Википедия

Интершок (космический проект)

Стабильная версия, проверенная 12 июля 2024.

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.

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
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

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
 
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, 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[англ.] 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 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»

править
  Внешние изображения
  «Прогноз-10» с установленным комплексом научной аппаратуры на испытаниях. www.iki.rssi.ru. Дата обращения: 23 июня 2021. (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 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

править

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

править
См. также: Полезная нагрузка космического аппарата

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

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[чеш.] 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

править

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
  1. ↑ Каплан С. А. Ударные волны в космосе. Астронет. ГАИШ. Дата обращения: 20 мая 2021. Архивировано 20 мая 2021 года.
  2. ↑ Шапиро В. Д. Бесстолкновительные ударные волны. Астронет. ГАИШ. Дата обращения: 20 мая 2021. Архивировано 20 мая 2021 года.
  3. ↑ 1 2 3 Обратный отсчет…2, 2010, Приборы для изучения солнечного ветра и параметров магнитосферы Земли, с. 137—139.
  4. ↑ 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.
  5. ↑ Магнитосфера : [арх. 21 октября 2022] / А.Е. Левитин // Большая российская энциклопедия [Электронный ресурс]. — 2017.
  6. ↑ 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. ↑ 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. Архивировано 3 февраля 2021 года.
  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. Архивировано 28 октября 2020 года.
  12. ↑ 35 лет спутнику «Прогноз-10». Роскосмос (26 апреля 2020). Дата обращения: 17 мая 2021. Архивировано 3 марта 2021 года.
  13. ↑ 1 2 3 Космический аппарат Прогноз 10 (Интеркосмос 23) «Интершок». Секция «Солнечная система» совета РАН по космосу. Дата обращения: 17 мая 2021. Архивировано 1 февраля 2021 года.
  14. ↑ Launch/Orbital information for Prognoz 10 (англ.). NASA Space Science Data Coordinated Archive. Дата обращения: 16 мая 2021. Архивировано 17 мая 2021 года.
  15. ↑ PROGNOZ 10 (англ.). n2yo.com. по данным Космического каталога. Дата обращения: 11 мая 2021. Архивировано 19 мая 2021 года.
  16. ↑ «ПРОГНОЗ» // 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. Архивировано 3 февраля 2021 года.
  19. ↑ PROGNOZ Spacecraft (англ.). Институт космических исследований РАН. Дата обращения: 27 января 2021. Архивировано 9 февраля 2020 года.
  20. ↑ 1 2 Натензон М. Я. Ручное управление первым в мире бортовым научным компьютером. Проект «Интершок» // Обратный отсчёт…4 : сборник / Сост. С. Е. Виноградова. — М.: ИКИ РАН, 2016. — ISBN 978-5-00015-009-2.
  21. ↑ 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 ИНТЕРШОК // 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. Архивировано 7 февраля 2021 года.
  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. Архивировано 19 мая 2021 года.
  26. ↑ Обратный отсчет…2, 2010, Многоспутниковая система для изучения межпланетной среды и магнитосферы Земли, с. 139—141.

Литература

править

Ссылки

править
Источник — https://ru.wiki.x.io/w/index.php?title=Интершок_(космический_проект)&oldid=138882599