Микроспутник “Чибис-М”, созданный в стенах ИКИ РАН, — прибор уникальной судьбы. Крошечный, весом всего 48 кг, аппарат, был изготовлен силами отнюдь не гигантов космической промышленности, а стал плодом сотрудничества нескольких научных организаций. Однако при этом малыш был выведен на орбиту с использованием очень серьезных систем — инфраструктуры российского сегмента Международной космической станции. Как и любому микроспутнику, ему предрекали довольно короткий срок жизни (год-полтора), но он, вопреки оценкам экспертов, проработал гораздо дольше — почти три! Начав автономную работу 25 января 2012 года и завершив ее 15 октября 2014-го, “Чибис-М” передал на Землю 24,8 Гбайта научных данных о том, что происходит в атмосфере и ионосфере нашей планеты. Благодаря информации, собранной этой “птичкой-невеличкой”, выполнен большой объем исследований, касающихся многочисленных аспектов физики гроз, формирования электрической структуры грозовых облаков, инициирования пробоя и распространения молнии.
О больших достижениях маленького аппарата мы попросили рассказать научного сотрудника ИКИ РАН, заместителя руководителя по научной работе проекта следующего микроспутника “Чибис-АИ” Максима ДОЛГОНОСОВА.
— Давайте начнем разговор с того, зачем вообще нужны малые летательные аппараты?
— Во-первых, это унифицированная, довольно дешевая платформа, которая дает возможность тем организациям — институтам, университетам, отдельным лабораториям, — которые раньше не были вовлечены в космическую деятельность, разрабатывать свои собственные приборы и привносить инновации в космическую отрасль. Микроаппараты доступны более широкому кругу заинтересованных лиц. Сравнительно небольшой срок подготовки аппарата вкупе с невысокой ценой значительно снижает потенциальные риски при неудачном выводе объекта на орбиту. Кроме того, маленькие спутники более экологичны. Отработав положенный срок, они полностью сгорают в атмосфере, не загрязняя поверхность Земли.
Наука сейчас довольно активно развивается, ученым постоянно требуются новые знания, часто бывает так, что аппарат надо запустить уже “завтра”. Микроспутники дают такую возможность. Разработка и подготовка к запуску большой орбитальной обсерватории занимает иногда более 10 лет. За это время научная аппаратура может устареть, что существенно снизит эффективность исследований. Однако в случае использования микроспутников эта проблема стоит не так остро, поскольку цикл их подготовки невелик.
Если говорить конкретно про “Чибис-М”, то у него были свои “прелести”. Главная — возможность запуска с борта МКС. В Специальном конструкторском бюро космического приборостроения ИКИ РАН в Тарусе для этого был создан транспортно-пусковой контейнер, конструкция которого разрабатывалась при участии РКК “Энергия”.
Второй положительный момент — это предложенный специалистами РКК “Энергия” баллистический маневр грузового корабля “Прогресс”, с которого был выведен на орбиту “Чибис-М”. Благодаря этому маневру нам удалось продлить время жизни микроспутника до трех лет. Немаловажно и то, что сам по себе этот аппарат имел достаточно большой размер для нужд науки: соотношение полезной нагрузки — научных приборов, которые стоят на микроспутнике, — его служебных систем, находилось где-то в районе 30%. Это один из лучших показателей в данном классе, поэтому для решения определенного круга задач такая платформа крайне удобна.
— Имел ли “Чибис-М” аналоги в России и мире?
— Никто, кроме нас, пока не запускал микроспутники через МКС, так что в этом плане аналогов нет. В целом же, тематику микроспутников в России сегодня стали развивать многие компании, например резиденты Фонда “Сколково”. Но они пока, насколько мне известно, создали лишь первые технологические образцы, и решение серьезных научных задач этими аппаратами еще в будущем. Что касается зарубежных коллег, то у них есть аналоги, в том числе подходящие для крупных исследовательских проектов, но имеющие свои особенности.
— Расскажите поподробнее о роли ИКИ РАН в судьбе “Чибис-М”?
— Эта работа объединила нескольких участников: помимо ИКИ РАН были задействованы Физический институт им. П.Н.Лебедева РАН, Научно-исследовательский институт ядерной физики им. Д.В.Скобельцына МГУ им. М.В.Ло-моносова, Львовский центр Института космических исследований На-
циональной академии наук и Национального космического агентства Украины, Университет им. Этвёша (Венгрия) и Институт физики атмосферы Чешской академии наук.
Прежде всего, на базе ИКИ был создан контейнер для запуска. Сама платформа — спутник — собран у нас же. Наконец, одна из приемных антенн была расположена в филиале ИКИ в Тарусе (для надежности, правда, были договоренности по приему данных и управлению спутником с венгерскими коллегами, а также с учеными в Красноярске и Калуге). Научная аппаратура была распределена так: за радиочастотный анализатор отвечал ИКИ РАН; за оптическую камеру и магнитно-волновой комплекс — все понемногу (ученые из России, Венгрии, Украины), а за гамма-детекторы и ультрафиолетовые и инфракрасные датчики — МГУ. Другими словами, ИКИ РАН сыграл роль этакой единой точки входа, через которую осуществлялось руководство проектом, сбор информации.
Нельзя не упомянуть и собственный ЦУП, находившийся в ИКИ. При малой жизни аппарата его наличие “под рукой” довольно актуально. Перед микроспутником стояла задача мониторинга молний в режиме реального времени. Мы пытались понять механизм влияния циклонов, антициклонов, тайфунов на тропосферу, изучить молниевую активность. Предсказать зарождение циклонов, тем более на пару лет вперед, нельзя. Поэтому большим плюсом был тот факт, что мы могли через ЦУП, в зависимости от текущей ситуации, включать и выключать научную аппаратуру, когда спутник пролетал над тем или иным регионом. В ЦУП же у нас проходили регулярные заседания группы управления, научный комитет проекта подавал заявки на изменение хода работ, то есть шла активная онлайн-деятельность на протяжении всего времени полета микроспутника.
Надеемся, что удастся сохранить эту систему организации исследовательского процесса в двух следующих наших экспериментах, ориентировочно запланированных на 2019 год, — “Чибис-АИ” и “Трабант”. Первый займется изучением природы “высотных” молний и сопутствующих им процессов в атмосфере и ионосфере Земли, второй разрабатывается для мониторинга окружающей космической среды с помощью измерений магнитного поля, магнитно-волновых параметров ионосферной плазмы в особо чистых условиях, когда сами материалы, служебные системы, которые находятся на борту микроспутника, не влияют на измерения параметров плазмы и электромагнитных волн в этой плазме (поэтому он называется магниточистым). “Чибис-АИ” будет еще более “нашим”, сделанным преимущественно в ИКИ РАН.
— Возникали ли какие-то сложности при эксплуатации первого “Чибиса”?
— Напомню, что, в основном, тот микроспутник изготавливался на деньги РАН. Надо отдать должное тогдашнему руководству академии и нашему директору, одному из научных руководителей проекта, академику Льву Матвеевичу Зеленому, сумевшим изыскать эти средства. Конечно, финансирование “Чибиса-М” со стороны РАН было — в силу понятных причин — не то чтобы огромным. Это привело к тому, что база оборудования, использованная в том микроспутнике, оказалась не самой надежной. В принципе, она работала без особых проблем, но случилась одна нештатная ситуация, когда, как мы предполагаем, высокоэнергетическая частица попала в бортовой компьютер и сбросила память служебных систем. Но изначально создавались разные каналы связи с микроспутником, и у нас было несколько вариантов, как “зайти” в систему, чтобы все исправить.
— Что нового удалось узнать про молнии с помощью “Чибис-М”? Или говорить о конкретных результатах пока рано?
— Безусловно, уже есть и научные результаты, и публикации, но работа идет до сих пор. Оказалось, что для качественного, с точки зрения научного сообщества, представления материалов нужны немного другие приборы, да еще и мощная поддержка с Земли. В частности, данные с наземных сетей регистрации молний, станций измерения параметров плазмы и состояния ионосферы. Сейчас мы четче осознаем, в каком направлении предстоит работать дальше.
— Кто будет поставлять вам информацию с Земли?
— У нас есть ряд предварительных договоренностей с коллегами из таких организаций, как World Wide Lightning Location Network, National Lightning Detection Network (США), Система ионозондов (ЮАР), бразильская сеть детектирования молний RINDAT.
Кстати, в мире есть и другие проекты, схожие с “Чибис-АИ” по составу научных задач, например, сейчас Европейское космическое агентство готовит аппарат “TARANIS”. Правда, дата его запуска постоянно откладывается и пока намечена на конец 2016-го. Это более “нагруженный наукой” проект, в котором ведущую роль играют французские ученые. Конкурировать с ним наш новый “Чибис” не будет — европейский микроспутник крупнее, на нем будет установлено больше оборудования. Но хотелось бы, чтобы “Чибис-АИ” и “TARANIS” полетели вместе, потому что российский микроспутник сможет внести весомый вклад в проект ЕКА. И пусть наша “птичка” меньше по размеру и летает ниже, но у нас уже накоплен богатый опыт детектирования молний, и мы можем им поделиться с коллегами к общему благу. Поэтому здорово было бы увидеть два этих аппарата на орбите одновременно. Для этого сейчас мы подали заявку на совместный российско-французский грант.
— Чем лично вас привлекает работа с микроспутниками?
— Во-первых, здесь есть некий вызов исследователю, потому что само явление, которое мы изучаем, объединяет сразу несколько областей — и электричество, и атмосферные эффекты, и электродинамика, и какие-то моменты ядерной физики. Для меня это — возможность посмотреть на науку шире, “перезагрузить систему”. К тому же оказалось, что помимо чисто фундаментальных исследований в наших задачах есть много интересных технических моментов. Сам я — физик-теоретик, но пока идет эта работа с “Чибисами”, каждый день мне приходится узнавать что-то новое.
Обычно многие этапы работы — от формулирования задачи, написания эскизного проекта до производства микроспутника — проходят мимо ученых из нашей сферы. Мы привыкли иметь дело с поступающими данными, когда аппараты уже летают, лаборатория находится где-то далеко, потрогать или увидеть ее ты не можешь, а все, что есть под рукой, — лишь некий набор цифр. Но благодаря ИКИ РАН и “Чибисам” я получил возможность поучаствовать в проекте с нуля, от зарождения идеи до ее реализации, что, как мне кажется, для молодого ученого крайне полезно.
Анна ШАТАЛОВА
Спецвыпуск, посвященный юбилею ИКИ РАН, представлен в формате PDF
Нет комментариев