Точка бифуркации отечественной программы внеатмосферной астрономии

В.Г.Курт
В.Г.Курт

Конечно же, сослагательное наклонение не имеет места в истории, в том числе и в истории науки и техники. Что было бы, если бы немцы смогли сконструировать ядерное оружие в 43-м или даже в 44-м году? Как бы изменился ход истории или ход Второй мировой войны? Такие вопросы, наверное, и не стоит задавать, и, однако же. На самом деле, подобные псевдоисторические статьи могут научить, как надо поступать, чтобы не наступать на одни и те же грабли два и более раза.

Итак, вернемся к теме нашей странной статьи.

Начиная с 1958 года, т. е. практически сразу же после запуска первого искусственного спутника Земли, академик

С.П.Королев и президент АН СССР академик М.В.Келдыш стали интенсивно продвигать программу создания аппаратов для исследования Луны, Марса и Венеры. Были поставлены фантастические тогда задачи облета Луны и получения фотографий обратной, невидимой с Земли стороны Луны, посадки на поверхность Луны с передачей панорамы лунной поверхности. Для Марса и Венеры начали разрабатывать аппараты для создания пролетных аппаратов, искусственных спутников Марса и Венеры и станций для посадки на поверхность этих планет.

Первый запуск к Венере (станция «Венера-1») был осуществлен уже в 1961. Все наши первые запуски к Венере и Марсу были неудачными. Первый успех был достигнут в 1967 году, когда 18 октября 1967 года станция «ВЕНЕРА-4» успешно достигла планеты и спускаемый аппарат (СА) опустился до 23 км над поверхностью планеты. Он был раздавлен высоким давлением углекислотной атмосферы планеты при 18 атмосферах. Однако при следующей серии запусков, когда СА был сконструирован вплоть до прочности 100 атмосфер, все прошло удачно. Были проведены масс-cпектроскопические измерения химсостава атмосферы Венеры, измерения давления, температуры и плотности, получены цветные и черно-белые монохромные потрясающие панорамы окрестности места посадки, выполнены десятки замечательных экспериментов как на поверхности, так и в окрестности планеты. Апофеозом наших успехов был запуск двух летающих баллонов в атмосфере Венеры, на высоте около 60 км.

С Марсом же все обстояло гораздо хуже. Практически все наши миссии к Марсу были неудачными. Нам так и не удалось посадить на поверхность красной планеты ни одного аппарата. Спутники же Марса, хотя и не по полной программе, иногда все же успешно работали.

Лунная программа была вообще достаточно успешна. Работали и спутники Луны, и посадочные станции на ее поверхности, и два аппарата, доставившие образцы лунного грунта на Землю. Наконец, блестящий триумф — два самоходных лунохода, управляемых операторами с Земли! Что же касается далеких, больших планет Солнечной системы -Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна, то к ним наши аппараты вообще не летали.

Цена, заплаченная за эти успехи, была, конечно, непомерно высока. Вот перечень наших запусков к Луне, Венере и Марсу.

К Луне было запущено 58 аппаратов, из них полностью успешных — лишь 16. К Венере — 29 аппаратов, из них полностью успешных — 12 и частично успешных — 3. К Марсу было направлено 20 аппаратов, из них частично успешных — лишь 5 и ни одного полностью успешного. Итого, для реализации нашей амбициозной планетой программы было запущено 107 станций, а полностью успешных из них было лишь 28. Сколько она стоила, вряд ли кто-нибудь знает, денег в СССР по-настоящему тогда не считали. И это — помимо трех неудачных запусков титанической ракеты высотой 105 м Н-1 с лунным модулем Л-3 для планируемых пилотируемых полетов на Луну. Блестящая статья, суммирующая список всех запусков к планетам Солнечной системы в ХХ веке (и наших, и американских), была опубликована в журнале «Космические исследования» (В.И.Мороз, В. ТХантресс, И.Л.Шевалев Космические исследования, 2002, т. 40, № 5, стр. 451−481).

С другой стороны, руководство Института космических исследований АН СССР, академики Г. И.Петров, Р.З.Сагдеев и А.А.Галеев были увлечены проблемами магнитосферы Земли и также планетными исследованиями. А ведь существовала еще одна ветвь астрономии, гораздо более многообещающая и более важная, нежели геофизические и планетные исследования, а именно — внеатмосферная астрономия, включавшая в себя весь спектральный диапазон — от гамма-лучей и до радиодиапазона. Видимый диапазон, хотя и доступный наземным телескопам, также имел большие перспективы при выводе оптического, хорошо изготовленного телескопа даже умеренных размеров, скажем диаметром 1 метр. Дрожание изображения, вызванное турбулентностью земной атмосферы, ограничивает предельное угловое разрешение телескопов до 1−2'', что соответствует всего лишь дифракционному разрешению 10-сантиметрового любительского телескопа. Уже метровый телескоп, вынесенный за пределы земной атмосферы, имел бы разрешение в оптике 0,1''. Ошеломляющий успех 2,4-метрового телескопа имени Эдвина Хаббла это доказал. Для него было достигнуто практически дифракционное разрешение, т. е. 0,04'' в оптике и 0,01'' в ультрафиолете!

Успехи западных стран в рентгеновском диапазоне, а потом в инфракрасном и субмиллиметровом диапазонах ни в чем не уступали исследованиям в оптике и ультрафиолете. Блестящие достижения были получены Европейским (Голландия, Великобритания и США) спутником IRAS с диаметром зеркала всего 60 см. Им были открыты 250 000 источников инфракрасного излучения, десятки новых астероидов и комет, исследованы планеты Солнечной системы и их спутники.

Еще более совершенный — спутник «Спитцер» (США) с зеркалом диаметром 85 см. Он стал первой инфракрасной обсерваторией, выведенной не на геоцентрическую (вокруг Земли), а на гелиоцентрическую (вокруг Солнца) траекторию. Год назад он впервые непосредственно разглядел (естественно, в инфракрасных лучах) две внесолнечные планеты, что ранее было не под силу ни одному инструменту. Его аппаратура позволила открыть несколько сверх-массивных черных дыр и гигантские пылевые облака, окружающие некоторые звезды.

В одной статье нет возможности описать десятки рентгеновских спутников, запущенных в США, Голландии, Японии, Англии, а также аналогичные спутники для исследования астрономических объектов в жестком рентгене и в гамма-диапазоне.

Астрофизическая станция «Астрон» с УФ-телескопом диаметром 90см и рентгеновским телескопом СКР-02М
Астрофизическая станция «Астрон» с УФ-телескопом диаметром 90 см и рентгеновским телескопом СКР-02М

А каковы же наши отечественные успехи в области «большой астрономии»? По сравнению со 100 аппаратами для планетной программы исследований Марса, Венеры и Луны счет астрономических спутников легко исчисляется на пальцах одной руки.

В 1983 г. на базе станции для исследования Венеры НПО им. Лавочкина разработало спутник «Астрон», запущенный 19 марта 1983 г. На его борту был установлен 80-сантиметровый УФ-телескоп СПИКА (КрАО АН СССР) и рентгеновский телескоп СКР-02М (ИКИ АН СССР). Руководителями УФ-эксперимента являлись академики А.Б.Северный и А. А. Боярчук.

Рентгеновский телескоп СКР-02М имел эффективную площадь 1750 кв. см для диапазона энергий 2−25 кэВ и прекрасное временное разрешение 2,7 мс, что даже для сегодняшнего дня вполне неплохо. С помощью такого временного разрешения и были проведены наблюдения всех известных на то время рентгеновских пульсаров, включая пульсар в Крабовидной туманности с периодом 33 мс. Были выполнены также наблюдения 30 интересных нестационарных рентгеновских источников и получены их спектры. Раз в году проводились наблюдения

пульсара в Крабовидной туманности для спектральной калибровки 11 каналов спектрометра. Диаграмма направленности почти треугольной формы была образована механическим сотовым шестигранным коллиматором и имела полуширину 3 градуса. Руководителями рентгеновского эксперимента были сотрудники ИКИ АН СССР и ГАИШ МГУ автор этой статьи и Е.К.Шеффер.

Рисунок спутника «Радио- астрон» для наземно-кос мического радиоинтер-фрометра
Рисунок спутника «Радио-астрон» для наземно-космического радиоинтерфрометра

Спутник имел хорошо выбранную орбиту, что обеспечило почти 10летнюю нормальную работу всей аппаратуры вне радиационных поясов Земли, на удалениях свыше 50 000 км от Земли. За почти десятилетие его нормального функционирования на борт было выдано около 100 000 радиокоманд, из которых не прошли всего 3 или 4.

За шесть лет работы телескоп «Спика» изучил ультрафиолетовую часть спектра многих звезд, открыл переменность активных ядер галактик в ультрафиолете, обнаружил продукты термоядерного синтеза в остатках знаменитой сверхновой 1987 г. в Большом Магеллановом облаке более чем за 100 дней до того, как это повторили другими методами. С помощью телескопа оценили темп потери массы кометой Галлея и, соответственно, время ее жизни. Также получено множество других результатов.

В то время, 20−25 лет тому назад — задолго до космического телескопа им. Э. Хаббла, — все эти результаты были на уровне лучших мировых достижений.

Через шесть лет после запуска столь успешного «Астрона», 1 декабря 1989 г., на орбиту был выведен спутник «Гранат» с французской камерой с кодированной маской для жесткого рентгена «Сигма». Руководителем этого блестящего научного эксперимента был академик РАН Р.А.Сюняев. Спутник «Гранат» проработал на орбите почти 10 лет. Его результаты были впечатляющи даже в сравнении с американскими и европейскими рентгеновскими аппаратами.

На борту спутника «Гранат» работали шесть научных приборов, которые перекрывали широкий диапазон рентгеновского и гамма-излучения:

(1) основной прибор, изготовленный и разработан -ный во Франции, рентгеновский детектор с кодирующей маской «Сигма» на диапазон от 40 кэВ и до 1.3 МэВ;

(2−3) два отечественных рентгеновских спектрометра — АРТ-П (4−60 кэВ) и АРТ-С (10−100 кэВ);

(4) детектор гамма-всплесков «Фе-бус» (100 кэВ — 100 МэВ); (5) рентгеновский 4п монитор ВОТЧ (6−180 кэВ) и (6) прибор Ленинградского физикотехнического института им. А.Ф.Иоффе КОНУС-Б для регистрации гамма-всплесков и рентгеновских короткоживущих транзиентов (10 кэВ — 8 МэВ).

Получены глубокие изображения центра Галактики в двух спектральных диапазонах: 40−150 кэВ и 4−20 кэВ. На этих изображениях видны множество неизвестных ранее черных дыр и нейтронных звезд в окрестностях Центра Галактики. Открыты несколько кандидатов в черные дыры, среди которых наибольший интерес представляет источник GRS 1915+105. Обнаружены квазипериодические флуктуации рентгеновского потока ряда черных дыр с аккрецией в Галактике — они до сих пор являются предметом споров теоретиков.

Наблюдалась эмиссионная анигилляционная линия в спектрах двух рентгеновских источников.

Было открыто диффузное излучение (8−22 кэВ) около Центра Галактики — по-видимому, связанное с активностью сверхмассивной черной дыры Стрелец А.

Вполне заслуженно коллективы «Астрона» и «Граната» из КраО АН СССР, ИКИ РАН, НПО им. Лавочкина, НПО «Гранит» были удостоены правительственных наград, а руководители научных и технических коллективов. получили Государственную премию СССР.

спутник «Гранат» с рентгенов-
спутник «Гранат» с рентгеновским телескопом жесткого диапазона «сигма»

Третьим и последним удачным аппаратом был рентгеновский модуль «Квант», 12 апреля 1987 г. пристыкованный к орбитальной пилотируемой станции «Мир». На нем был установлен большой комплекс отечественной рентгеновской аппаратуры. Этот эксперимент, возможно, и уступал по числу решенных задач «Гранату», однако был более чем успешным, несмотря на то, что пилотируемые станции и у нас, и в США не слишком приспособлены для проведения астрофизических экспериментов.

На этих трех экспериментах заканчивается список наших крупных универсальных астрофизических станций.

Из остальных стоит упомянуть эксперимент «Гамма-1» для наблюдений в жестком гамма-диапазоне — от 30 МэВ и до тысячи МэВ. Из-за поломки блока питания генератора импульсного напряжения искровая камера оказалась «слепой», т. е. у нее не было возможности определить направление прихода каждого кванта, что свело результаты этого сложнейшего и очень дорого эксперимента почти к нулю.

Некоторый успех был достигнут в эксперименте «Реликт» на почти серийном спутнике «Прогноз-9», выведенном на орбиту с апогеем 700 000 км. С его помощью на одной длине волны 8 мм была построена полная карта неба с разрешением 6 для космологического 3 К реликтового излучения. На этой карте была хорошо заметна дипольная компонента, но чувствительности не хватило, чтобы надежно составить более точную карту. Четырехдиапазонный с высоким пространственным разрешением и высокой чувствительностью эксперимент «Реликт-2» так и не был осуществлен, хотя вся научная аппаратура была разработана в ИКИ РАН и готова к запуску. Наступила эпоха развала Союза и всей промышленности. Стало не до космологии. А успех был так близок
и вполне возможен.

Казалось бы, успех «Астрона» и «Граната» мог бы стать той отправной точкой бифуркации нашей программы, которая могла бы повернуть весь ход наших успехов. Если бы число запусков к Венере, Марсу и Луне можно было уменьшить на 10−20%, что вряд ли сказалось бы на отечественном престиже в чисто научном мире планетных исследований, а число астрофизических запусков на базе того же аппарата, переделанного из станции «Венера», увеличить на 10−20 запусков, все могло бы сложиться иначе. Наша научная приборостроительная база была достаточно высока, а кооперация с Европейским космическим агентством (ESA) или даже только с CNES (Франция) могла бы вполне создать несколько первоклассных спутников-обсерваторий. Наша криогенная наука и промышленность до развала СССР были вполне на уровне, не говоря уже об оптико-механической промышленности (ГОИ, ЛОМО, КОМЗ и ГИПО).

Нам вполне «по зубам» были бы спутники инфракрасного диапазона типа IRAS и радиодиапазона вроде японского аппарата VSOP .

В чем же причина такого неприятного и странного хода событий? Наверное, ответ прост. Руководству нашей науки и промышленности вполне понятны были задачи получения фотографий поверхности Луны, Венеры и Марса, радиолокационное картографирование поверхности Венеры, создание лунохода и т. д. Задачи же изучения тонких эффектов аккреции вещества на компактные объекты (нейтронные звезды или черные дыры), изучение пространственных флуктуаций реликтового трехградусного космологического излучения, конечно же, не столь впечатляющи для средств массовой информации и популярных изданий. Это же не поиски жизни на поверхности Марса. Кроме того, создание астрофизических станций типа «Астрона» или «Граната» существенно сложнее, нежели создание малых, неориентированных спутников для изучения окрестностей Земли. Руководство же Академии наук, наверное, не смогло повернуть руль космической политики так круто. Академики М.В.Келдыш, Б.П.Константинов,

A.П.Александров не прислушались к призывам мировых авторитетов физики и астрономии в лице академиков Я.Б.Зельдовича,

B.Л.Гинзбурга, И.С.Шкловского и не смогли уменьшить хотя бы незначительно число запусков к Венере, Марсу и Луне в пользу астрофизических аппаратов.

Конечно, после успеха «Астро-на» и «Граната» НПО им. Лавочкина обещало создать новый тип специализированных спутников для астрономии «Спектр». В первую очередь предполагалось разработать три аппарата: для рентгеновского и гамма-диапазона «Спектр рентген-гамма», затем для ультрафиолетового диапазона «Спектр УФ», а потом самый сложный из них -спутник «Спектр-Р» для наземно-космического интерферометра «Радио-астрон» с раскрывающейся, как зонтик, антенной диаметром 10 м на 4 диапазона — 1,35, 6, 18 и 91 см.

Все эти обещания так и остались невыполненными, и шансы на их реализацию, пожалуй, невелики. А между тем вся научная аппаратура для «Спектра рентген-гамма», созданная при международной кооперации, была полностью готова! «Спектр-Р («Радио-астрон») создается почти 20 лет и давно ожидает старта. А ведь его научное значение невозможно переоценить. При апогее орбиты около 300 000 км угловое разрешение на самой короткой длине волны 1,35 см составит 10 микросекунд дуги! А это в 30 раз лучше самого высокого разрешения, достигнутого в радиоастрономии и в 10 000 раз лучше разрешения в оптике на Земле. Какое огромное количество открытий это может дать. И если шанс на запуск этого спутника достаточно велик, то до остальных двух еще очень и очень далеко. А ведь научные приборы и эксперименты стареют очень быстро.

Кажется, начни мы в середине 80-х годов, еще до развала СССР, осуществлять программу, подобную «Астрону» и «Гранату», и весь ход нашей внеатмосферной астрономии пошел бы по-другому. Но, к сожалению, историю не повернешь вспять. Сослагательного наклонения в истории не бывает. И все же. Все же. На ошибках ведь учатся следующие поколения.

Владимир Курт, д.ф.-м.н., зам. директора Астрокосмического центра ФИАН

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Связанные статьи

avatar
  Подписаться  
Уведомление о
Оценить: 
Звёзд: 1Звёзд: 2Звёзд: 3Звёзд: 4Звёзд: 5 (Пока оценок нет)
Загрузка...
 
 

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: