Миру — «Мир»: как запуск космической станции в СССР повлиял на науку

20 февраля исполнилось 35 лет со дня запуска базового блока орбитальной космической станции «Мир». За 15 лет существования до 2001 года на модулях станции провели тысячи экспериментов. С модуля «Квант» ученые получили данные о самой близкой из наблюдаемых сверхновых, черных дырах в двойных системах и объектах из центра Галактики. Эксперименты на модуле «Природа» позволили специалистам найти информацию о рельефе поверхности Земли, влажности почвы, солености воды и температуры поверхности океанов и морских волнениях. «Известия» пообщались с учеными, принимавшими непосредственное участие в этих работах.

Так далеко и так близко

Запуск советской орбитальной космической станции «Мир» в 1986 году открыл новые горизонты для экспериментов в невесомости. Конечно, их проводили и раньше, во время полетов людей в космос и на других станциях. Но первая в мире обитаемая многомодульная орбитальная станция «Мир» стала настоящей космической лабораторией, где можно было установить аппаратуру для самых смелых исследований того времени. Поле для проведения экспериментов существенно расширилось.
«Квант» стал первым модулем орбитальной станции «Мир». Его пристыковали к базовому блоку 12 апреля 1987 года. Сначала модуль готовили для орбитальной станции «Салют-7», но из-за появившихся проблем со станцией решили использовать в составе начавшего работу на орбите в 1986 году «Мира».
На борту модуля находились уникальные приборы для проведения астрофизических наблюдений — они образовали собой обсерваторию «Рентген». В ее состав входило несколько приборов, созданных учеными Германии, Голландии, Великобритании и СССР. Из них особо стоит отметить первый долгое время работавший в космосе телескоп с кодирующей апертурой, способный картографировать небо в рентгеновских лучах с высоким угловым разрешением. Три других прибора представляли собой рентгеновские спектрометры, вместе позволяющие исследовать рентгеновские объекты (черные дыры и нейтронные звезды) в широком диапазоне рентгеновских энергий. По составу аппаратуры это была обсерватория мирового уровня, намного опережающая предыдущие рентгеновские миссии.
Фото: wikimedia.org
Модель модуля «Квант-1»
В исследованиях, проводившихся с помощью обсерватории «Рентген», участвовал заведующий лабораторией астрофизики высоких энергий Института космических исследований РАН, доктор физико-математических наук Сергей Гребенев.
— Я тогда был аспирантом научного руководителя обсерватории «Рентген», академика РАН (в то время — члена-корреспондента АН СССР. — «Известия») Рашида Сюняева и занимался моделированием разных астрофизических явлений, — рассказал «Известиям» ученый. — Естественно, меня подключили к обработке данных, поступающих с борта обсерватории. Нам фантастически повезло, поскольку за месяц до вывода модуля «Квант» на орбиту произошло уникальное астрофизическое событие: в ближайшей к нам галактике Большое Магелланово облако взорвалась массивная звезда.
Это была первая близкая сверхновая со времен Иоганна Кеплера и Джордано Бруно (они наблюдали галактические сверхновые 1604 и 1572 годов) и первая сверхновая, которую можно было исследовать с помощью современных телескопов и приборов. Она получила название SN 1987А.
При взрыве звезды в ее недрах синтезируются разнообразные химические элементы, некоторые из изотопов — радиоактивные. При взрыве SN 1987A был синтезирован радиоактивный никель, за несколько дней превратившийся в радиоактивный кобальт, который, в свою очередь, начал распадаться в обычное железо. При каждом распаде ядра кобальта испускаются гамма-кванты. Сначала оболочка сверхновой для них непрозрачна, но по мере ее расширения для некоторых из них появляется возможность выйти наружу.
Сергей Гребенев рассчитал этот процесс и предсказал, что спустя полгода после взрыва обсерватория «Рентген» могла бы зарегистрировать радиоактивное излучение сверхновой. В процессе рассеивания в оболочке гамма-кванты теряют энергию, поэтому максимум излучения должен был наблюдаться в жестком рентгеновском диапазоне. Следуя этому предсказанию, обсерватория начала наблюдения за этим объектом.
— За этой сверхновой, вспыхнувшей 23 февраля 1987 года, наблюдал весь мир, — вспоминает ученый. — И сейчас, спустя более 30 лет, это событие остается исключительным по своей важности. Хотя считается, что в нашей галактике сверхновые должны вспыхивать каждые 30–50 лет, за последние 400 лет мы наблюдали и смогли детально исследовать лишь SN 1987A. Сегодня с помощью современных приборов в год регистрируются уже десятки вспышек сверхновых, но все они происходят очень далеко. Наблюдать их рентгеновское излучение почти невозможно. А вот наши наблюдения SN 1987A увенчались успехом. На основе полученных данных было опубликовано много статей.
Вид изнутри стыковочного узла основного модуля станции
Фото: NASA
Наблюдения SN 1987А мгновенно сделали «Рентген» известным на весь мир.
Вторым важным направлением исследований этой обсерватории стали черные дыры в двойных системах, обычно почти не излучающие, но временами вспыхивающие и тогда на несколько месяцев становящиеся ярчайшими источниками на рентгеновском небе. Вспышка происходит из-за нестационарной аккреции (захвата) вещества черной дырой со звезды-спутника.
— До запуска «Кванта» было известно всего два таких объекта, — пояснил Сергей Гребенев. — Позже мы поняли, что они вспыхивают более или менее регулярно, примерно раз-два в год. Они интересны тем, что позволяют отслеживать изменение режима аккреции вещества на черную дыру. Обсерватория «Рентген» благодаря способности вести исследования в широком диапазоне рентгеновских энергий, оказалась хорошо подготовленной для таких наблюдений. В частности, именно она впервые зарегистрировала жесткое излучение этих объектов. Наблюдения и анализ спектральных состояний рентгеновских новых стали второй «изюминкой», позволившей модулю «Квант» оставить значительный след в истории астрономии и астрофизики.
Третьей «изюминкой» стало первое подробное картографирование области центра галактики в рентгеновских лучах. Эта область содержит десятки рентгеновских источников: поглощающих вещество черных дыр, нейтронных звезд и белых карликов, многие из которых были открыты именно обсерваторией «Рентген». Исследование этих источников показало богатство протекающих в них процессов.

Взгляд свысока

Модуль «Природа» запустили спустя десять лет после выхода станции на орбиту. Если «взоры» приборов «Кванта» были направлены на Вселенную вокруг нас, модуль «Природа» был предназначен для изучения Земли.
Фото: NASA
Модуль «Природа»
О работе на нем рассказал заведующий лабораторией дистанционного зондирования окружающей среды ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН профессор Борис Кутуза. Он был заместителем научного руководителя и международным координатором этого проекта. ИРЭ РАН тогда носил название Института радиотехники и элек­троники Академии наук СССР, где и работал Борис Кутуза, еще кандидат физико-математических наук и специалист в области изучения Земли.
В 1980-х годах прошлого века Совет Интеркосмоса принял решение о создании комплексного проекта по дистанционному зондированию Земли из космоса.
— Оказалось, что проект можно было осуществить с помощью станции «Мир», — рассказал Борис Кутуза. — К тому моменту было запланировано три модуля, а в качестве четвертого нам предложили сделать «Природу». Было это в 1984 году. Между странами, входящими в совет, распределили обязанности по разработке приборов.
Сначала ученые планировали запустить модуль в 1988–1989 годах, но история наложила на планы свои коррективы.
— После прохождения рубежа 1991 года мы все почувствовали резкие изменения, сложностей стало намного больше, — вспоминает ученый. — Зато мы смогли договориться не только с входящими в СССР странами, но и с государствами Восточной Европы. Болгария, Польша, Венгрия приняли участие в создании аппаратуры для этой станции. Более того, в 1991 году в Германии состоялся Международный конгресс астронавтики, и немцы предложили поставить на модуле свое уникальное оборудование — оптоэлектронный стереосканер MOMS-2P. Он позволил сделать изображения Земли с высоким разрешением. Причем изображения были трехмерные.
Фото: NASA
Космический корабль «Атлантис» пристыковался к «Миру»
Французы предоставили лидар, а итальянцы — оптический спектрометр. Но в основном в состав модуля входила российская аппаратура.
Запуск «Природы» откладывали год за годом. Основной проблемой был недостаток финансирования. В 1995 году с помощью других государств модуль собрали, и он прошел испытания на Байконуре.
— Я принимал непосредственное участие в испытаниях, и, надо сказать, это был нелегкий процесс, — поделился с «Известиями» Борис Кутуза. — Анализировали работу каждого прибора отдельно и в комплексе, в составе модуля «Природа». Туда входило три десятка приборов, между ними была сложная коммутация, у каждого был свой режим измерений, особенности процесса получения данных и предварительной обработки на борту. Было сложно: иногда аппаратура успешно проходила тест за тестом, а потом возникала заминка.
Модуль запустили 23 апреля 1996 года. Ученые получили множество новых данных о Земле. Немало экспериментов было проведено в горных районах, в областях морей и океанов. Они дали информацию о рельефе поверхности планеты, влажности почвы, солености воды и температуре поверхности океанов, морских волнениях.
— Мы проработали не так много времени — вскоре «Мир» затопили, — пояснил Борис Кутуза. — Конечно, мы надеялись поработать подольше. Но было опубликовано множество научных работ по данным со станции. И хочется отметить время создания «Природы» хорошим сотрудничеством между странами. Мы ездили друг к другу, встречались, обсуждали результаты. Прошло много лет, но участники работы до сих пор вспоминают то время.
Всего на станции «Мир» за 15 лет провели около 23 тыс. экспериментов.
Обложка: Фото: NASA