Интершо́к — совместный советско - чехословацкий космический эксперимент, выполнявшийся по программе международного сотрудничества « Интеркосмос » на космическом аппарате « Прогноз-10 » («Интеркосмос-23»). Целью проекта «Интершок» было детальное изучение структуры и характеристик ударной волны и магнитопаузы , возникающих при взаимодействии солнечного ветра с магнитосферой Земли.

Спутник «Прогноз-10» с набором научной аппаратуры по проекту «Интершок» был запущен с космодрома Байконур ракетой-носителем « Молния-М » 26 апреля 1985 года. Последние данные с аппарата получены 11 ноября 1985 года. В эксперименте «Интершок» были получены уникальные научные данные, существенно расширившие представления о магнитосфере Земли и солнечно-земных связях .

Предыстория проекта

В исследованиях космического пространства , проводимых на первых автоматических межпланетных станциях и искусственных спутниках , удалявшихся на расстояние более 100 000 км от Земли, было обнаружено новое явление — бесстолкновительная ударная волна , отделяющая солнечный ветер от магнитосферы . Гипотеза о существовании ударных волн такого типа впервые была выдвинута в 1959 году Р. З. Сагдеевым (впоследствии — академик и директор Института космических исследований ) . 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 .

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 . 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» .

Ключевыми моментами при подготовке проекта «Интершок» были: обеспечение методов разносторонней диагностики явлений в космической плазме ; достижение максимально возможного при измерениях; измерение основных типов волновых излучений . 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 .

Космический аппарат проекта «Интершок»

Внешние изображения
	(рус.) . 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 . 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 .

Спутник, запущенный носителем « Молния-М » с Байконура 26 апреля 1985 года для проведения эксперимента «Интершок» , в рамках серии получил обозначение «Прогноз-10», а по программе «Интеркосмос» — «Интеркосмос-23» . Он был выведен на орбиту с апогеем 200 000 км, перигеем 400 км, наклонением 65° и периодом обращения 96 часов . Работа с «Прогнозом-10» и приём научных данных продолжались до ноября 1985 года . Спутник сошёл с орбиты и прекратил своё существование в январе 1994 года .

Конструкция

Спутники серии « Прогноз » (заводское обозначение «СО-М», «Солнечный Объект, Модернизированный»), предназначенные для изучения солнечной активности , околоземного пространства и астрофизических исследований , были выполнены в виде герметичного цилиндрического контейнера диаметром 150 см и высотой 120 см, закрытого полусферическими днищами. На днище устанавливалась рама с датчиками системы ориентации , антеннами радиотехнического комплекса и научными датчиками. На цилиндрической части корпуса размещались микродвигатели ориентации и запас сжатого газа для них, научные приборы и четыре панели солнечных батарей с размахом 6 метров и общей площадью 7 м², на их концах находились штанга магнитометра , измерительные приборы и антенны научной аппаратуры . 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 . Конструкция спутников позволяла без проведения дополнительных испытаний всего аппарата изменять состав устанавливаемых приборов и решать в каждом полёте новые научные задачи . Cпутники «Прогноз» имели бортовое запоминающее устройство, позволяющее накапливать информацию и передавать её на Землю во время очередного сеанса связи .

Полезная нагрузка

Масса аппарата составляла 933 кг, полезной нагрузки — 125 кг. На спутнике были установлены следующие инструменты, созданные кооперацией научных учреждений СССР , ЧССР , ПНР , ВНР , ГДР и НРБ :

• 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 ;
• БУД-ВАР — анализатор низкочастотных флуктуаций электрического и магнитного полей и потока ионов плазмы;
• ЭНЧУВ (энергичные частицы на ударной волне) — комплекс, включавший энергоспектрометры протонов , ионов и электронов , а также прибор для измерения изотопного состава ядер ;
• СГ-76 — трёхкомпонентный магнитометр ;
• РФ-2П — рентгеновский фотометр для измерения всплесков солнечного излучения ;
• АКР-2М — анализатор километрового радиоизлучения для измерения солнечных радио-всплесков, а также излучения в магнитосфере Земли;
• БРОД — перепрограммируемая бортовая вычислительная машина , предназначенная для выработки признака пересечения ударной волны и организации режимов быстрого опроса приборов, содержала стековую память для записи предыстории события;
• ОРИОН — информационная система для регистрации и запоминания данных.

Информационное обеспечение эксперимента «Интершок»

Проблемой при создании комплекса научной аппаратуры спутника была необходимость обеспечить скоростное считывание и передачу больших объёмов информации. Каждое пересечение ударной волны длилось от десятка секунд до нескольких минут, за это время требовалось провести все измерения с максимальным пространственным и временны́м разрешением и собрать данные для передачи на наземные станции. Предсказать момент пересечения было невозможно из-за постоянно меняющейся в космосе обстановки, а объём бортовой памяти телеметрической системы аппарата позволял хранить только несколько минут измерений требуемого разрешения, что исключало их непрерывную запись. Для записи и передачи научной информации в эксперименте «Интершок» были созданы комплексы ОРИОН и БРОД. Первая в мировой практике специализированная бортовая вычислительная машина для научных исследований БРОД была разработана чешскими специалистами. БРОД непрерывно опрашивала измерительные приборы аппарата и записывала данные в собственную стековую память . 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 . 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 . На каждом четырёхсуточном витке проводилось от 2 до 5 сеансов связи .

Управление аппаратом «Прогоноз-10» и приём данных телеметрии проводились средствами НИП-10 , расположенного недалеко от Симферополя . Управление системой БРОД осуществлялось из чешской обсерватории 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 . 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 .

Результаты проекта

Проект «Интершок» был одним из первых широкомасштабных экспериментальных исследований в области солнечно-земной физики . Для него был разработан большой набор новой диагностической аппаратуры, часть которой имела уникальные характеристики. Впервые для анализа информации со всех научных инструментов и управления её сбором на борту аппарата использовался специально созданный компьютер. Многократная регистрация сильной околоземной волны и более слабых межпланетных ударных волн во время полёта спутника «Прогноз-10» позволила исследовать связь их характеристик с параметрами солнечного ветра. В результате проведенных экспериментов зарегистрирована тонкая структура фронта ударной волны, состоящая из нескольких выраженных последовательных областей с различным распределением энергий и направлений ионов .

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 . 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 « », « », «Интербол-1» и «Магион-4» , « » . 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 .

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 » , дальнейшее изучение магнитосферы многоспутниковыми системами было продолжено в программах « » ( ESA ) и « THEMIS » ( NASA ) .

Примечания

Литература

• Галеев А. А., В. Вумба, Вайсберг О. Л., С. Фишер, Застенкер Г. Н. Проект «Интершок» — исследование тонкой структуры ударных волн в космической плазме - цели, задачи, методы (рус.) // Космические исследования : журнал. — 1986. — Т. XXIV , вып. 2 . — С. 147—150 . — ISSN .
• Обратный отсчет…2 (45 лет ИКИ РАН) (рус.) / Сост. А. М. Певзнер. — Москва: ИКИ РАН , 2010.
• Застенкер Г. Н. (рус.) // Вестник НПО им. С. А. Лавочкина : журнал. — 2012. — № 5(16) . — С. 4—11 . — ISSN .
• Зеленый Л. М., Хартов В. В., Застенкер Г. Н. и др. (рус.) // Вестник НПО им. С. А. Лавочкина : журнал. — 2015. — № 3(29) . — С. 17—27 . — ISSN .

Ссылки

• (рус.) . mysterylife.ru . Дата обращения: 17 мая 2021.
• (англ.) . NASA Space Science Data Coordinated Archive . Дата обращения: 16 мая 2021.