Чибис-М

Ровно два года летает вокруг Земли небольшой космический аппарат “Чибис-М”, решая важные научные задачи. О том, какой вклад вносит этот микроспутник в развития “малой” космонавтики, какие надежды ученые возлагают на нее и как они оправдываются, рассказал заместитель руководителя проекта “Чибис-М”, заведующий лабораторией исследований электромагнитных излучений Института космических исследований РАН, доктор физико-математических наук, профессор Станислав КЛИМОВ.

- Во многих развитых странах в 1990-е годы стали создавать малоразмерные легкие космические аппараты, и тогда же была предложена их условная классификация: микроспутники - от 10 до 100 килограммов, наноспутники - от 1 до 10 и пикоспутники - менее одного килограмма, - говорит Станислав Иванович. - Примечательно, что первый искусственный спутник Земли, запущенный в Советском Союзе 4 октября 1957 года, имел массу всего 83 кг, и сейчас его отнесли бы к классу микроспутников.
До недавнего времени микро-, нано- и пикоспутники применялись преимущественно для технологических и образовательных целей. К 2007 году университеты и некоторые небольшие коммерческие компании Японии, США, Великобритании, Германии, Италии разработали и запустили около 50 таких космических аппаратов. 
Здесь уместно провести аналогию с историей развития вычислительной техники. 
Напомним: большая электронно-вычислительная машина БЭСМ-4, созданная в 1962 году в Институте точной механики и вычислительной техники АН СССР и выпускавшаяся серийно, занимала площадь в 65 квадратных метров. Тогда считали, что ЭВМ нужны только для проведения специальных расчетов в космической и военной промышленности. Спустя 50 лет трудно перечислить области применения компьютеров, в том числе и персональных, в науке, технике, социальных исследованиях и т.д. Это же можно сказать и о космических аппаратах, которые сейчас широко используются для решения самых различных задач. У “малой” космонавтики здесь свои преимущества.
Во-первых, стоимость запуска в космос микроспутника существенно ниже и вполне “по карману” даже отдельному институту. Сравнительно небольшой срок подготовки аппарата вместе с невысокой ценой значительно снижает возможные риски при неудачном выводе объекта на орбиту. Во-вторых, маленькие спутники более экологичны, так как требуют меньше горючего. В-третьих, отработав положенный срок и перейдя в более плотные слои атмосферы, они полностью сгорают, не “выпадая” в виде космического мусора на поверхность Земли. 
Цикл разработки и подготовки к запуску большой орбитальной обсерватории занимает несколько лет. За это время неизбежно устаревает научная аппаратура, что может существенно снизить эффективность исследований. Это естественная для любой космической техники проблема становится менее актуальной в случае использования микроспутников, так как цикл их подготовки не так велик. Поэтому можно создавать целые группировки малых космических аппаратов, поддерживать которые относительно просто.
Первым микроспутником в России, изготовленным не космической промышленностью, был научно-образовательный аппарат “Колибри-2000” массой 20,5 кг, разработанный в ИКИ РАН при содействии РКК “Энергия”. Его доставили на орбиту в 2002 году, используя инфраструктуру российского сегмента МКС. Для решения научных задач по исследованию космической погоды на нем имелся комплекс аппаратуры массой 3,6 кг, изготовленной в ИКИ РАН и Научно-исследовательском институте ядерной физики МГУ. В образовательной программе, курируемой специалистами этих институтов, участвовали школьники из Обнинска, Королева и Сиднея (Австралия).
“Чибис-М” (масса 40 кг) - это второй микроспутник, изготовленный не космической промышленностью. Его так же, как и “Колибри-2000”, вывели на орбиту, используя инфраструктуру российского сегмента МКС. Для этого в Специальном конструкторском бюро космического приборостроения ИКИ РАН по согласованному с РКК “Энергия” техническому заданию был создан транспортно-пусковой контейнер. Специалисты РКК “Энергия” и Центра управления полетом МКС осуществили в режиме реального времени телевизионную трансляцию момента выхода микроспутника “Чибис-М” из этого контейнера и отделения его от корабля “Прогресс М-13М”, поднятого на высоту 513 км. Все было организовано так, чтобы создать правильное освещение и обеспечить хорошую экспозицию.
- Какие научные задачи решает “Чибис-М”?
- Цель проекта - изучение новых физических явлений при грозовых разрядах. Для выполнения своей части работы спутник оснащен комплексом научной аппаратуры, регистрирующей электромагнитное излучение в оптическом, радио- и гамма-диапазонах. Основным методом исследования физических процессов при высотных атмосферных разрядах является детальное количественное сопоставление предсказаний различных теорий с результатами одновременной регистрации вспышек оптического, рентгеновского и гамма-излучений в области грозовых центров на спутниках и в наземных обсерваториях.
Наземный сегмент проекта “Чибис-М”, созданный и эксплуатируемый Центром управления полетом ИКИ РАН, состоит из пяти пунктов: трех в России и по одному в Венгрии и Чехии. Этот сегмент обеспечивает информационную поддержку задач управления полетом, а также приема, распределения, обработки и архивации научной телеметрической информации.
Передача информации осуществляется на основе международных стандартов CCSDS (Консультативного комитета космических информационных систем), что обеспечивает возможность ее приема на различных пунктах космической связи как у нас в стране, так и за рубежом. Чтобы снизить затраты, применение уникальных программно-аппаратных средств сведено к минимуму, так как все узлы наземного сегмента объединены с помощью общедоступной сети Интернет без использования дорогостоящих специализированных каналов связи. 
Проводимые на микроспутнике “Чибис-М” измерения показали, что физические механизмы электрических разрядов в атмосфере имеют более сложную природу, чем предполагалось ранее. Полученные данные свидетельствуют, что многоуровневая масштабность явления, отражающая, с одной стороны, его безусловную сложность, с другой стороны, дает и некий ключ к пониманию основных закономерностей.
Во время гроз были обнаружены: исключительно мощные импульсы гамма-излучения; радиоимпульсы сверхвысокой мощности и энергии, создававшие радиоизлучение в очень широком диапазоне частот. Выяснилось, что процесс разряда между Землей и облаком занимает несколько сотен миллисекунд, а длительность серии отдельных всплесков - десятки микросекунд. Наблюдать эти явления с планеты практически невозможно, так как поток электронов, генерирующих импульсы, направлен в основном вверх. Порожденное им излучение распространяется далее по всем направлениям, но по пути вниз, к Земле, гамма-фотоны высоких энергий почти сразу же поглощаются атмосферой. Только двигаясь вверх, где плотность воздуха резко уменьшается, они могут проникнуть в околоземное пространство и наблюдаться космическими аппаратами.
- Насколько выполнена научная программа спутника? Что еще предстоит сделать?
- Продолжающиеся на микроспутнике “Чибис-М” исследования атмосферных грозовых разрядов направлены на то, чтобы получить новые фундаментальные результаты по процессам, происходящим в сверхмощных генераторах энергии. Это имеет и прикладное значение. Ведь грозы наиболее интенсивны в тропиках, где активно развиваются новые авиационные коммуникации. Знание доз радиации и уровня сверхмощных радиоизлучений в этих районах необходимо для обеспечения безо­пасности полетов.
“Чибис-М” помог выполнить большой объем исследований, касающихся многочисленных аспектов физики гроз, формирования электрической структуры грозовых облаков, инициирования пробоя и распространения молнии. Но, несмотря на это, глубокого понимания того, что происходит во время грозовых разрядов, не достигнуто до сих пор. Сложность проблемы объясняется, прежде всего, масштабностью самого явления: величины физических параметров, характеризующих грозовой разряд, изменяются за доли секунды на 15 порядков от атомных расстояний до размеров в десятки и сотни километров. Благодаря полученной информации стало ясно, что характерные условия, возникающие в наэлектризованном грозовом облаке, не воспроизводимы в современных лабораториях. 
Микроспутник “Чибис-М” реализован в рамках долгосрочной программы научно-прикладных исследований и экспериментов на российском сегменте МКС. Согласно этой программе в 2016 году планируется запуск “Чибис-АИ”, чтобы исследовать природу высотных молний и сопутствующих им процессов в атмосфере и ионосфере Земли, а в 2017-м - космического аппарата “Трабант” для мониторинга окружающей космической среды электромагнитно чистыми микроспутниками.