История ИКИ РАН. От идеи Объединенного института космических исследований до пятидесятилетия
Предыстория. Первые спутники
Космическая эра началась 4 октября 1957 г. запуском Первого искусственного спутника Земли — ПС-1 («простейший спутник»). За ним последовали Второй (4 ноября 1957 г.) и Третий ИСЗ (15 мая 1958 г.), причём последний был оснащен уже полноценным набором научной аппаратуры для изучения космоса. Эти события знаменовали начало активного исследования и освоения космоса. Первые аппараты были отправлены к Луне, а 12 апреля 1961 г. впервые в космос полетел человек — первый космонавт мира Юрий Гагарин.
Первые запуски к Венере и Марсу. Идея нового Института
Тщательная обработка экспериментального материала, полученного первыми разведчиками космоса, значительно расширила, а в ряде случаев существенно изменила имевшие место теории и представления о физико-химических характеристиках верхней атмосферы и околоземного космического пространства.
Советские учёные и конструкторы ракетно-космической техники получили целый ряд выдающихся результатов, определивших ведущее положение Советского Союза в этой отрасли науки и техники. Подтвердилась и правильность основных направлений начатых в стране космических исследований. Но это были только первые шаги на пути познания Вселенной.
В первые годы изучения космоса исследования проводили отдельные институты Академии наук СССР, конструкторские и промышленные организации разных министерств и ведомств.
На первых этапах такая форма проведения космических экспериментов вполне оправдывала себя, поскольку они выполнялись на базе единичных, по сути, уникальных запусков космических аппаратов. Но дальнейшие исследования, для более детального, углублённого изучения космического пространства, планомерного накопления и обобщения научных данных, необходимость в специализированных экспериментах, ориентированных на решение более сложных проблем и подготовку новых этапов проникновения человека в космос, требовали не просто расширить фронт исследований и привлечь к ним новые научные и конструкторские организации, но и обеспечить их эффективное взаимодействие.
Эта задача могла быть решена путём создания некоего научно-методического космического центра. Это позволило бы существенно упорядочить ведущиеся работы, исключило бы параллелизм, сделало их более целеустремлёнными и планомерными, обеспечило необходимое развитие всех направлений научных знаний о космосе, наконец, дало бы возможность получить наибольшее количество новых данных при наименьших затратах.
Следуя этой идее, в июле 1963 г. Президент Академии наук СССР академик Мстислав Всеволодович Келдыш обратился с письмом в директивные органы страны с предложением организовать в системе Академии наук Объединённый институт космических исследований. Слово «Объединенный» означало, что такой институт объединил бы уже существующие в различных организациях коллективы, занятые космическими исследованиями.
Основной его задачей должно было стать систематическое исследование космического пространства с помощью унифицированных малых, а затем и тяжёлых искусственных спутников Земли, создаваемых отечественной промышленностью. При этом Институт должен разрабатывать и изготавливать научную аппаратуру, монтировать её на серийно изготавливаемые космические аппараты, проводить их испытания, выполнять предстартовую подготовку и участвовать в запусках.
Самое же главное — Институт наделялся бы функциями заказчика по всем научным космическим аппаратам, что исключало диктат производителя: «Вот вам космический аппарат, не нравится — не берите, но другого не будет».
По мнению М. В. Келдыша, для выполнения задач, которые предлагалось поставить перед Объединённым институтом, он должен был иметь постоянный состав высококвалифицированных научных сотрудников, с опытом космических исследований, серьёзную опытно-конструкторскую и производственную базу, центр сбора и обработки научной информации, чтобы оперативно использовать результаты исследований, испытательный комплекс для полного объёма испытаний при подготовке спутников к запуску. Предполагалось, что Институт станет головной организацией по исследованию и использованию космического пространства в интересах фундаментальной науки.
Предложение М. В. Келдыша было принято и Институт создан, хотя и с существенно меньшими, чем первоначально планировалось, полномочиями.
Институт был создан 15 мая 1965 г. согласно Постановлению Совета Министров СССР и сформирован на основе Постановления Президиума АН СССР от 9 июля 1965 г.
№ 392-147 15 мая 1965 г.
COB. СЕКРЕТНО
В целях обеспечения дальнейшего развития в Советском Союзе исследований космического пространства, накопления и обобщения научных знаний о космосе Совет Министров Союза ССР ПОСТАНОВЛЯЕТ:
- Принять предложение Академии наук СССР о создании в 1965 году в г. Москве Института космических исследований Академии наук СССР.
- Установить, что Институт космических исследований Академии наук СССР является головной организацией по научным исследованиям в области изучения космоса, разработке и изучению научных проблем по исследованию Луны и планет солнечной системы, связанных с космическими полётами, и является научно-методической базой Междуведомственного научно-технического совета по космическим исследованиям при Академии наук СССР.
- Возложить на Институт космических исследований Академии наук СССР:
- научно-методическое руководство и обобщение результатов работ, проводимых организациями Академии наук СССР, государственных комитетов, министерств и ведомств СССР по исследованию верхних слоёв атмосферы, космического пространства, Луны и планет солнечной системы;
- разработку перспективных комплексных планов исследований космического пространства, Луны и планет солнечной системы, изыскание путей и методов их выполнения в короткие сроки и с наименьшими затратами средств.
- Академии наук СССР в двухмесячный срок разработать и представить согласованное с Министерством общего машиностроения и Министерством обороны СССР Положение об Институте космических исследований Академии наук СССР, а Комиссии Высшего совета народного хозяйства СССР по военно-промышленным вопросам рассмотреть и утвердить это Положение.
- Разрешить Академии наук СССР построить в 1965-1967 годах, в виде исключения, в г. Москве для размещения Института космических исследований лабораторные корпуса общей рабочей площадью основного назначения до 30 тыс. кв. метров.
Мосгорисполкому отвести Академии наук СССР для строительства указанных корпусов земельный участок. Строительство корпусов Института космических исследований возложить на Главспецстрой при Государственном производственном комитете по монтажным и специальным строительным работам СССР.
- Разрешить Академии наук СССР и Госплану СССР, в виде исключения, включить в план капитальных работ на 1965-1966 годы строительство лабораторно-производственных корпусов Института космических исследований без наличия утверждённой в установленном порядке проектно-сметной документации.
Госбанку СССР впредь до утверждения проектно-сметной документации финансировать строительство указанных объектов по проектам и сметно-финансовым расчётам, составленным по рабочим чертежам.
Председатель Совета Министров Союза ССР А. Косыгин
Управляющий Делами Совета Министров СССР М. Смиртюков
АП РФ. Ф.93. Коллекция постановлений и распоряжений СМ СССР за 1965 г.
Заверенная копия на бланке.
Советская космическая инициатива в государственных документах. 1946-1964 гг. /
Под ред. Ю. М. Батурина. М.: Изд-во «РТСофт», 2008.
Но права заказчика на научные космические аппараты созданному Институту космических исследований (ИКИ) так и не были даны. Министерство общего машиностроения — производитель и одновременно заказчик космической техники — здесь стояло насмерть. Возможно, это и стало одной из причин сегодняшнего ослабления научных космических позиций России.
Исчезло из предлагаемого М. В. Келдышем названия Института и слово «Объединённый», хотя формировался он, как и планировалось, на базе многих отделов и лабораторий, работавших ранее по космической тематике в различных институтах Академии наук и других ведомств, а также в конструкторских и промышленных организациях, в том числе королёвском ОКБ-1.
Институту вменялось выполнение экспериментальных работ по таким направлениям космической физики как астрофизика и физика планет и малых тел Солнечной системы, физика Солнца и солнечно-земных связей, космическая плазма и исследования в области нелинейной геофизики. Ему также поручались подготовка программ научных космических исследований; разработка и испытания комплексов научной аппаратуры по проектам, включённым в отечественную космическую программу.
М. В. Келдыш не только непосредственное участвовал в организации ИКИ, но и был, по сути, основной движущей силой этого процесса, особенно в первые, самые трудные годы его становления.
Символично, что здание института находится на площади, носящей имя академика Келдыша. Когда-то здесь планировалось поставить памятник выдающемуся ученому, одному из создателей ракетно-ядерного щита страны, но эти планы до сих пор не реализованы.
Директора Института
В разные годы Институт космических исследований возглавляли академик Г. И. Петров (1965–1973), академик Р. З. Сагдеев (1973–1988), академик А. А. Галеев (1988–2002), академик Л. М. Зеленый (2002–2018), член-корреспондент А. А. Петрукович (с 2018 г. по настоящее время).
СотруднИКИ
Одним из первых научных подразделений, сформированных в ИКИ, стал отдел геофизики — физики космической плазмы. В него вошли группа теоретиков во главе с Г. А. Скуридиным, ранее работавших в Отделении прикладной математики Математического института им. В. А. Стеклова (ОПМ МИ) Академии наук, лаборатория полярных сияний из Института физики атмосферы (ИФА) во главе с Ю. И. Гальпериным. В отделе был также образован сектор космической плазмы, который возглавил О. Л. Вайсберг.
В 1967 г. организуется отдел космических лучей, который по своей тематике был наиболее близок к отделу геофизики. Ещё один отдел, в котором велись исследования космической плазмы, космической газовой динамики, возглавляет академик Г. И. Петров.
В него входили теоретическая (В. Б. Леонас) и экспериментальная (В. Б. Баранов) лаборатории. Позднее в состав отдела на правах лаборатории вошла переведённая в ИКИ из Курчатовского института группа сотрудников во главе с И. М. Подгорным. Они занимались лабораторным моделированием взаимодействия солнечного ветра с магнитным полем Земли и атмосферами планет.
В 1971 году в ИКИ переводится из Радиотехнического института Академии наук большая группа учёных, возглавляемая К. И. Грингаузом, которая на правах самостоятельного отдела также занимается экспериментальными исследованиями солнечной плазмы.
Отдел геофизики вскоре расформировывается, и на его базе создаётся отдел физики космической плазмы во главе с Л. Л. Ваньяном, ранее работавшим в Институте физики Земли Академии наук.
В результате очередной реорганизации возникает нештатное плазменное отделение. Его руководителем «на общественных началах» становится незадолго до этого пришедший в Институт Р. З. Сагдеев. После его назначения директором ИКИ он приглашает в Институт своего ученика А. А. Галеева, который возглавляет плазменное отделение. В 1973 г. оно преобразуется в отдел физики плазмы. Помимо теоретической лаборатории А. А. Галеева в состав отдела вошли лаборатория полярных сияний (затем физики магнитосферных процессов) Ю. И. Гальперина, лаборатория околопланетной плазмы, образованная на базе отдела экспериментальных исследований солнечной плазмы К. И. Грингауза и лаборатория моделирования И. М. Подгорного, а также группы космической плазмы О. Л. Вайсберга и солнечных космических лучей Н. Ф. Писаренко, ставших позднее лабораториями.
Плазменное направление исследований продолжит и в дальнейшем, по выражению нового директора Института Р. З. Сагдеева, «совершенствоваться». Создаётся теоретический отдел во главе с А. А. Галеевым и отдел солнечно-земных связей во главе со Г. А. Скуридиным. После избрания А. А. Галеева директором ИКИ заведующим отделом физики космической плазмы становится Л. М. Зеленый, а после него — А. А. Петрукович.
Одним из главных научных направлений Института всегда считались исследования планет и малых тел Солнечной системы. Однако первоначально работы по этой тематике были рассредоточены по разным подразделениям. На последнем этапе своей деятельности на посту директора Института Г. И. Петров принял решение о реорганизации планетной тематики, объединив несколько научных групп в ранге лабораторий в единый лунно-планетный отдел под своим личным руководством. Однако это не нашло понимания у нового директора Р. З. Сагдеева. Ряд лабораторий лунно-планетного профиля вскоре ликвидируется, а отдел Луны и планет, первоначально переименованный в лабораторию сравнительной планетологии, со всей тематикой и оборудованием переводится в Институт геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского (ГЕОХИ) Академии наук.
Вскоре в стране происходит резкое сворачивание лунных программ, как пилотируемых, так и с помощью автоматических средств, и к началу восьмидесятых годов прошлого столетия эта тематика в ИКИ практически ликвидируется и начинает возрождаться только в последние годы.
Единый отдел планетных исследований в ИКИ был сформирован в 1974 г. Его возглавил В. И. Мороз. В отдел вошли четыре лаборатории: спектроскопии (В. И. Мороз), фотометрии и инфракрасной (ИК) радиометрии (Л. В. Ксанфомалити), масс-спектрометрии (В. Г. Истомин), физико-химических исследований планет (Л. М. Мухин).
Первые результаты были получены сотрудниками отдела на автоматических межпланетных станциях (АМС) «Марс-3 и -5» по ИК-радиометрии. Проводились также эксперименты по дистанционному измерению содержания водяного пара в атмосфере Марса. Приоритетные результаты были получены в экспериментах, проведённых в атмосфере Венеры. Разрабатывались инженерные модели планетных атмосфер. Сначала это были справочные материалы небольшого объёма, но постепенно требования к их детальности со стороны конструкторов планетных космических аппаратов возрастали, и к их подготовке подключалось всё большее число учёных отдела.
Тем не менее, тематика работ отдела первоначально была ограничена лишь физическими исследованиями атмосфер и поверхностей планетных тел. Предполагалось, что геологи и специалисты по ТВ-съёмке будут выделены в самостоятельные структурные подразделения, одним из которых, в частности, стал отдел оптико-физических измерений.
Костяк этого отдела составил перешедший в 1967 году в ИКИ из Московского института геофизики, аэрофотосъёмки и картографии коллектив учёных и инженеров, возглавляемый Б. Н. Родионовым. К моменту перехода этот коллектив уже более десяти лет проводил исследования в области фотографических и космических съёмок и обработки видеоинформации. К первым работам, проведённым отделом в ИКИ, можно отнести изучение топографии участков лунной поверхности по их изображениям, переданным на Землю с первого и второго луноходов.
В основном же работы отдела были сосредоточены на съёмках земной поверхности, имевших целью, с одной стороны, отработку фотографических методов и средств дистанционного зондирования, с другой — выявление круга задач, которые можно решать по материалам космической съёмки.
После ряда реорганизаций, тематического перенацеливания, изменений названия отдел в итоге сохранил свой профиль оптико-физических измерений.
В 1967 году на базе части сотрудников, работавших ранее в Проблемной радиофизической лаборатории Московского государственного педагогического института (МГПИ) им. В. И. Ленина, в ИКИ формируется научное подразделение радиофизических приборов. По мере совершенствования созданных в отделе микроволновых приёмников они начинают использоваться для исследования радиофизическими методами поверхности суши и океана из космоса, и в 1974 г. принимается решение о создании самостоятельного отдела прикладной космической физики под руководством В. С. Эткина.
Приоритетной задачей отдела стало выявление внутриокеанических глубинных процессов по их поверхностным «отголоскам». Однако к началу 1990-х годов в связи с резким сокращением финансирования «океанического» направления центр тяжести деятельности отдела переместился на исследования окружающей среды. В связи с этим В. С. Эткин предложил иное название для своего отдела — «Космические исследования Земли как экологической системы».
Большие усилия были направлены на становление новых приложений научно-технического потенциала отдела в сложившихся условиях. Одним из направлений работ стали масштабные проекты по дистанционному зондированию окружающей среды. Другое направление работ было связано с переносом усилий отдела с океана на сушу, в частности применительно к дистанционному анализу почв и снежных покровов.
Выделилась из отдела В. С. Эткина и стала самостоятельным подразделением лаборатория космофизики. На базе лаборатории создаётся отдел прикладных космических исследований, в дальнейшем переименованный в отдел космофизики. Первоначально его возглавил С. С. Моисеев, а после его ухода из жизни — Н. С. Ерохин (до его ухода в 2022 г.).
Кроме отдела Луны и планет самую серьёзную реорганизацию претерпел отдел астрофизики (руководитель И. С. Шкловский), созданный на базе отдела радиоастрономии Государственного астрономического института им. П. К. Штернберга МГУ им. М. В. Ломоносова. До перехода в ИКИ сотрудники этого подразделения уже имели достаточный опыт в области космической астрономии. С каждым годом тематика работ отдела становилась всё более широкой. И. С. Шкловский стремился сосредоточить усилия на «большой» астрономии, т. е. исследованиях Галактики, её населения и внегалактических объектов, вопросах космологии. Однако в 1985 г. И. С. Шкловский скончался.
К этому времени в Институте уже более десяти лет существовал отдел теоретической астрофизики, руководство которым принял на себя академик Я. Б. Зельдович, с задачей теоретических исследований по космологии, наблюдаемым проявлениям горячего газа в скоплениях галактик и процессам формирования спектров излучения в аккрецирующих дисках вокруг чёрных дыр и нейтронных звёзд.
После разграничения тематики работ этих двух отделов, перевода к Я. Б. Зельдовичу лаборатории рентгеновской астрономии и ряда сотрудников из бывшего отдела И. С. Шкловского, отдел теоретической астрофизики преобразуется в отдел астрофизики высоких энергий во главе с Р. А. Сюняевым. Отдел астрофизики во главе с его новым директором Н. С. Кардашевым переходит в 1990–1991 годах с оставшимися в его составе лабораториями в Физический институт Академии наук.
Как самостоятельные научные подразделения уже в первые годы существования ИКИ были также созданы: лаборатория, а затем и отдел, прикладной астрофизики и миллиметровой, субмиллиметровой и инфракрасной техники; специальные лаборатории для развития дистанционных методов зондирования Земли из космоса; спектрометрии космического гамма-излучения; активной диагностики; сверхдальней радиоинтерферометрии; спектрометрии космического гамма-излучения.
При запусках первых высотных ракет, искусственных спутников Земли, лунных и межпланетных станций получаемая с них телеметрическая информация обрабатывалась в Отделении прикладной математики (ОПМ) в рамках Информационно-расчётного бюро (ИРБ). В 1966 г. коллектив бюро практически в полном составе переводится в ИКИ на правах отдела автоматизированной обработки телеметрической информации. В 1988 г. он был объединён с отделом баллистики. С этого времени все работы по обработке телеметрии с борта космического аппарата проводятся ИКИ в рамках единого подразделения, одной из главных задач которого стало полное информационное обеспечение научных экспериментов в космосе. Широкое использование вычислительной техники, постоянное обновление её парка позволило существенно развить программное обеспечение задач, решаемых отделом.
Создаётся также лаборатория, ставшая в дальнейшем отделом, в задачу которой входила техническая реализация научных проектов на борту космических аппаратов, включая разработку полного комплекта эксплуатационно-технической документации на космическую научную аппаратуру, проведение всех видов её испытаний, а также участие в управлении работой научных приборов в полёте.
Лабораторию и отдел с момента их образования возглавлял Е. М. Васильев.
Решение задач проектирования и реализации научных комплексов межпланетных аппаратов, следящих платформ, бортовых систем, логики управления, сбора и передачи информации и т. п. возлагается на отдел программно-управляемых систем (руководитель — Б. Н. Новиков).
Для проведения испытаний научных приборов, предназначенных для установки на космический аппарат, исследования их работоспособности в составе бортового комплекса и в условиях космического пространства в Институте были созданы контрольно-испытательная (КИС) и лётно-испытательная станции (ЛИС), которые стали основной испытательной базой космического приборостроения в системе Академии наук. Они оснащены оборудованием, позволяющим проводить испытания на механические (вибрация, удар, линейные перегрузки), термовакуумные и климатические воздействия, а также на электрическую совместимость систем и приборов и электрическую прочность изоляции. В ходе отработки на испытательной базе КИС и ЛИС научная аппаратура доводится до заданных технической документацией характеристик.
Техническое задание на строительство КИС и ЛИС, их структуру и состав испытательного оборудования было разработано под руководством заместителя директора ИКИ В. М. Ратнера.
Наземный испытательный комплекс ИКИ аккредитован в качестве испытательного центра Академии наук и входит в Федеральную систему сертификации космической техники (ФССКТ) с правами проведения сертификационных испытаний научной целевой аппаратуры космических аппаратов.
В 1967 году Институту было подчинено Особое конструкторское бюро (ОКБ ИКИ) во Фрунзе (ныне Бишкек) — конструкторская организация со своим опытным производством. После распада СССР ОКБ оказалось за границей. Взаимодействие с ним вначале проводилось на договорной основе, и постепенно эти работы свернулись.
При Центре дальней космической связи в Евпатории (Крым) создана терминальная станция с автоматизированным комплексом обработки и передачи научной информации.
В Тарусе Калужской области организуется опытное производство по созданию научной аппаратуры (СКБ КП ИКИ). Сегодня оно функционирует как приборостроительное отделение ИКИ.
СпутнИКИ. 1964–2012
Сотрудники Института непосредственно готовили и проводили научные исследования и эксперименты, получали и обрабатывали информацию с космических аппаратов, запускаемых как по национальной космической программе, начиная со спутника «Протон», так и в рамках международного сотрудничества. В последние годы особенно важным стало их активное участие в качестве соисполнителей в зарубежных космических проектах.
В одних проектах учёные и специалисты Института разрабатывали и испытывали бортовые комплексы научной аппаратуры, а затем проводили исследования с их помощью, в других — занимались получением и обработкой научной информации с космических аппаратов, её анализом и интерпретацией.
Ещё до создания ИКИ в янгелевском ОКБ-586 (Днепропетровск) под руководством В. М. Ковтуненко был разработан малый унифицированный спутник серии ДС-У в трёх основных модификациях: с химическими источниками тока ДС-У1, с солнечными батареями ДС-У2 и с системой солнечной ориентации ДС-У3.
Защита эскизного проекта спутника состоялась летом 1964 года с участием главного конструктора ОКБ-586 М. К. Янгеля и Президента АН СССР М. В. Келдыша, представителей предприятий-смежников и институтов Академии наук. Докладывал проект В. М. Ковтуненко. В ходе обсуждения не обошлось и без ложки дёгтя. К. И. Грингауз из Радиотехнического института АН СССР, уже имевший опыт проведения исследований на борту космических аппаратов, заявил, что рассматриваемый проект — вчерашний день космонавтики: герметичный корпус и, как следствие, для размещаемой на борту спутника полезной нагрузки останется, в лучшем случае, не более трети от общей массы космического аппарата. Особой полемики это заявление не вызвало. Все отлично понимали, что в стране нет электроники для работы в открытом космосе. Но неприятный осадок остался. Тем не менее, проект был принят.
Ранее в королёвском ОКБ-1 были созданы малые спутники (МС), запущенные под наименованием «Космос-2, -3 и -5». В ОКБ-586 посчитали, что аббревиатура МС расшифровывается как «московский спутник» и назвали свой ДС, что означало «днепропетровский спутник».
Для Академии наук предусматривалось изготовление 18 малых спутников серии ДС-У. Они предназначались для продолжения исследований, начатых в 1962 году по программе «Космос» с целью накопления статистических данных, а также проведения ряда новых исследований, в том числе параметров верхней атмосферы, вариаций космического излучения, вспышек на Солнце в ультрафиолетовом и рентгеновском диапазонах, прохождения в ионосфере сверхдлинных волн, метеоритного вещества в окрестностях Земли, выполнения мировой магнитной съёмки и других целей.
В дальнейшем в ОКБ-586 были разработаны и запущены в производство более тяжёлые автоматические унифицированные орбитальные станции (АУОС) в двух модификациях. Они использовались в отечественной космической программе начиная со спутника «Космос-261», но особенно активно — в международной программе «Интеркосмос».
Предложение М. В. Келдыша монтировать научную аппаратуру на серийно изготавливаемые летательные аппараты в тот период полностью оправдало себя. В ходе развития программы космических исследований унификация серийных спутников трансформировалась в создание базовых платформ для установки на них научной аппаратуры, в соответствии с задачами эксперимента (двенадцать спутников серии «Прогноз», нынешние платформы «Навигатор» и «Карат»).
16 июля 1965 года была запущена самая тяжёлая на то время научная космическая станция «Протон» массой 12,2 тонн (масса научной аппаратуры — 3,5 тонн) для комплексного изучения космических лучей и взаимодействия с веществом частиц сверхвысоких энергий. Исследования были продолжены на станциях «Протон-2, -3, -4». На КА «Протон-4» массой около 17 тонн был установлен комплекс научной аппаратуры массой 12,5 тонны.
Полёты искусственного спутника (ИСЗ) «Протон» открыли новое направление в развитии экспериментальной и теоретической астрофизики, а также физики элементарных частиц. С помощью установленного на борту спутников ионизационного калориметра, гамма-телескопа и приборов для изучения космических лучей впервые в космосе исследовались солнечные космические лучи и их радиационная опасность, регистрировались энергетический спектр и химический состав космического излучения, изучалось ядерное взаимодействие частиц сверхвысоких энергий, фиксировалась абсолютная интенсивность и определялся энергетический спектр галактического гамма-излучения.
Идеологом проекта «Протон» был выдающийся советский физик Н. Л. Григоров. Он разработал оригинальный метод определения степени неупругости взаимодействия протонов космических лучей с атомными ядрами атмосферы. Изобрёл новый метод измерения энергии высокоэнергичных адронов – ионизационный калориметр. Предложил метод измерения нижней границы эффективного сечения неупругого взаимодействия протонов космических лучей высокой энергии с ядрами атмосферы путём измерения потока адронов в нижней части атмосферы, идущих без сопровождения другими частицами.
31 января 1966 года запущена автоматическая станция «Луна-9». 3 февраля 1966 года спускаемый аппарат станции впервые в мире совершил мягкую посадку на поверхность Луны и передал из района Океана Бурь панораму окружающего ландшафта. Длительность активного существования спускаемого аппарата на поверхности Луны составила 46 часов 30 минут 30 секунд.
Напомним, что ни одна из ранее предпринимавшихся попыток как отечественных, так и американских исследователей доставить на лунную поверхность научную аппаратуру в работоспособном состоянии не увенчалась успехом — с 1959 по 1965 год было совершено пять жёстких «посадок» на Луну американских «Рейнджеров» и четырёх советских «Лун».
Выполненная при различных высотах Солнца над горизонтом съёмка дала возможность изучить микрорельеф лунного грунта, определить размеры и форму впадин и камней. Успешная посадка спускаемого аппарата «Луна-9» и изображения лунной поверхности, переданные на Землю, имели большое значение для дальнейших полётов к Луне, включая планируемую высадку на неё человека.
3 марта 1966 года запущена автоматическая станция «Луна-10». 3 апреля она стала первым искусственным спутником Луны (ИСЛ). В течение 56 суток измерялись гамма-излучение поверхности, магнитное и гравитационное поля. Получены косвенные данные о химическом составе и радиоактивности пород Луны. В дальнейшем были запущены ещё три ИСЛ: «Луна-11, -12, -14» (1966—1968). Ни одна из станций не повторяла предыдущую: в каждой была своя изюминка, реализованы новые конструкторские решения, использована дополнительная научная аппаратура.
Установленная на «Луне-12» фототелевизионная система передала крупномасштабные изображения участков лунной поверхности. Систематические длительные наблюдения за изменением параметров орбит ИСЛ позволили уточнить соотношение масс Земли и её естественного спутника и данные о гравитационном поле Луны, её форме. Изучались также космические лучи и потоки идущих от Солнца заряженных частиц.
12 июня 1967 года запущена АМС «Beнера-4» — первый космический аппарат, выполнивший прямые измерения в атмосфере другой планеты. Сложность реализации проекта заключалось в том, что к этому времени не было достоверной информации об условиях в атмосфере и на поверхности планеты, прежде всего, о температуре и давлении. Спускаемый аппарат изготовили в расчёте на давление в 10 атмосфер. В итоге станция прекратила работу на высоте 25 километров от поверхности, не выдержав реального давления в 18 атмосфер. Вместе с тем, удалось выполнить прямые измерения характеристик атмосферы в течение первых полутора часов спуска: температуры, давления, скорости ветра, содержания СО2, N2 и Н20 на высотах 25...55 километров от поверхности планеты. Выяснилось, что атмосфера состоит на 90...95 % из СО2, азот не найден. В момент разрушения спускаемого аппарата была зафиксирована температура атмосферы 535 К.
На пролётном аппарате измерялись параметры космической плазмы и ультрафиолетовой радиации. Была открыта протяжённая водородная корона Венеры. В последующих запусках AMC «Венера-5 и -6» (1969) выполнялись аналогичные измерения с помощью приборов пролётных и спускаемых аппаратов, которые были рассчитаны на давление 25 атмосфер. При возрастании в ходе спуска давления до 27 атмосфер и температуры до 320 °С приём сигналов со станций прекратился.
В 1969 году состоялось два запуска автоматических планетных станций по программе «Марс-69». Оба оказались неудачными из-за аварий ракет-носителей.
Основной научной задачей станции «Марс-69» было фотографирование поверхности Марса при помощи трёх фототелевизионных установок, которые обеспечивали максимальное разрешение на снимках местности 200...500 метров. Применение трёх светофильтров давало возможность получить снимки в различных диапазонах спектра. Объективы с фокусным расстоянием в 50 и 350 миллиметров захватывали площадь размером 1500×1500 и 100×100 километров соответственно.
На AMC «Марс-69» также была установлена научная аппаратура для проведения широкого комплекса исследований планеты и околопланетного пространства. Радиометр радиочастотный РА69 предназначался для определения температуры поверхности Марса. Измеритель влажности ИВ1 определял содержание водяного пара в атмосфере планеты. Ультрафиолетовый спектрометр УСЗ служил для регистрации спектров отражённого от планеты излучения.
Инфракрасный фурье-спектрометр УТВ1 регистрировал излучение атмосферы и подстилающей поверхности планеты.
Датчики прибора-регистратора космического излучения КМ69 предназначались для исследования состава и спектра солнечных космических лучей, электронов и протонов. Гамма-спектрометр ГС3 предназначался для измерения амплитудных гамм-спектров. Масс-спектрометр водорода и гелия УМР2М служил для анализа ионного нейтрального состава атмосферы планеты.
Энергоспектрометр заряженных частиц ПЛ18М планировалось использовать для измерения потоков солнечной плазмы. Спектрометр ионов малых энергий РИП-803 предназначался для раздельных измерений плотности потока протонов и альфа-частиц.
19 декабря 1968 года был запущен спутник «Космос-261» для комплексных исследований верхних слоёв атмосферы Земли и природы полярных сияний, положивших начало программе сотрудничества социалистических стран.
14 октября 1969 года, в соответствии с межправительственными и межведомственными соглашениями о сотрудничестве в исследовании космического пространства в мирных целях стартовал ИСЗ «Интеркосмос-1». В рамках программы запущено 23 спутника и 11 высотных ракет «Вертикаль».
По назначению и направленности исследований спутники серии «Интеркосмос» можно условно разделить на следующие виды:
- солнечные — «Интеркосмос-1, -4, -7, -11, -16, — Коперник-500», для исследований ультрафиолетового и рентгеновского излучений Солнца, спорадического солнечного радиоизлучения;
- ионосферные — «Интеркосмос-2, -8, -12, -19, — Болгария-1300»;
- магнитосферные — «Интеркосмос-3, -5, -6, -10, -13, -14, -17, -18» — для изучения процессов, происходящих в верхней атмосфере Земли, низкочастотных электромагнитных излучений, динамики радиационного пояса Земли, космических лучей сверхвысоких энергий, а также электромагнитной связи магнитосферы с ионосферой (спутник «Интеркосмос-6» имел возвращаемый на Землю отсек с научной аппаратурой);
- «Интеркосмос-20, -21» — для исследования Земли (суши, Мирового океана и атмосферы).
Искусственные спутники Земли «Интеркосмос» были созданы на базе унифицированного КА серии «Космос» и отличались друг от друга системами ориентации, источниками питания и радиотелеметрическими системами.
Космический аппарат состоял из герметичного цилиндрического корпуса, выполненного из алюминиевого сплава, и двух полусферических днищ. Научная аппаратура размещалась в верхней полусфере, в цилиндрическом отсеке — служебная аппаратура, в нижней полусфере располагались системы энергопитания.
На поверхности цилиндрической части крепились панели солнечных батарей, блоки солнечных датчиков, исполнительные органы системы ориентации и антенно-фидерные устройства. Датчики научной аппаратуры располагались на верхней полусфере спутника или снаружи цилиндрической части корпуса на специальных штангах. Масса спутников «Интеркосмос» составляла от 200 до 1300 килограммов.
Искусственный спутник «Интеркосмос-15» (запущен 19.06.1976 года) представлял собой космический аппарат нового типа и был предназначен для осуществления более широкой программы научных исследований. Последующие спутники этой серии (за исключением «Интеркосмоса-16») создавались на базе уже этого космического аппарата.
Во время полёта аппарата «Интеркосмос-15» были испытаны его новые системы и агрегаты, в том числе созданная специалистами ВНР, ГДР, ПНР, СССР и ЧССР единая телеметрическая система (ЕТМС), позволяющая принимать научную информацию с борта спутника на наземных пунктах, расположенных на территориях стран, участвующих в совместных экспериментах. Система ЕТМС устанавливалась также на КА «Интеркосмос-18 и -19».
От спутника «Интеркосмос-18» был отделён чехословацкий малый научный спутник «Магион». Цель совместного автономного полёта этих аппаратов — исследование пространственной структуры низкочастотных электромагнитных полей в околоземном космическом пространстве. Одновременно со спутниковыми экспериментами осуществлялись согласованные измерения на ионосферных и солнечных обсерваториях стран — участниц сотрудничества.
На искусственных спутниках Земли «Интеркосмос-20, -21» проводились испытания созданной специалистами ВНР, ГДР, СРР, СССР и ЧССР экспериментальной телеметрической системы, предназначенной для сбора информации с наземных и морских измерительных пунктов (буев) и передачи её потребителям.
Эксперименты, проведенные на спутниках серии «Интеркосмос», дали важные научные результаты в области физики Солнца, верхней атмосферы, ионосферы и магнитосферы Земли. Они позволили изучить внутреннюю структуру фронта ударной волны и идентифицировать физические процессы, ответственные за формирование этой структуры, разогрев и ускорение частиц. Решение проблемы физики бесстолкновительных ударных волн имеет большое значение в физике космической и астрофизической плазмы.
17 августа 1970 года стартовала АМС «Beнера-7». Спускаемый аппарат станции был рассчитан уже на давление 150 атмосфер и температуру 500 °С. 15 декабря 1970 года он опустился на Венеру и в течение 27 мин передавал информацию с поверхности другой планеты. По данным бортовых приборов состав атмосферы — в основном углекислый газ, температура на поверхности 475 °С, давление 96 атмосфер.
Исследования Венеры были продолжены на спускаемых аппаратах АМС «Венеpa-8...-14». Станции «Венера-15 и -16» исследовали планету с орбиты искусственных спутников Венеры.
КА «Венера-8» стартовала 27 марта 1972 года. Впервые спускаемый аппарат станции произвел посадку на дневную сторону планеты. Важной вехой в венерианской программе исследований стала работа межпланетных станций «Венера-9 и -10» (1975), спускаемые аппараты которых впервые передали на Землю телевизионные изображения участков поверхности в месте посадки. Спускаемые аппараты станций «Венера-11 и -14» (1978—1982) выполнили тонкий химический анализ атмосферы и грунта планеты.
«…22 октября 1975 года межпланетная станция «Венера-9», преодолев за 136 суток полёта расстояние более 300 миллионов километров, выведена на орбиту вокруг Венеры и стала первым в истории искусственным спутником Венеры. Спускаемый аппарат станции совершил мягкую посадку на поверхность Венеры. Впервые в условиях атмосферы планеты Венера при давлении, в 90 раз большем, чем на Земле, и температуре 485 градусов по Цельсию получено уникальное изображение поверхности Венеры на месте посадки…»
С орбиты искусственных спутников Венеры станции «Венера-15» и «Венера-16» (1983) провели радиолокационную съёмку поверхности планеты. Это позволило составить рельефный глобус её северного полушария.
12 сентября 1970 года стартовала АМС «Луна-16» — первый автоматический космический аппарат, доставивший лунный грунт (105 граммов) на Землю. «Луна-24», запущенная 9 августа 1976 года, доставила 170,1 граммов грунта, образцы грунта взяты с глубины около двух метров.
17 ноября 1970 года на Луну десантирован первый самоходный автоматический аппарат — «Луноход-1» («Луна-17»). С его помощью детально обследована лунная поверхность в Море Дождей на площади 80 тысяч квадратных метров, получено более 200 панорам и свыше 20 тысяч снимков поверхности, проведены анализ грунта и исследования его механических свойств, в 25 точках анализировался химический состав грунта. Длительность активного существования «Лунохода-1» превысила 300 суток. Управлял луноходом с Земли сменный экипаж из пяти человек, в число которых входили и сотрудники ИКИ.
Аппарат-планетоход «Луноход-2» (доставлен на Луну 16 января 1973 года с помощью автоматической станции «Луна-21») проработал на лунной поверхности в Море Ясности около 150 земных или пяти лунных суток. Установленные на нём дополнительные приборы и повышенная работоспособность бортовых систем позволили выполнить значительно больший объём исследований, чем на аппарате «Луноход-1».
В это время в США практически параллельно с программой советских лунных автоматов активно разворачивались работы по подготовке высадки на лунную поверхность американских астронавтов. Отечественные исследователи со значительно меньшими финансовыми затратами и при полном отсутствии риска, связанного с работой людей в сверхэкстремальных условиях, обеспечили опережающую мягкую посадку космического аппарата на Луну, доставили на Землю образцы лунного грунта, выполнили длительное контактное изучение физико-химических свойств лунных пород при движении по лунной поверхности исследовательского зонда.
19 апреля 1971 года запущена первая долговременная орбитальная станция «Салют». На ней проводились исследования спектров звёзд в ультрафиолетовом (УФ) и гамма-диапазонах, потоков заряженных частиц, первичного космического излучения, потоков нейтронов и гамма-квантов. На КА «Салют-4» (1974—1977) регистрировались спектры солнечных вспышек, поток нейтронов и гамма-квантов, излучение рентгеновских источников. На станции второго поколения с двумя стыковочными узлами «Салют-6» (1977—1982) наблюдались астрофизические источники в УФ-, ИК-, сантиметровом и радиодиапазоне. Аппаратура «Салюта-7» исследовала рентгеновские источники, фоновые потоки гамма-квантов и заряженных частиц, ионизованное космическое излучение, осуществлены другие наблюдения и эксперименты.
28 мая 1971 года были запущены автоматические станции «Марс-2», «Марс-3». В декабре этого же года после шестимесячного полёта обе станции были выведены на околомарсианские орбиты. При подлёте к планете от «Марса-3» был отделён спускаемый аппарат, который совершил мягкую посадку на планету. Орбитальные аппараты станций стали искусственными спутниками Марса. Выполненные ими семь экспериментов были связаны с исследованиями самой планеты (измерения температуры грунта планеты, изучение её рельефа, состава и строения атмосферы с помощью инфракрасного радиометра, ультрафиолетового фотометра, радиотелескопа; имелся также комплекс для исследования магнитного поля и заряженных частиц в окрестностях Марса), три — с измерением параметров межпланетной среды и один — с исследованием радиоизлучения Солнца.
«Невозможно переоценить значение этого нового подвига советской науки. Он в полном смысле открывает новую эру в исследовании космического пространства».
Программу изучения Марса продолжили затем АМС «Марс-4...-7». Было обнаружено истечение планетарных ионов. Получены изображения поверхности Марса в его Южном полушарии и различные научные данные. Впервые выполнены прямые исследования марсианской атмосферы. В области высот от 20 км до поверхности измерялись давление и температура, определялись химический состав атмосферы и, в частности, содержание водяного пара в ней. Было выявлено присутствие небольшого количества озона на низких широтах. В основном же атмосфера, как показали измерения, состоит из углекислого газа, азота и аргона с примесью кислорода. Один из приборов — инфракрасный радиометр — измерил яркостную температуру грунта.
27 декабря 1971 года запуском ИСЗ «Ореол» началась реализация советско-французского проекта АРКАД по исследованию взаимодействия магнитосферы и ионосферы.
Спустя два года исследования были продолжены на аналогичном спутнике «Ореол-2», а с сентября 1981 года — «Ореоле-3». Особая ценность выполненных ИСЗ «Ореол-3» экспериментов в том, что они были скоординированы с наземными и ракетными измерениями. Получены принципиально новые научные результаты, ставшие важной вехой в изучении околоземной плазмы.
14 апреля 1972 года выведен на орбиту первый высокоапогейный спутник серии «Прогноз», предназначенный для изучения солнечно-земных связей — процессов солнечной активности и их влияния на межпланетную среду, магнитосферу и ионосферу Земли. С 1972 по 1983 год осуществлено десять успешных запусков спутников этой серии, проведены наблюдения в течение одиннадцатилетнего цикла солнечной активности. «Прогнозы» с первого по третий предназначались для контроля радиационной активности Солнца и прогнозирования радиационной безопасности полётов космонавтов. В ходе полётов КА «Прогноз-4...-8» были выполнены уникальные исследования структуры ударных волн солнечного ветра возле Земли.
Научная аппаратура «Прогнозов» включала также приборы для исследований электромагнитного излучения Солнца, потоков солнечных космических лучей и частиц высоких энергий вне и внутри магнитосферы Земли, регистрации характеристик плазмы солнечного ветра за пределами магнитосферы Земли и внутри магнитосферы, приёмники радиоизлучения, магнитометр, аппаратуру для измерения доз проникающего излучения на трассе полёта. На последующих ИСЗ серии «Прогноз» состав аппаратуры существенно расширился.
Созданный в ИКИ РАН высокочувствительный радиометр «Реликт», установленный на «Прогнозе-9, (запушен 1 июля 1983 года), впервые измерил из космоса анизотропию микроволнового фона. Heобычно высокая орбита спутника «Прогноз-9», почти достигавшая точки либрации в хвосте магнитосферы — 1,5 миллионов километров, позволила получить интересные данные по физике солнечного ветра.
С помощью ИСЗ «Прогноз-10» (запущен 10 октября 1985 года) проведён эксперимент ИНТЕРШОК, подготовленный учёными Института. Была получена уникальная информация о структуре околоземной ударной волны на границах магнитосферы.
В январе-феврале 1975 года реализуется советско-французский эксперимент АРАКС (Artificial Radiation and Auroral, Kerguelen — Soviet Union — искусственная радиация и полярное сияние) по искусственной инжекции электронов и плазменных струй в ионосфере с борта ракет (запуски осуществлялись с острова Кергелен в Индийском океане) и исследованию сопутствующих им эффектов в магнитосфере и ионосфере Земли. Эксперимент позволил проверить многие гипотезы о строении магнитосферы и поведении частиц в ней, механизмах генерации полярных сияний.
15 сентября 1976 года на орбиту выводится космический корабль «Союз-22», пилотируемый экипажем в составе В. Ф. Быковского и В. В. Аксёнова. На борту корабля был установлен созданный для изучения природных ресурсов и контроля окружающей среды из космоса, многозональный фотоаппарат МКФ-6, разработанный учёными и специалистами СССР и ГДР и изготовленный на предприятии «Карл Цейсс Йена».
Программа полёта включала три основные задачи: лётно-конструкторские испытания аппаратуры МКФ-6, дальнейшую обработку методов многозонального космического фотографирования с целью исследования поверхности и атмосферы Земли, проведение съёмок обширных районов СССР и ГДР для решения практических задач в интересах народного хозяйства обеих стран.
Полётом «Союз-22» завершился обширный комплекс работ в области фотографических методов изучения из космоса природных ресурсов Земли, проведённых Институтом космических исследований АН СССР, географическим факультетом МГУ имени М. В. Ломоносова и другими научными организациями СССР. Метод многозональной фотосьёмки оказался весьма эффективен для многих отраслей научных исследований и народного хозяйства, и его разработка была удостоена Государственной премии СССР в 1984 году.
23 марта 1983 года выведен на высокоапогейную орбиту первый советский специализированный ИСЗ для астрофизических наблюдений — космическая обсерватория «Астрон». Успешно функционировала свыше семи лет, установив отечественный рекорд длительности работы в космосе. Система ориентации позволяла наводить телескопы в любую точку неба с точностью 2..3°. Примерно такой же была и точность стабилизации. Разработанный в Институте рентгеновский телескоп имел площадь 1750 квадратных сантиметров, поле зрения 3° и временное разрешение 2,7 миллисекунд. Исследовались нестационарные явления в звёздах, аномалии их химического состава, УФ-излучение звёзд и галактик.
Всего было исследовано более 200 объектов, в том числе в рентгеновском диапазоне — свыше 70 различных источников. Часть из них наблюдалась одновременно в рентгеновском и ультрафиолетовом диапазонах. Были получены спектры нескольких сотен звёзд, в том числе с необычным химическим составом: новых и сверхновых звёзд, в частности Сверхновой 1987 года в Большом Магеллановом Облаке; другие галактики; газовые туманности и комета.
УФ-наблюдения нестационарных звёзд дали возможность впервые непосредственно определить размеры и температуру их горячих компонент.
15 и 21 декабря 1984 года запущены АМС «Вега-1 и -2». В июне 1985 года станции пролетели мимо Венеры и вышли на траекторию сближения с кометой Галлея. Перед пролётом около Венеры от них отделились спускаемые аппараты, каждый из которых разделился в венерианской атмосфере на две части — посадочный модуль и аэростатный зонд. В процессе снижения посадочных аппаратов измерялись характеристики облачного слоя и химического состава атмосферы. Посадка модуля станции «Вега-2» впервые была выполнена в высокогорном районе, поэтому анализ грунта в этом месте представлял особый интерес. По своему составу он оказался близким к оливиновому габбронориту. Были также обнаружены породы с относительно невысоким содержанием естественных радиоактивных элементов.
Аэростатные зонды после наполнения их оболочек гелием дрейфовали в атмосфере планеты на высоте 53...55 километров, выполняя измерения метеорологических параметров. Продолжительность работы зондов составила более 46 часов. Была получена новая уникальная информация о венерианской атмосфере. В частности, данные зондов показали наличие очень активных процессов в облачном слое Венеры, характеризующихся мощными восходящими и нисходящими потоками. Были также обнаружены грозовые разряды.
Но самой интересной была третья часть проекта — исследование кометы Галлея. Космические аппараты и комета двигались на встречных курсах. Скорость сближения превышала 70 километров в секунду. Трудность состояла и в том, что было невозможно заранее рассчитать траекторию движения кометы с необходимой точностью. Её уточнение продолжалось вплоть до прохождения станций мимо кометного ядра. «Вега-1» прошла на расстоянии 8890 километров от него, «Вега-2» — на расстоянии 8030 километров. Благодаря информации, полученной от аппаратов «Вега», удалось более точно подвести к комете европейский аппарат «Джотто» — 596 километров.
Аппараты «Вега» передали около 1500 снимков внутренних областей кометы и её ядра. Была получена информация о пылевой обстановке внутри комы, характеристиках плазмы, измерен темп испарения кометного вешества — 40 тонн в секунду в момент прохода станции около кометы и многое другое. Изображения ядра кометы были получены впервые в мире.
Чрезвычайно успешный проект ВЕГА —исследования Венеры и кометы Галлея — по сути, стал кульминацией «советского» периода работы института. За значительный вклад в развитие отечественной науки и техники институт был награждён орденом Ленина, директору института Р. 3. Сагдееву присвоено звание Героя Социалистического Труда, орденами и медалями были награждены многие сотрудники института.
20 февраля 1986 года запущен базовый блок орбитальной научной станции «Мир» с шестью стыковочными узлами. За 15 лет на комплексе «Мир» побывало 105 космонавтов, 10 лет он эксплуатировался в пилотируемом режиме. На его борту было проведено около 18 тысяч экспериментов, во многих из которых приняли участие учёные ИКИ РАН. Начиная с 1987 года с помощью обсерватории «Рентген», установленной на модуле «Квант» станции, изучались рентгеновские источники.
Опыт проведения исследований на модуле «Квант», как и на борту более ранних орбитальных станций, в том числе серии «Салют», показал существенные сложности работы с инструментами рентгеновского диапазона, размещенными на пилотируемых космических аппаратах. Среди них: ограниченность сеансов наблюдений в случае, если необходимо привлекать для работы космонавтов, поглощение мягкого рентгеновского излучения в микроатмосфере вокруг орбитальной станции, оседание вещества этой микроатмосферы на захоложенные части рентгеновских инструментов. Кроме того, динамические механические нагрузки на станции накладывают свои ограничения на параметры системы автономного наведения и стабилизации аппаратуры. Всё это вместе взятое постепенно привело к отказу от реализации масштабных астрофизических проектов на базе пилотируемых космических кораблей. Среди плюсов необходимо отметить возможность ремонта аппаратуры космонавтами. Так, в 1988 году на модуле «Квант» космонавты заменили неисправный детектор телескопа ТТМ (телескоп с теневой маской), и он после этого ещё долгое время продолжал успешно работать.
7 и 12 июля 1988 года запущены AMC «Фобос-1 и -2». Планировалось вывести их на орбиту искусственных спутников Марса (ИСМ), близкую к орбите Фобоса. Программа предусматривала многократные сближения с марсианским спутником, пассивные и активные дистанционные исследования его поверхности, посадку на него малых станций.
В сентябре 1988 года «Фобос-1» был потерян на пути к Марсу из-за ошибки, до-пущенной управленцами ЦУП при выдаче команд. «Фобос-2» выведен на орбиту ИСМ в конце января 1989 года. За два месяца его работы получено гораздо больше данных, чем во всех других отечественных марсианских программах. В частности, впервые были проведены масс-спектрометрические измерения, которые позволили обнаружить плазменные слои в магнитном хвосте Марса.
1 декабря 1989 года выведена на орбиту космическая рентгеновская обсерватория «Гранат». Среди важнейших результатов её наблюдений — открытие вспыхивающего рентгеновского пульсара, слежение за изменением периодов вращения ещё 12 рентгеновских пульсаров, обнаружение десятков рентгеновских всплесков от нейтронных звёзд-барстеров. Обсерватория «Гранат» работала в космосе почти 10 лет.
Была также предпринята первая попытка исследований гамма-всплесков одновременно в оптическом, инфракрасном и радиодиапазонах. На борту орбитальной обсерватории был установлен прибор «Подсолнух», который представлял собой комплекс рентгеновских и оптических детекторов, включаемых по результатам грубого измерения положения гамма-всплеска прибором «Конус».
3 августа 1995 года началась реализация проекта «Интербол» (1995–2000). В самом названии проекта определилась главная его задача — поиск в магнитосферной плазме «огненных шаров» («файрболов») и исследование взрывных процессов нагрева и ускорения в них плазмы, приводящих к вспышкам полярных сияний и магнитным бурям.
3 августа 1995 года запущен первый КА проекта ИНТЕРБОЛ – «Интербол-1» (СО-М2 №512, «Хвостовой зонд») с его субспутником «Магион-4» с пусковой установки 17П32-3 (317/3) космодрома Плесецк ракетой-носителем «Молния» на орбиту с апогеем 193 000 км и наклонением 62,8°. 29 августа 1996 года запущен первый КА проекта ИНТЕРБОЛ – «Интербол-2» (СО-М2 №513, «Авроральный зонд») с его субспутником «Магион-5» с пусковой установки 17П32-3 (317/3) космодрома Плесецк ракетой-носителем «Молния» на орбиту с апогеем 20 000 км и наклонением 62,8°.
Были запущены две пары «спутник-субспутник». Первая, с апогеем 200 тысяч километров, выполняла измерения в хвосте магнитосферы, каспах, вблизи магнитопаузы, в магнитослое и солнечном ветре. Вторая пара, с апогеем 20 тысяч километров, исследовала магнитосферную плазму над овалом полярных сияний, полярной шапкой и в каспе на средних высотах. Система из двух основных аппаратов — «Хвостовой зонд», «Авроральный зонд» и двух субспутников «Магион» позволила детально исследовать процессы одновременно в различных областях околоземного космического пространства, разделить пространственные и временные вариации измеряемых параметров.
Измерения, выполненные по проекту «Интербол», заставили пересмотреть представления о процессах в плазменном слое магнитосферы, изучить крупномасштабную динамику её возмущений при выбросе из внешних областей Солнца (солнечной короны) больших масс горячей плазмы и формирование гигантских «магнитных облаков» в солнечном ветре. Удалось исследовать глобальную перестройку всей магнитосферной системы.
Результаты измерений существенно повлияли на представления о физике магнитосфер больших планет, а также на теорию процессов в далёких астрофизических объектах.
7 апреля 2001 года запущена американская AMC «Марс-Одиссей». Разработанный в ИКИ РАН и установленный на борту станции нейтронный детектор ХЕНД (High Energy Neutron Detector, HEND) успешно выполнил одну из основных задач миссии — исследования нейтронного излучения Марса. По данным прибора обнаружены огромные запасы воды непосредственно под поверхностью Марса и измерена динамика сезонных отложений углекислоты на поверхности планеты.
17 октября 2002 года запущена Международная астрофизическая гамма-обсерватория «Интеграл». Российские учёные получили право на 25% её наблюдательного времени. Уже первые сеансы дали яркие научные результаты. В частности, в гамма-лучах построена детальная карта центра нашей Галактики с чувствительностью, значительно превышающей результаты всех предшествующих исследований. Открыто жёсткое рентгеновское излучение от галактического молекулярного облака, находящегося на расстоянии 300 световых лет от чёрной дыры в центре нашей Галактики. Обнаружены новая популяция источников гамма-излучения и новый класс космических гамма-всплесков, светимость которых в тысячи раз ниже, чем у «стандартных» источников.
2 июня 2003 года началась первая европейская планетная миссия «Марс-Экспресс». Проект был задуман как «экспедиция спасения» проекта «Марс-96», когда российская станция не вышла на траекторию полёта к планете. Научные задачи и состав аппаратуры станции «Марс-Экспресс» были «унаследованы» от погибшего российского аппарата. ИКИ разработал и изготовил ряд узлов и блоков для спектрометров ОМЕГА, ПФС (планетарный фурье-спектрометр) и СПИКАМ (спектрометр для изучения характеристик атмосферы Марса), установленных на борту станции. Спектральные измерения, выполненные с их помощью, позволили впервые напрямую обнаружить водяной лёд в постоянной южной полярной шапке, дали ряд других пионерских научных результатов.
Кроме орбитального отсека, станция несла малый посадочный аппарат «Бигль-2» (Beagle 2). Учёные ИКИ РАН принимали участие в создании для него мёссбауэровского спектрометра. К сожалению, посадка «Бигля-2» на поверхность была неудачной.
В январе-феврале 2004 года на Марс были доставлены американские марсоходы «Спирит» (Spirit) и «Оппортьюнити» (Opportunity). На них были установлены мёссбауэровский и альфа-рентгеновский спектрометры, осуществлявшие минералогический и элементный анализ грунта. Сотрудники ИКИ РАН калибровали приборы и создали каталог спектров минералов, наличие которых ожидалось в составе марсианского грунта. Уже первые данные позволили назвать основные группы минералов, слагающих марсианский грунт, — оливины (на Земле они имеются в лавовых породах) и силикаты.
9 ноября 2005 года была запущена межпланетная станция «Венера-Экспресс», которая стала первым за последние два десятилетия космическим аппаратом, специально нацеленным на исследования атмосферы, околопланетной плазмы и поверхности Венеры. Возврат к «забытой» планете с использованием современного, с широкими возможностями орбитальных наблюдений, космического аппарата, оснащённого мощным комплексом научной аппаратуры, позволил провести глобальный обзор физических процессов в атмосфере планеты, уточнить результаты ранее выполненных исследований, дополнить их новыми данными.
Российские учёные (в том числе из ИКИ) были привлечены к проекту на самых ранних этапах его подготовки, внесли значительный вклад в разработку научной программы и бортовой аппаратуры и стали полноправными участниками миссии.
В феврале 2007 года на российском сегменте Международной космической станции в рамках программы «Наука на МКС» реализуется её первый научный эксперимент, получивший обозначение «БТН-Нейтрон» (Бортовой Телескоп Нейтронов высоких энергий). Для его проведения использовался прибор БТН-М1 — по сути, запасной экземпляр аппаратуры ХЕНД, разработанной в ИКИ РАН для регистрации нейтронного излучения от планеты Марс с борта космического аппарата НАСА «Марс-Одиссей». Совместные измерения приборами ХЕНД с борта марсианского искусственного спутника и БТН-М1 с борта МКС позволили экспериментально оценить нейтронную компоненту радиационного фона на всех участках межпланетного перелёта «Земля-Марс-Земля», получить синхронные данные о потоках нейтронов на околоземной и околомарсианской орбитах, а также провести мониторинг космических гамма-всплесков для определения координат их источников на небесной сфере. Эти работы будут продолжены: к настоящему времени в ИКИ РАН изготовлен прибор БТН-М2 для установки его на новом российском модуле МЛМ (многофункциональный лабораторный модуль).
В июне 2009 года на окололунную орбиту был выведен американский «Лунный орбитальный разведчик» (ЛРО — LRO, Lunar Reconnaissance Orbiter), в состав научной аппаратуры которого входил российский нейтронный детектор (телескоп) ЛЕНД (лунный исследовательский нейтронный детектор), созданный в ИКИ РАН.
Это позволило приступить к решению трёх практических задач освоения Луны: исследованию оптимальных районов посадок на её поверхности как перспективных автоматических станций, так и пилотируемых кораблей; разведке водных ресурсов и потенциальных полезных ископаемых в лунных недрах; изучению радиационной обстановки на лунной поверхности с точки зрения воздействия на человеческий организм.
На первом этапе исследований данные российского нейтронного детектора позволили выбрать место столкновения с Луной аппарата LCROSS (Lunar CRater Observation and Sensing Satellite) (HACA), который был запущен вместе с LRO и предназначался для эксперимента по управляемой «бомбардировке» Луны. Планировалось, что состав вещества, выброшенного в результате столкновения разгонного блока «Центавр» и аппарата LCROSS с Луной, будет изучаться с помощью наземных обсерваторий и приборов аппарата LRO. Для столкновения был выбран кратер Кабеус, где относительное содержание водяного льда оказалось выше, чем в других областях Луны.
Прибор ЛЕНД подтвердил, что реголит в полярных областях Луны содержит относительно большое количество водяного льда — приблизительно 4 % в весовом соотношении, что хорошо согласуется с прямыми измерениями состава облака, поднявшегося над Луной в результате столкновения аппарата LCROSS с лунной поверхностью. Оказалось, что 5,6 % выброшенного материала — вода (это вдвое больше, чем содержание воды на Земле в пустыне Сахара).
На карте, построенной по данным российского прибора, видно, что район в кратере Кабеус с повышенным содержанием водорода простирается на 20 километров за границы постоянной затенённой области, которая была определена по измерениям, выполненным лазерным высотометром. Следовательно, водяной лёд в верхнем слое реголита может существовать и в тех областях, которые довольно сильно нагреваются под солнечными лучами в течение лунного дня. Это свидетельствует о том, что процессы лунного «круговорота воды» гораздо более сложны, чем считалось ранее.
17 сентября 2009 года на орбиту был выведен «Метеор-М1» — первый за последние десять лет отечественный метеорологический спутник. На его борту был установлен разработанный и изготовленный в ИКИ РАН комплекс многозональной спутниковой съёмки КМСС. Основное назначение этой аппаратуры — оперативный ежесуточный мониторинг всей территории Российской Федерации путём передачи на Землю цифровых снимков поверхности, полученных в шести зонах электромагнитного спектра. Ежедневно с помощью приборов КМСС получали изображения с восьми витков, проходящих над территорией РФ. Суммарное покрытие ежесуточного приёма изображений составляло более 40 млн кв. км. Технические характеристики съёмочной аппаратуры и применяемая технология обработки позволяли формировать геопривязанные цветосинтезированные цифровые снимки с пространственным разрешением от 80 м в полосе захвата около 1000 км.
В июле 2009 года на МКС была доставлена разработанная в ИКИ РАН аппаратура РУСАЛКА (РУчной Спектральный Анализатор Компонент Атмосферы). Задача выполняемых с её помощью исследований — наблюдения земной поверхности: солнечных бликов на поверхности воды и суши, снежных покровов, крупных городов, водной поверхности без бликов, вулканов. Цель этих наблюдений — отработка методики определения содержания углекислого газа и метана в атмосфере. Космический мониторинг даст возможность разделить вклады антропогенных воздействий и природных процессов извержения вулканов, лесные пожары и прочее) в парниковый эффект.
Проводились эксперименты по исследованию плазменно-волновых процессов — «Обстановка-1» (этап 1 и последующие), а также экологическому мониторингу низкоэлектромагнитных излучений как антропогенного характера, так и связанных с глобальными природными катаклизмами. Одна из задач этих исследований — селекция потоков энергии, поступающих в ионосферу «снизу» на фоне воздействия «сверху», что может существенно повысить эффективность прогнозов «космической погоды». Для этого на служебном модуле МКС размещена (как на внешней поверхности, так и внутри) созданная в ИКИ РАН аппаратура плазменно-волнового комплекса ПВК.
Большой обьём измеряемых физических параметров потребовал проведения специализированной бортовой обработки и сжатия получаемой информации. Это реализуется с помощью бортовых процессоров, установленных также как вне, так и внутри корпуса МКС. Одновременно с наблюдениями с борта МКС мониторинг окружающей космической среды выполнялся электромагнитно-чистым микроспутником «Чибис», созданным в ИКИ РАН и интегрированным в инфраструктуру МКС (спутник довыводился на орбиту с борта станции).
9 ноября 2011 года была запущена автоматическая межпланетная станция «Фобос-Грунт», предназначенная для доставки образцов грунта со спутника Марса Фобоса на Землю, определения физико-химических характеристик грунта Фобоса, исследований происхождения марсианских спутников, процессов взаимодействия его атмосферы и поверхности, взаимодействия малых тел Солнечной системы с солнечным ветром. Вместе с АМС «Фобос-Грунт» маршевая двигательная установка должна была доставить на орбиту Марса китайский микроспутник «Инхо-1» («Светлячок»). Однако в результате нештатной ситуации, когда не произошло расчётного срабатывания маршевой двигательной установки перелётного модуля, межпланетная станция не смогла покинуть окрестности Земли, оставшись на низкой околоземной орбите. 15 января 2012 года АМС сгорела в плотных слоях земной атмосферы.
18 июля 2011 года запущена первая с 1988 года в отечественной программе космических исследований астрофизическая обсерватория «Спектр-Р» («РадиоАстрон») с космическим радиотелескопом (КРТ), работа по созданию которой была начата в Институте ещё в 1980–1990 годах (сейчас головная организация по проекту — АКЦ ФИАН).
Основу проекта составляет наземно-космический радиоинтерферометр со сверхдлинной базой, состоящий из сети наземных телескопов и космического радиотелескопа, установленного на борту космического аппарата «Спектр-Р». Суть исследований заключается в одновременном наблюдении одного радиоисточника космическим и наземными радиотелескопами. Записи наблюдений снабжаются метками времени от высокоточных атомных часов, что, вместе с точным знанием положения телескопов, позволяет синхронизировать их и получить интерференцию сигналов, записанных на разных телескопах. Благодаря этому работающие независимо инструменты составляют единый интерферометр, угловое разрешение которого определяется расстоянием между телескопами, а не размером антенн (метод радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами — РСДБ).
Радиотелескоп обращался по эллиптической орбите с высотой апогея около 340 тысяч км, что сравнимо с расстоянием до Луны, и использовал лунную гравитацию для поворота плоскости своей орбиты.
Беспрецедентно высокое разрешение при наблюдении радиоисточников обеспечивалось за счёт большого плеча интерферометра, равного высоте апогея орбиты, и достигало миллионных долей угловой секунды.
Это позволяло:
- изучать релятивистские струи, а также непосредственные окрестности сверхмассивных чёрных дыр в активных галактиках;
- строение и динамику областей звёздообразования в нашей Галактике по мазерному и мегамазерному излучению;
- нейтронные звёзды и чёрные дыры в нашей Галактике — структуру по измерениям флуктуации функции видности, собственные движения и параллаксы;
- структуру и распределение межзвёздной и межпланетной плазмы по флуктуациям функции видности пульсаров;
- построить высокоточную астрономическую координатную систему;
- высокоточную модель гравитационного поля Земли.
Кроме научной аппаратуры для выполнения основной задачи миссии на борту космического аппарата «Спектр-Р» установлены приборы для плазменных исследований. Эксперимент, получивший обозначение «Плазма-Ф», имеет как прагматичную цель — непрерывное мониторирование параметров плазмы и энергичных частиц межпланетной среды (как части «космической погоды»), так и исследовательскую — изучение высокочастотной турбулентности этих параметров путём измерений с уникально высоким временным разрешением. Космический аппарат несколько дней находится вне магнитосферы Земли, что позволяет наблюдать межпланетную среду, а потом очень быстро проходит все слои магнитосферы, благодаря чему можно оперативно следить за её изменениями.
Не менее важно, что высокоапогейная орбита «Спектра-Р» предоставляла большие преимущества для проведения длительных (до семи суток) систематических измерений в межпланетной среде.
Эксперимент «Плазма-Ф», по сути, продолжил исследования по солнечно-земной физике (изучение процессов солнечной активности, их влияния на межпланетную среду и магнитосферу Земли), выполнявшиеся на базе спутников «Прогноз».
25 января 2012 года после выхода из транспортно-пускового контейнера грузового корабля «Прогресс-М-13М» начал автономную работу и завершил её 25 сентября 2014 года, войдя в плотные слои атмосферы, академический микроспутник «Чибис-М», созданный в ИКИ РАН. Два с половиной года семь бортовых приборов спутника собирали информацию о том, что происходит в атмосфере и ионосфере Земли во время гроз. Наблюдения в широком диапазоне — от ионосферных электромагнитных излучений до радио- и гамма-лучей — должны были прояснить, являются ли молнии источниками так называемых земных гамма-вспышек.
6 августа 2012 года марсоход Curiosity (NASA), с российским прибором ДАН на борту, совершил успешную посадку на поверхность Марса.
Прибор способен обнаружить воду или лёд, точнее, одну из двух составляющих воды — водород. Процесс напоминает флюорографию. В состав прибора входят импульсный источник нейтронов и приёмник нейтронного излучения. Генератор испускает в сторону марсианской поверхности импульсы нейтронов продолжительностью около 1 мкс, мощностью потока до 10 млн нейтронов с энергией 14 МэВ. Частицы проникают в грунт Марса на глубину до 1 м, где взаимодействуют с ядрами основных породообразующих элементов. В ходе таких взаимодействий быстрые нейтроны замедляются и теряют свою энергию. Часть их них поглощается в грунте, а часть выходит обратно на поверхность, где и регистрируется приёмником. На основании полученных данных прибор определяет глубину проникновения нейтронов и состав поверхностного грунта. Точные измерения возможны до глубины 50...70 см.
«Нейтронография» поверхности, сделанная прибором ДАН, позволила исследователям оценить содержание воды под колёсами марсохода и определить наиболее интересные для исследования районы с высоким содержанием воды в минералах. Именно такие районы представляют наибольший интерес для поиска признаков жизни.
По Ю. И. Зайцеву
- «Институт космических исследований РАН — 50 лет». М., ИКИ РАН, 2015
- Ю. И. Зайцев «ИКИ РАН — вчера, сегодня, завтра» // Природа, №9, 2015
