Интершок (космический проект)
Прогноз-10 | |
---|---|
Интершок, Интеркосмос-23 | |
| |
Производитель |
|
Задачи | Исследования головной ударной волны и магнитопаузы |
Спутник | Земли |
Стартовая площадка |
|
Ракета-носитель | «Молния-М» |
Запуск | 26 апреля 1985 года |
Сход с орбиты | 12 января 1994 года |
NSSDCA 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 |
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
В исследованиях космического пространства, проводимых на первых автоматических межпланетных станциях и искусственных спутниках, удалявшихся на расстояние более 100 000 км от Земли, было 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 Института космических исследований)[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. 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][7].
Ключевыми моментами при подготовке проекта «Интершок» были: обеспечение методов разносторонней диагностики явлений в космической плазме; достижение максимально возможного временно́го разрешения при измерениях; измерение основных типов волновых излучений[7]. Научная аппаратура для эксперимента «Интершок» разрабатывалась в ИКИ АН СССР, 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 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»
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 АН СССР, 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
Спутники 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
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»
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 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 по отдельному радиоканалу. Для оперативного анализа получаемой информации и быстрого принятия решений по управлению экспериментом в ИКИ была создана постоянно действующая оперативная группа. Для оперативного управления принимаемыми данными использовался установленный в ИКИ 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, 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
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 . 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 », «IMP-8 », «Интербол-1» и «Магион-4», «Cluster II »[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 » (ESA) и «THEMIS» (NASA)[26].
Примечания
- ↑ Каплан С. А. Ударные волны в космосе . Астронет. ГАИШ. Дата обращения: 20 мая 2021. Архивировано 20 мая 2021 года.
- ↑ Шапиро В. Д. Бесстолкновительные ударные волны . Астронет. ГАИШ. Дата обращения: 20 мая 2021. Архивировано 20 мая 2021 года.
- ↑ 3,0 3,1 3,2 Обратный отсчет…2, 2010, Приборы для изучения солнечного ветра и параметров магнитосферы Земли, с. 137—139.
- ↑ Романовский М. К. 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.
- ↑ Магнитосфера / А.Е. Левитин // Большая российская энциклопедия [Электронный ресурс]. — 2017.
- ↑ Вайсберг О. Л., A.H. Омельченко, B.H. Смирное, Застенкер Г. Н. и др. Изучение взаимодействия солнечного ветра с геомагнитосферой на станциях "Прогноз" // Исследования солнечной активности и космическая система «Прогноз» . — М.: Наука, 1984. — С. 10—32.
- ↑ 7,0 7,1 7,2 7,3 7,4 Вестник НПО им. Лавочкина №5, 2012.
- ↑ 8,0 8,1 А.А. Галеев, В. Вумба и др., 1986.
- ↑ 9,0 9,1 9,2 Космические аппараты для изучения солнечно-земных связей серии "Прогноз". Значимость миссии . НПО им. Лавочкина. Дата обращения: 15 мая 2021. Архивировано 3 февраля 2021 года.
- ↑ 10,0 10,1 Обратный отсчет…2, 2010, Высокоапогейные искусственные спутники Земли «Прогноз», с. 90—98.
- ↑ А. Железняков. Энциклопедия «Космонавтика». Хроника освоения космоса. 1985 год . — Онлайн энциклопедия. Дата обращения: 17 мая 2021. Архивировано 28 октября 2020 года.
- ↑ 35 лет спутнику «Прогноз-10» . Роскосмос (26 апреля 2020). Дата обращения: 17 мая 2021. Архивировано 3 марта 2021 года.
- ↑ 13,0 13,1 13,2 Космический аппарат Прогноз 10 (Интеркосмос 23) «Интершок» . Секция «Солнечная система» совета РАН по космосу. Дата обращения: 17 мая 2021. Архивировано 1 февраля 2021 года.
- ↑ Launch/Orbital information for Prognoz 10 (англ.). NASA Space Science Data Coordinated Archive. Дата обращения: 16 мая 2021. Архивировано 17 мая 2021 года.
- ↑ PROGNOZ 10 (англ.). n2yo.com. по данным Космического каталога. Дата обращения: 11 мая 2021. Архивировано 19 мая 2021 года.
- ↑ «ПРОГНОЗ»В. П. Глушко; Редколлегия: В. П. Бармин, К. Д. Бушуев, В. С. Верещетин и др.. — М.: Советская энциклопедия, 1985. — С. 303—304. // Космонавтика : Энциклопедия / Гл. ред.
- ↑ 17,0 17,1 Вестник НПО им. С. А. Лавочкина №3, 2015.
- ↑ Космические аппараты для изучения солнечно-земных связей серии "Прогноз". Обзор проекта . НПО им. Лавочкина. Дата обращения: 15 мая 2021. Архивировано 3 февраля 2021 года.
- ↑ PROGNOZ Spacecraft (англ.). Институт космических исследований РАН. Дата обращения: 27 января 2021. Архивировано 9 февраля 2020 года.
- ↑ 20,0 20,1 Натензон М. Я. Ручное управление первым в мире бортовым научным компьютером. Проект «Интершок»ИКИ РАН, 2016. — ISBN 978-5-00015-009-2. // Обратный отсчёт…4 : сборник / Сост. С. Е. Виноградова. — М.:
- ↑ Бабкин В. Ф., К. Кудела, Луценко В. Н., Натензон М. Я. и др. Опыт применения бортовой информационно-вычислительной системы для обработки данных и управления экспериментом ИНТЕРШОКТ. 24, вып. 2. — ISSN 0023-4206. // Космические исследования. — 1986. —
- ↑ Космические аппараты серии «ПРОГНОЗ» . Секция «Солнечная система» совета РАН по космосу. Дата обращения: 19 мая 2021. Архивировано 7 февраля 2021 года.
- ↑ 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 , 1985. — P. 321—329.
- ↑ Обратный отсчет…2, 2010, Изучение солнечно-земных связей, с. 141—143.
- ↑ Двадцать лет проекту ИНТЕРБОЛ . IKI Press Service. Дата обращения: 28 февраля 2021. Архивировано 19 мая 2021 года.
- ↑ Обратный отсчет…2, 2010, Многоспутниковая система для изучения межпланетной среды и магнитосферы Земли, с. 139—141.
Литература
- Галеев А. А., В. Вумба, Вайсберг О. Л., С. Фишер, Застенкер Г. Н. Проект «Интершок» — исследование тонкой структуры ударных волн в космической плазме - цели, задачи, методыТ. XXIV, вып. 2. — С. 147—150. — ISSN 0023-4206. // Космические исследования : журнал. — 1986. —
- Обратный отсчет…2 (45 лет ИКИ РАН)ИКИ РАН, 2010. / Сост. А. М. Певзнер. — Москва:
- Застенкер Г. Н. Исследования по солнечно-земной физике, выполненные с помощью КА, созданных в НПО им. С. А. Лавочкина. Проект «Интершок». // Вестник НПО им. С. А. Лавочкина : журнал. — 2012. — № 5(16). — С. 4—11. — ISSN 2075-6941.
- Зеленый Л. М., Хартов В. В., Застенкер Г. Н. и др. Изучение солнечно-земных связей с помощью космических аппаратов, созданных в НПО имени С. А. Лавочкина // Вестник НПО им. С. А. Лавочкина : журнал. — 2015. — № 3(29). — С. 17—27. — ISSN 2075-6941.
Ссылки
- Околоземная ударная волна. Основная задача проекта «Интершок» . mysterylife.ru. Дата обращения: 17 мая 2021.
- Prognoz 10 (англ.). NASA Space Science Data Coordinated Archive. Дата обращения: 16 мая 2021.