССР и Франции) и другими. Такие спутники запускаются на низкие орбиты с большим наклонением. На спутниках «Молния» (апогеи на высоте в основном предназначенных для других целей (см. § 4 настоящей главы), устанавливалась аппаратура для изучения свойств кольцевого тока на высоте

Спутники зондируют магнитосферу в различных направлениях и на различных высотах. При этом одни дают разрез магнитосферы по высоте (вытянутые эллиптические орбиты), а другие детально исследуют ситуацию на заданной высоте (окбокруговые орбиты).

К числу первых можно отнести советские спутники «Электрон-1, -2» (у второго апогей на высоте и семейство «Прогнозов» с апогеями на высотах порядка находившимися в период запуска примерно на линии Земля — Солнце, западноевропейские HEOS-1, -2, направленные аналогично «Прогнозам» и на то же примерно расстояние. В той же стороне находятся на высоте апогеи американского спутника ISEE-1 и западноевропейского ISEE-2, запущенных 22 октября 1977 г. одной ракетой, причем второй из них способен, включая в перигее двигатель, так варьировать свою орбиту, чтобы расстояние между обоими спутниками не превышало (через 3 года их орбиты должны стать круговыми.) А 12 августа 1978 г. был запущен в окрестность точки либрации системы Солнце — Земля (см. § 7 гл. 15) аппарат ISEE-3, «сотрудничающий» с ISEE-1, -2, но об этом речь впереди Все перечисленные спутники исследуют головную часть ударной волны и, «высовываясь» из магнитосферы, наблюдают за вспышками на Солнце. Американский «Эксплорер-52» (апогей на высоте прорезал магнитосферу над северным полюсом, а «Эксплорер-34» (апогей имел орбиту, вытянутую в сторону от Солнца.

Ко второй группе относятся западноевропейские GEOS-2 (первый стационарный научный спутник) и GEOS-1 (расчетная орбита которого должна была быть стационарной, а оказалась орбитой высотой а также американские «Эксплорер-47, -50» которые двигаются своеобразным дозором (один впереди другого на 90°), совершая один оборот за 12 суток по орбитам на высотах примерно от 200 000 до т. е. движутся как внутри, так и вне магнитосферы, давая информацию о невозмущенной межпланетной среде. Подобно этим последним для исследования магнитного шлейфа Земли могли бы послужить и «космические буи» в треугольных точках либрации каждая из которых пересекает шлейф ежемесячно в течение нескольких дней (они предлагались еще до открытия магнитного «хвоста» Земли).

Переходя к спутникам для изучения далеких областей Вселенной, заметим, что ценную информацию могут дать орбитальные лаборатории типа советских «Протонов», предназначенных для изучения взаимодействия космических лучей и частиц высоких энергий

с веществом, находящимся на борту -тонный «Протон-4» содержал научной аппаратуры)?

Собственно астрономическими называются спутники, которые снабжены телескопами для наблюдения электромагнитных излучений небесных объектов в различных диапазонах: коротковолновом (ультрафиолетовом, рентгеновском, гамма-лучах), оптическом и длинноволновом (инфракрасном и радиодиапазоне). Рентгеновское и гамма-излучения дают информацию о пульсарах, квазарах, черных дырах, межзвездной среде. Все астрономические спутники стабилизируются или по трем осям, или, по крайней мере, вращаются вокруг одной оси, неизменно ориентированной в пространстве.

Рентгеновские телескопы на спутниках первого поколения дали ценнейшую информацию, совершившую переворот в астрономии. К этим спутникам принадлежали советские «Космос-215» (1968 г.), «Космос-262» (1968 г.), «Космос-264» (1969 г.), «Кос-мос-428» (1971 г.), «Космос-461» (1971 г.), американские спутники серии SAS («малые астрономические спутники», нумеровались также как «Эксплореры»), английский «Ариэль-5» (1974 г.), французские «Аура» (1975 г.) и «Снег-3» (1977 г., запущен советской ракетой), индийский «Ариабата» (1975 г., запущен советской ракетой), голландский ANS (1974 г., запущен американской ракетой), западноевропейский COS-B (1975 г., американская ракета-носитель; орбита для избежания помех от пояса радиации), американо-западноевропейский (1978 г., орбита 25000-40000 км). Гамм а - телескопы, имевшиеся на некоторых из этих спутников, были всенаправленными и дали гораздо меньше информации, чем рентгеновские. Гораздо более совершенной рентгеновской и гамма-аппаратурой обладают американские астрономические спутники второго поколения серии Они имеют длину 5,8 м, диаметр 2,1 м и массу более 3 т каждый и должны выводиться на круговые орбиты высотой от 420 до 460 км (первый был запущен в апреле 1977 г.). Их приборы сканируют небесную сферу, медленно вращаясь вокруг оси, направленной на Солнце, но могут и детально «рассмотреть» уже обнаруженные рентгеновские источники. Спутники способны обнаруживать в миллион раз более слабые рентгеновские источники, чем выведенный в 1970 г спутник (он же «Экспло-рер-42», он же «Ухуру»).

Оптические телескопы помещались на американских спутниках серии («Орбитальная астрономическая обсерватория»). Наиболее совершенным из них был спутник «Коперник» (1972 г., орбита 739-751 км, масса 2220 кг). Его система стабилизации была рассчитана на точность наведения в течение часа с точностью (фактически оказалось даже 0,03"). США намечают в начале 1983 г. вывести с помощью орбитального самолета на круговую орбиту высотой телескоп длиной с диаметром зеркала

Телескоп, управляемый наземным оператором, должен будет удерживать заданное направление с точностью Удастся наблюдать объекты, удаленные на 14 млрд. лет (сейчас на Земле — лишь 2 млрд. св. лет). Угловое разрешение позволит различить на Юпитере детали размером 300 км.

Советские телескопические наблюдения проводились на пилотируемых орбитальных объектах. Для этого на первой станции «Салют» во время ее 23-суточного полета в 1971 г. использовалась астрофизическая установка «Орион»; аналогичные наблюдения проводились в 1973 г. на космическом корабле «Союз-13» с помощью установки «Орион-2».

Радиоастрономические спутники имеют очень большие развертывающиеся антенны. Так, американский радиоастрономический спутник «Эксплорер-38», запущенный в июле 1968 г. на орбиту высотой от 5850 до 5858 км, имеет четыре антенны, каждая из которых может раздвигаться до 229 м. Колоссальные размеры и площади могут иметь орбитальные радиотелескопы, монтируемые из отдельных блоков (см. § 6 гл. 7). В июле 1979 г. на борту орбитальной станции «Салют-6» успешно работал -метровый радиотелескоп, доставленный в сложенном виде грузовым кораблем «Прогресс-7».

Особый вид астрономических спутников представляют солнечные спутники, которые ориентируются на Солнце и направляют на него свои приборы. Таковы советские «Космос-166, -200, -230» и другие этой же серии, спутники серии «Интеркосмос», «Интеркосмос-Коперник 500» (аппаратуры разработаны в СССР, ГДР, ПНР, ЧССР), американские спутники серии OSO («Орбитальная солнечная обсерватория»), западноевропейский TD-1A, японский «Страте». Конечно, их аппаратура используется зачастую и для наблюдений других рентгеновских источников. В связи с наступлением периода солнечной активности (1979-1983 гг.) в США проектируется запуск нескольких спутников.

К астрономическим спутникам примыкают, так сказать, по ведомственной принадлежности метеороидные спутники. Их представителями служат советские спутники «Космос-135, -163», американские «Эксплорер-13, -16, -23, -46» и «Пегас -1, -2, -3», английский «Просперо». Спутники «Пегас» снабжались развертывающимися поверхностями для пробивания их метеоритами.

Особо следует сказать о спутниках, предназначенных для проверки общей теории относительности. По крайней мере, в некоторых случаях они могут представлять собой просто радиомаяки без каких-либо приборов. Дело в том, что, как вытекает из теории, плоскость орбиты спутника должна бы была совершать медленное прецессионное движение, даже если бы Земля обладала точной сферической симметрией. В США предполагалось запустить на близкие полярные орбиты в противоположных направлениях два спутника: эффект бы удвоился и расхождение плоскостей удалось бы наблюдать. А

влияние во много раз большей «обычной» прецессии было бы исключено: орбиты — полярные!

К числу исследовательских спутников принадлежат также биоспутники, служащие для изучения воздействий условий космического полета на живые организмы — животные и растения. Главным фактором, интересующим при этом науку, является невесомость, но представляет интерес и воздействие радиации. Продолжительность воздействия невесомости при орбитальном полете неограничена. С этой точки зрения на орбите спутника Земли может быть промоделирован полет до любой планеты. Помимо значения таких испытаний для будущих полетов людей, они имеют и большое теоретическое значение, так как помогают выявить роль силы тяжести в развитии живых организмов.

Специально биологическими были второй советский спутник (1957 г.) со знаменитой Лайкой на борту (первый биоспутник в истории), «Космос-110» (1966 г., две собаки, 22-суточный полет), «Космос-368» (1970 г.), «Космос-573» (1973 г.), «Космос-605> (1973 г., лабораторные животные и другие объекты), «Космос-690» (1974 г., крысы в условиях искусственного облучения радиоизотопным источником), «Космос-782» (1975 г.), «Космос-936» (1977 г.). На двух последних спутниках помещались вращающиеся центрифуги, создающие искусственную тяжесть (см. § 3 гл. 7), под воздействием которой находились насекомые, растения, рыбы, микроорганизмы на «Космосе-782» и 10 крыс на «Космосе-936». В США выводились спутники «Биос-2» (1967 г., насекомые и растения), «Биос-3» (1969 г., макака — погибла после экстренного спуска по неясной причине), OFO-1 (две лягушки). Подопытные животные помещались на кораблях-спутниках при испытательных полетах, предшествовавших полету человеку (собаки и кролики в СССР, обезьяны в США).

Информация, полученная с помощью исследовательских спутников, дала ценнейшую информацию для физиков, геофизиков, астрономов, астрофизиков, биологов. Объем ее столь велик, что даже беглое изложение потребовало бы отдельной книги. Автор предпочитает не затрагивать этих вопросов.