13:08 24.05.2011

Закончена очередная стадия опытно-конструкторских работ по проекту "Интергелиозонд" - уникальной космической миссии, нацеленной на вывод малого космического аппарата на орбиту вокруг Солнца

До начала 2012 года РАН и Роскосмос планируют провести эскизное проектирование космического аппарата, в ходе которого будет окончательно определен его облик и состав научной аппаратуры. Основные изображающие приборы, которым и предстоит "взглянуть" на нашу звезду с близкого расстояния, делаются в Физическом институте им. П.Н. Лебедева РАН.

Для чего вообще запускать космический аппарат к Солнцу? Наверное, для многих этот вопрос кажется тривиальным. Если мы хотим изучать Марс, то мы летим к Марсу. Если хотим изучать Юпитер, то к Юпитеру. Представляется логичным, что если мы хотим изучать Солнце, то надо лететь к Солнцу. Тем не менее, до сих пор почти все солнечные обсерватории работают на орбите около Земли. На близком расстоянии от нашей планеты работает европейская станция SOHO, вокруг Земли обращаются японская и американская солнечные обсерватории Hinode и SDO. На низкой орбите - около 500 км над поверхностью Земли - работала и российская солнечная обсерватория КОРОНАС-Фотон. Для выбора таких орбит есть свои причины. Это и относительная легкость запуска, и высокая защищенность аппаратуры от внешних космических воздействий (так как спутники работают под защитой магнитного поля Земли), а главное - простота связи с космическим аппаратом, работающим рядом с Землей, благодаря чему можно оперативно менять режим его работы, а также получать большие объемы научной информации. Новый аппарат "Интергелиозонд", который будет запущен непосредственно к Солнцу (на расстояние меньшее, нежели радиус орбиты Меркурия, ближайшей к Солнцу планеты) предоставляет исследователям совершенно новые возможности.

Проект исключительно сложен. Прежде всего, на такие расстояния от Земли невозможно вывести научную аппаратуру большой массы. На 17 научных приборов на борту отведено всего 120 кг. На четыре прибора, которые делает ФИАН - это блок из трех телескопов, коронограф, а также жесткий рентгеновский и оптический гелиосферный инструменты, - приходится только около 40 кг. Это значит, что предстоит создать новые инструменты. Приборы, прежде весившие около 50 кг (а именно такую массу имели, к примеру, фиановские телескопы ТЕСИС на спутнике КОРОНАС-Фотон), теперь должны иметь массу от 5 до 10 кг. Что для этого надо, в принципе, понятно: новые материалы для конструкции, максимальное облегчения веса большинства элементов и т.п. Но все это - новые технологии, которые еще предстоит освоить, а главное, доказать, что они не снизят надежность аппаратуры. Следующая проблема, которую потребуется решать - это ограниченность телеметрии. Спутник на некоторых участках орбиты будет отдален от Земли на расстояние до 250 млн км. По расчетам, даже при работе каналов связи по 10-20 часов в сутки передать с таких расстояний можно лишь несколько сот мегабайт данных в день. Но всего одно изображение Солнца может занимать до 8 Мбайт. Частично справиться с этим предполагается за счет сжатия данных (уплотнить информацию без потерь можно в 3-4 раза), но, конечно, надо понимать, что спутник летит не за массовой информацией, а за более редкими рядами уникальных кадров. И, конечно же, придется искать решение главной проблемы - поддержания теплового режима. На расстояниях орбиты Меркурия Солнце превращается в звезду-убийцу. Аппарату придется работать, когда температура на переднем щите составляет около 600 градусов Цельсия (многие металлы при такой температуре плавятся или становятся пластичным). Основным материалом для передней панели аппарата, направленной на Солнце, станут наиболее тугоплавкие металлы (вольфрам, молибден) и сплавы. Очень важно оградить от потоков тепла ключевые элементы телескопов, например, детекторы, на которых необходимо поддерживать температуру около 0 градусов Цельсия. На порядок возрастает радиационная нагрузка на фильтры. Помимо потоков излучения резко меняются и свойства окружающей плазмы - ее скорость, а также плотность заряженных частиц солнечного ветра, обдувающих аппарат и способных медленно разрушать большинство известных материалов. Ни в одном проекте до сих пор с подобными вопросами материаловедения сталкиваться не приходилось. От правильного выбора материалов, от понимания их поведения при высоких температурах во многом будет зависеть успех миссии.

Говорит один из разработчиков космических телескопов для миссии "Интергелиозонд", ведущий научный сотрудник лаборатории рентгеновской астрономии Солнца ФИАН, доктор физико-математических наук Сергей Богачев: "Для чего вообще нужен проект с такими высокими рисками? Идея вывести спутник к Солнцу появилась еще в 70-е годы. Но тогда просто не было технологий, способных ее обеспечить. Сейчас же такие технологии появились, и проекты вывода аппарата на орбиту вокруг Солнца одновременно начали развиваться в Роскосмосе и в Европейском космическом агентстве (ESA). Европейская миссия получила название Solar Orbiter. Основной массив данных о Солнце дают обсерватории, работающие около Земли в комфортных условиях и способные передавать огромные потоки данных. Но помимо таких стабильных миссий, в науке очень важную роль играют пионерские исследования, которые с высокими рисками, часто на грани имеющихся возможностей дают, пусть ограниченную, но исключительно важную уникальную информацию. Именно таково значение проекта "Интергелиозонд". Практически все, что будут видеть телескопы ФИАНа с борта аппарата, будет наблюдаться впервые в истории науки. Впервые человек увидит корону Солнца с разрешением около 300 км. Впервые спутник исследует полярные области Солнца. Разрабатываемые нами коронографы впервые взглянут на плоскость эклиптики "сверху", что позволит разглядеть реальную топологию межпланетного магнитного поля (которое по современным представлениям имеет форму спирали с центром на Солнце), а также позволит наблюдать, по какой реальной траектории движутся выбросы массы из Солнца к Земле".

Проект Solar Orbiter имеет те же огромные риски и технические трудности, но все же он строится в дополнение к уже имеющимся надежным средствам мониторинга Солнца (это и европейская космическая обсерватория SOHO, и спутники STEREO, и новейшая обсерватория НАСА - SDO). К сожалению, после выхода из строя спутника КОРОНАС-Фотон в России практически полностью утрачены возможности для систематического слежения за Солнцем, мониторинга и прогноза его активности - например, данные, которые ФИАН передает в Роскосмос, основаны исключительно на зарубежных наблюдениях. Вот эту проблему "Интергелиозонд", очень маленький спутник с ограниченной телеметрией, решить не может. Если же Роскосмос возобновит программу исследований Солнца - это может быть большая обсерватория либо группировка из нескольких малых аппаратов, рассредоточенных по орбитам около Земли, - создать научную аппаратуру для такого проекта специалисты ФИАНа готовы.

Информация предоставлена АНИ "ФИАН-информ"