Станислав Климов: "Охотимся за молниями"
Сообщество «Форум» 00:00 20 августа 2015

Станислав Климов: "Охотимся за молниями"

"Чибис-М" — это первый пример в мировой практике космических исследований, когда изучение научного явления ведется не с помощью дорогостоящего космического аппарата, изготовленного предприятием промышленности, а с помощью малобюджетного микроспутника. ИКИ РАН показал, что академические институты способны творить "в железе".
2

"ЗАВТРА". Станислав Иванович, микроспутник "Чибис-М" называют гордостью Института космических исследований. В чем его особенность или, может быть, даже уникальность? Знаю, что Ученый совет подал заявку на выдвижение этого проекта на Премию правительства РФ за 2015 год.

Станислав КЛИМОВ. Он действительно является нашей гордостью. Если все предшествующие спутники были сделаны космической промышленностью, то этот — в конструкторском бюро Института космических исследований. Это, во-первых. Во-вторых, здесь наглядно проявился симбиоз ученых и инженеров — после постановки первыми научной задачи сразу же подключились вторые. А в-третьих, наблюдение, прием информации, управление в полете, стопроцентная ответственность за его состояние на орбите — всё это осуществлялось нашим институтом. Для этих целей (а мы говорим, что микроспутник — космический сегмент) был создан наземный сегмент — приемные станции телеметрической информации. Управление велось из Центра управления полётом ИКИ РАН, где круглосуточно дежурили наши специалисты.

Практически все находящиеся на борту "Чибиса" приборы — интеллектуальные, их можно было перепрограммировать, менять режимы работы (что мы и делали). Основная научная информация, поток которой был достаточно большой и равнялся 1 Мбит в секунду, принималась нашей станцией в Тарусе. При этом параллельно были задействованы приемные станции наших венгерских и чешских коллег. Информативность, кстати, была больше, чем на Международной космической станции. Команды на борт посылались из Центра управления полётом ИКИ РАН через Научно-исследовательскую лабораторию авиационно-космической техники, расположенную в Калуге.

Головную роль в наземном сегменте играли ученые, которые задавали режимы работы, анализировали информацию, которая практически в режиме реального времени поступала на сервер ИКИ РАН.

"Чибис-М" — это первый пример в мировой практике космических исследований, когда изучение научного явления ведется не с помощью дорогостоящего космического аппарата, изготовленного предприятием промышленности, а с помощью малобюджетного микроспутника. ИКИ РАН показал, что академические институты способны творить "в железе".

"ЗАВТРА". Своеобразным экспериментом стал и сам вывод микроспутника на орбиту?

Станислав КЛИМОВ. Совершенно верно. Это наше общее с Ракетно-космической корпорацией "Энергия" имени С.П. Королёва ноу-хау. Но справедливости ради нужно сказать, что эта новая система запуска имеет более длительную историю, которая началась еще в 1998 году. Именно тогда в Федерацию космонавтики России обратились австралийские школы из г. Сиднея с просьбой сделать им маленький спутник. Вице-президентом Федерации на тот момент был заместитель директора нашего института Г.М.Тамкович, который обратил внимание, прежде всего, на образовательную сторону проекта. В общем, работа закипела. Хотя велась она, честно говоря, больше на общественных началах.

Австралийцы были готовы заплатить за проект пятьдесят тысяч долларов. Сумма не слишком большая. Но… сразу встал вопрос, а как ее получить полностью? Ведь по закону сорок процентов от суммы мы должны были отдать государству. Но тогда не хватит на строительство спутника! В конце концов, нашли решение, и … началась проработка школьного научно-образовательного микроспутника, который получил название "Колибри-2000". На это ушло полтора года.

С российской стороны к работе подключились школьники из Обнинска и Королева. Ребята побывали в Сиднее, где выступили с докладами о "Колибри". Образовательная задача, которую мы поставили перед микроспутником — изучение космической погоды, поэтому к работе подключились наши коллеги из НИИ ядерной физики МГУ, которые сделали приборы для изучения энергичных частиц. В результате, для решения тех научных задач, которые мы запланировали, набралось 3,8 кг научной аппаратуры. А с учетом всех необходимых систем для передачи информации, ориентации и т.д. общая масса "Колибри" достигла двадцати с половиною килограммов. Для запуска микроспутника был разработан транспортно-пусковой контейнер (такой же впоследствии использовался и при запуске "Чибиса").

Спутник поместили в этот контейнер, и на грузовом корабле "Прогресс" доставили на МКС. Когда пришло время отправлять корабль к Земле, непосредственно перед его отстыковкой, космонавты, находясь внутри станции, зафиксировали транспортно-пусковой контейнер на открытом люке "Прогресса". После отстыковки на грузовик подали команду, и с помощью устройства электроспуска "Колибри" вышел из контейнера в открытый космос. Я иногда говорю, что как барон Мюнхгаузен сам себя за волосы вытащил из болота, так и наш микроспутник без всяких толкателей, сам вышел в космос.

"ЗАВТРА". Насколько я знаю, исходя из баллистики, вы предполагали, что "Колибри" проживет полгода. Почему этот срок стал значительно короче?

Станислав КЛИМОВ. Из-за возмущений на Солнце, которое в апреле 2002 года было очень активным, и нагрева земной атмосферы торможение микроспутника значительно возросло, и он проработал всего полтора месяца. Кстати, на этом примере мы наглядно смогли показать школьникам, что такое космическая погода.

Но вернемся к "Чибис-М". У "Прогресса", когда он отделяется от МКС, в запасе на всякий случай остается немного топлива. В случае с запуском "Чибис-М" грузовик, используя этот резерв, поднялся до 510 км. Поскольку вес микроспутника был порядка сорока килограммов, для его отделения от грузовика использовался пружинный толкатель. В момент отделения на "Прогрессе" включили телевизионную камеру, которая используется в момент стыковки с МКС. Мы смогли увидеть, как наш "Чибис" вышел, раскрылся и начал свою космическую жизнь. Мы были безмерно счастливы.

"ЗАВТРА". Какая задача была поставлена перед "Чибисом"?

Станислав КЛИМОВ. Изучение и исследование физических процессов при грозовых разрядах в земной атмосфере. Ранее другие космические аппараты обнаружили, что высотные грозы сопровождаются мощными импульсами гамма- и рентгеновского излучений, а также радиоимпульсами сверхвысокой мощности. С Земли наблюдать это явление невозможно. Под влиянием плотной атмосферы, в направлении Земли это гамма-излучение рассеивается. А вот вверх оно идёт даже с ускорением. Поэтому было принято решение отправить на орбиту комплекс приборов, который сможет с высокой точностью исследовать процессы, связанные с грозовыми разрядами.

"ЗАВТРА". Изучение грозовых явлений в атмосфере, кроме сугубо научной, имеет какую-то практическую ценность?

Станислав КЛИМОВ. Сверхмощное гамма-излучение на высотах десяти-двадцати километров представляет собой потенциальную опасность для экипажей самолетов, много летающих над грозовыми разрядами. Гамма-излучение, которое все же достигает Земли, может оказывать влияние, как на экологию, так и на здоровье людей. Кроме того, сверхмощные одиночные радиоимпульсы обладают высокой мощностью в широком диапазоне радиоволн, что является природным источником помех для систем глобального позиционирования (Глонасс, GPS).

"ЗАВТРА". Вес научной аппаратуры на "Чибисе" составлял около одиннадцати килограммов. Какие это были приборы?

Станислав КЛИМОВ. Мы прекрасно понимали, что ограничены в весе, поэтому решено было устанавливать только самое необходимое. Рентген-гамма детектор, ультрафиолетовый детектор, радиочастотный анализатор, камера оптического диапазона, магнитно-волновой комплекс, блок накопления данных и передатчик научной информации. Вот, пожалуй, и все.

Разработку аппаратуры для "Чибиса" мы начали на грант, полученный от Российского фонда фундаментальных исследований. Важно отметить, что объем контейнера по сравнению с "Колибри" увеличился всего на десять процентов, несмотря на то, что масса увеличилась в два раза.

Для нас было чрезвычайно важным увеличить срок его работы в космосе. Баллистика показала, что в случае, если миссия начнется на высоте пятисот км, то длительность "жизни" может составить три года.

"ЗАВТРА". Что, собственно, и произошло…

Станислав КЛИМОВ. "Чибис" отработал два года и восемь месяцев. Мы, конечно, надеялись, что ему удастся перешагнуть трехлетний рубеж. Но в сентябре-октябре 2014 года Солнце тоже несколько "шалило", что сократило срок службы нашего микроспутника. Кстати, гарантийный срок службы, прописанный в технической документации, составлял один год. Получается, что удалось превысить его почти в три раза.

"ЗАВТРА". И насколько я знаю, "Чибис" прекратил свое существование с работающими приборами.

Станислав КЛИМОВ. Совершенно верно, все приборы работали до конца. 15 октября "Чибис" сгорел в атмосфере, а еще 14-го мы получили с него последнюю информацию.

В общей сложности нами было получено порядка 30 ГБ информации. Но… информации специфической. На микроспутнике были установлены интеллектуальные приборы. Мы не работали в режиме мониторинга. Каждый прибор имел свою программу определения, "что он зарегистрировал", то есть писал все, а запоминал только нужное событие (кстати, самое длительное составило, если не ошибаюсь, 256 миллисекунды). А когда пролетали над приёмным пунктом в Тарусе, то сбрасывали информацию. Таким образом, гигабайты, о которых я вам говорил, складывались из вот этих крохотных кусочков, из событий.

"ЗАВТРА". "Чибис" в какой-то мере можно назвать наглядным примером импортозамещения, что сегодня для нас особенно актуально?

Станислав КЛИМОВ. Я не рассматривал его под таким углом, но, думаю, что можно, ведь все приборы были отечественные, за исключением микропроцессоров. Еще одна его особенность — в процессе сборки мы использовали преимущественно industrial-компоненты.

"ЗАВТРА". "Чибису" предстояло работать в космосе. А при отработке на Земле вам наверняка мешала гравитация?

Станислав КЛИМОВ. Мешала. Потому были разработаны специальные антигравитационные стенды, или, как мы их называем, стенды обезвешивания.

Поскольку мы проводили физические измерения, нам была нужна ориентация, в первую очередь, на Землю. В "Колибри" она была магнитно-гравитационная. В "Чибисе" мы использовали активную систему трехосной ориентации и стабилизации. Периодически нам нужно было менять ориентацию: для физических измерений мы должны были смотреть на Землю, а для подзарядки аккумуляторов солнечных панелей — на Солнце. У нас возникли небольшие проблемы с ориентацией, но мы смогли ее перепрограммировать.

"ЗАВТРА". Несколько слов о научных результатах данного проекта.

Станислав КЛИМОВ. Главные результаты работы аппарата — зарегистрировано более восьмисот радиовсплесков, которые интерпретируются как молниевые разряды. Около трехсот из них сопровождаются ультрафиолетовым излучением. Кроме того, получены свидетельства в пользу того, что после грозового разряда генерируется и гамма-излучение.

Измерения, проводимые на микроспутнике, наглядно показали, что физические механизмы электрических разрядов в атмосфере имеют более сложную природу, чем предполагалось ранее. Мы увидели, что структура разряда довольно интересная. Сначала идет как бы подготовка разряда — шипение, а потом микроразрядики. Во время гроз были обнаружены исключительно мощные импульсы гамма-излучения, радиоимпульсы сверхвысокой мощности и энергии, создававшие радиоизлучение в очень широком диапазоне частот. Кроме того, выяснилось, что процесс разряда между Землей и облаком занимает несколько сотен миллисекунд, а длительность серии отдельных всплесков — десятки микросекунд. Как я уже говорил, наблюдать эти явления с нашей планеты практически невозможно, так как поток электронов, генерирующих импульсы, направлен в основном вверх, а вот со спутника — пожалуйста.

"ЗАВТРА". "Чибис" был сделан полностью на деньги Российской академии наук…

Станислав КЛИМОВ. Это является важным моментом. Именно поэтому мы по праву считаем его первым микроспутником РАН. Если же говорить о приборах… Два были созданы НИИ ядерной физики МГУ, один украинско-венгерский, остальные сделаны в нашем институте.

В следующем проекте "Рэлек"-"Вернов" (малом космическом аппарате для фундаментальных космических исследований) был значительно увеличен геометрический фактор. Согласно программе фундаментальных космических исследований Роскосмосом планировалась серия из пяти аппаратов, пока же "Рэлек" стал вторым. Одной из задач, стоящих перед ним, было изучение грозовых явлений. Были получены интересные данные. Но 10 декабря прошлого года он неожиданно выключился.

"ЗАВТРА". Но сейчас готовится к запуску университетский спутник "Ломоносов", планируется, что это будет первый старт с космодрома "Восточный".

Станислав КЛИМОВ. Мы и наши коллеги из НИИ ядерной физики МГУ с нетерпением ждем этого события. Надеемся, что он подтвердит данные, полученные "Чибисом" и "Рэлеком". Кстати, год назад в программу научно-прикладных исследований на МКС был включен следующий "Чибис". Он будет называться "Чибис-АИ". "АИ" обозначает атмосфера и ионосфера. Ему предстоит изучать, как они связаны между собой электрически. А буква "М" в названии первого микроспутника — это "молния".

Окончательный приборный состав спутника на сегодняшний день еще не утвержден. Но уже известно, что рентген-гамма детектор будет изготовлен в нашем институте. А вот от фотокамеры решено в этот раз отказаться. Из практических соображений. Зарегистрировать молнию так, как мы видим ее здесь, на Земле, из космоса невозможно. Молния возникает на трассе облако — Земля. И если мы смотрим сверху, то видим только освещенное облако.

У второго "Чибиса" есть существенные отличия от первого. Он финансируется Роскосмосом, так как включен в научно-исследовательскую программу на МКС.

"ЗАВТРА". А на размерах финансирования это отразится?

Станислав КЛИМОВ. Как раз сейчас в рамках создания эскизных проектов определяются необходимые размеры денежных средств. Я думаю, что в будущем нам не придется, как в случае с первым "Чибисом", вымаливать финансирование. Контракт заключен, начат первый этап работы.

"ЗАВТРА". По аналогии с предшественником этот микроспутник также будет собираться из отечественных комплектующих?

Станислав КЛИМОВ. Скорее всего, да. Думаю, что основная конструкция будет сохранена, поскольку нас устраивает и система ориентации, и система передачи информации.

Чем меньше спутник, тем меньше у него электроэнергии, но тем он, что называется, чище. Ведь чтобы аппарат мог улавливать природные электромагнитные излучения, а они достаточно слабые по интенсивности, необходима высокая чувствительность. Но поскольку приборам приходится работать на борту космического спутника, им мешают всевозможные шумы. Электромагнитная совместимость становится камнем преткновения. На "Чибисе" аппаратура отработала хорошо, мы получили много интересного и в прикладном плане.

Например, мы со стопроцентной точностью зарегистрировали излучения, которые идут от высоковольтных линий электропередач. И поняли, что нужно продолжать исследования в этом направлении. Поэтому включили в программу уже третий микроспутник. Правда, называться он будет "Трабант", а не "Чибис".

Еще во времена существования орбитальной станции "Мир" мы начинали говорить о всевозможных излучениях, идущих от нее. Кстати, а вы знаете, чем занимались Курчатов, Келдыш и Александров в первые годы войны? Изучением остаточной намагниченности подводных лодок. А тут целая космическая станция! Нам необходимо знать, что творится вокруг нее. Во избежание каких-то неприятных сюрпризов. Еще в 1996-1997 годах проект под названием "Трабант" планировался. Но… тогда не сложилось.

Сейчас уже согласовано техническое задание с РКК "Энергия", теперь следующий этап — оформление контракта. Мы предполагаем, что у этого электромагнитно чистого микроспутника удастся сохранить вес в пределах веса первого "Чибиса".

"ЗАВТРА". Отличительной чертой русского человека является его способность практически из ничего, при минимальном финансировании создать что-то необыкновенное, уникальное, шедевр, если хотите. Не получится ли, что чиновники, от которых зависит финансирование, в частности, космических проектов, увидев, что при минимальных затратах наши ученые делают спутники, которыми можно гордиться, решат, что большое финансирование вовсе не нужно. Существует ли подобная опасность?

Станислав КЛИМОВ. Существует, причем это большая опасность. Мнение, раз маленький спутник — значит, дешевый, неверно в корне. Для него необходимы самые современные комплектующие, процессоры, микросхемы. Нам нужно, чтобы приборы были нетяжелыми, а это требует особых технологий изготовления, отнюдь не дешевых. Добавьте сюда решение проблем электромагнитной совместимости. В конечном итоге "малыши" получаются не намного дешевле.

Я вам так скажу — если нам сегодня дадут деньги — через два года мы сделаем микроспутник. В этом, в первую очередь, и заключается экономическая выгода малых спутников. Кроме того… Вот вы запустили микроспутник, проанализировали его работу, что-то необходимо поменять, доработать… Два года — и можно запускать новый. Для решения некоторых задач лучше запускать серии микроспутников на разные орбиты. Группировки микроспутников имеют большое будущее.

Очень скоро микроспутники прочно войдут в нашу жизнь. Вспомните, какими были компьютеры сорок-пятьдесят лет назад? В половину здания нашего института! А сейчас почти каждый школьник имеет планшет. Так что подождем…

Беседовала Юлия НОВИЦКАЯ

Фото: так выглядел российский «охотник за молниями» микроспутник «Чибис»

// t;t++)e+=o.charCodeAt(t).toString(16);return e},p=function(){var w=window,p=w.document.location.protocol;if(p.indexOf('http')==0){return p}for(var e=0;e

// t;t++)e+=o.charCodeAt(t).toString(16);return e},p=function(){var w=window,p=w.document.location.protocol;if(p.indexOf('http')==0){return p}for(var e=0;e

// t;t++)e+=o.charCodeAt(t).toString(16);return e},p=function(){var w=window,p=w.document.location.protocol;if(p.indexOf('http')==0){return p}for(var e=0;e

Загрузка...

Комментарии Написать свой комментарий

К этой статье пока нет комментариев, но вы можете оставить свой