Прогноз (научно-исследовательские спутники)

В 1972—1973 годах c космодрома Байконур на орбиты с апогеем около 200 000 км и периодом обращения четверо суток были запущены три спутника типа «СО» («Прогноз» с номерами 1—3 или по заводской нумерации СО 501 — СО 503). При гарантийном сроке 90 суток, определяемом в основном возможностями аккумуляторных батарей[6], каждый из спутников серии «СО» проработал на орбите значительно дольше[5]. Задачами научных исследований для этих спутников были изучение радиационной активности Солнца, физики солнечных вспышек и свойств межпланетной среды[1]. Исследования проводились в интересах научных организаций и службы радиационной безопасности пилотируемых космических программ[12].

На спутнике «Прогноз-1» были начаты исследования, продолженные впоследствие на всех аппаратах серии — измерение радиационной активности Солнца в интересах службы радиационной безопасности пилотируемых полётов, исследование физических процессов в солнечных вспышках и космических лучей солнечного происхождения, изучение межпланетной среды и взаимодействия магнитосферы Земли с солнечным ветром. Срок работы спутника составил 165 дней[5].

На аппарате «Прогноз-2» была продолжена программа «Прогноза-1», а также проводились эксперименты с помощью французских приборов «Калипсо» для изучения солнечного ветра и внешних областей магнитосферы и «СНЕГ-1» для исследования гамма-излучения Солнца и нейтронов солнечного происхождения. Спутник работал на орбите 173 дня. В июле и августе 1972 года были зафиксированы четыре экстремально сильных солнечных вспышки, впервые наблюдавшихся в космической среде, и проведено изучение плазмы солнечного ветра в порождённых этими вспышками межпланетных ударных волнах. Одновременно эти явления регистрировались и на американских межпланетных аппаратах «Пионер-9» и «Пионер-10»[2][13]

На «Прогнозе-3» были продолжены исследования гамма- и ренгеновского излучения Солнца, солнечных нейтронов и солнечного ветра, начатые на «Прогноз-1» и «Прогноз-2». Спутник проработал 405 дней, более чем вчетверо превысив назначенный ресурс[5][14]

Аппараты типа «СО-М» были модернизацией базовой модели «СО» с доработанными бортовыми системами и увеличенным до 180 дней гарантийным сроком службы. Количество научной аппаратуры на борту было также увеличено. С 1975 по 1985 годы c космодрома Байконур было запущено семь спутников этого типа («Прогноз» с номерами с 4 по 10, по заводской нумерации СО-М 504 — СО-М 510)[комм. 1][3].

Продолжение исследований солнечной радиации, магнитосферы Земли и солнечного ветра c помощью расширенного, по сравнению с предыдущими аппаратами серии, набора приборов. Назначенный срок существования «Прогноза-4», первого аппарата модифицированной серии, составлял 90 дней, как и у аппаратов предыдущей модификации. Спутник проработал на орбите 141 день. Во время полёта начаты исследования бесстолкновительных ударных волн[комм. 3] и горячей плазмы на границе земной плазмосферы. Изучался состав и энергетические спектры энергичных атомных ядер, низкочастотные колебания в магнитосферной и межпланетной плазме, рентгеновское излучение Солнца. Эксперименты на спутнике увязывались с наблюдениями за процессами в ионосфере с помощью геофизических ракет в рамках международных магнитосферных исследований по программе «Интеркосмос»[17].

Продолжение изучения солнечной радиации и программы международных магнитосферных исследований. Обновлён и расширен состав научной аппаратуры, позволяющий проводить измерения с большей точностью. Спутник проработал на орбите 238 дней, за это время проводилось изучение взаимодействия магнитосферы Земли с солнечным ветром, измерения температуры, концентрации, направления и скорости движения протонов в межпланетной среде, определение положения головной ударной волны, исследование холодной плазмы в магнитосфере Земли, низкочастотных полей в межпланетной плазме, нейтрального и ионизированного гелия в межпланетной среде. C помощью французского прибора «Калипсо-2» изучались параметры и состав солнечного ветра. Установленные на спутнике приборы, разработанные по программе «Интеркосмос», исследовали потоки сверхгорячей (60 000 000 K) плазмы при солнечных вспышках и энергетические характеристики звёздного ветра[14] .

Изучение солнечной радиации и космического пространства. Вместе с приборами советского производства на спутнике были установлены совместные советско-французские эксперименты «Галактика» для изучения галактических источников ультрафиолетового излучения и отработки методик космической ультрафиолетовой астрономии, «Жемо-С2» для изучения корпускулярных потоков Солнца и их взаимодействия с магнитным полем Земли, «Снег-2МП» для изучения солнечного и галактического гамма- и рентгеновского излучения и поиска гамма-всплесков. Эксперимент «Снег-2МП» проводился совместно с французским спутником «СНЕГ-3». Также на «Прогнозе-6» изучались магнитные поля, энергетические спектры и состав энергичных атомных ядер в солнечном ветре и космических лучах. Спутник работал на орбите 184 дня, за время полёта зафиксировано несколько фаз развития мощной солнечной вспышки, обнаружено несколько гамма-всплесков космического происхождения, с помощью совместных с космическими аппаратами «СНЕГ-3» и «Гелиос» наблюдений осуществлена локализация гамма-всплеска, изучено распределение ультрафиолетового излучения в Млечном пути[18][19].

Изучение солнечной радиации, космического пространства и магнитосферы Земли. Установленная на борту спутника научная аппаратура включала, как и на «Прогнозе-6», советско-французские эксперименты «Жемо-С2», «Галактика» и «СНЕГ-2МП». «СНЕГ-2МП» работал в составе межпланетной триангуляционной сети, совместно с экспериментами «Снег-2МЗ» на станциях «Венера-11» и «Венера-12». Для исследования солнечного ветра и магнитосферной плазмы на спутнике были установлены приборы, созданные советскими, венгерскими, чехословацкими и шведскими учёными. С помощью масс-спектрометрических методов был определён химический состав ионов солнечного ветра, в котором впервые были обнаружены тяжёлые ионы кислорода, кремния и железа. Обнаружено пять типов потоков солнечного ветра, генерируемого различными областями и структурами в солнечной короне. Проводилось изучение полярного каспа[комм. 4] и хвоста магнитосферы[комм. 5]. Было зафиксировано несколько десятков гамма-всплесков, обнаружен и локализован самый мощный из известных гамма-всплесков, порождённый пульсаром в Большом Магеллановом Облаке, открыт новый тип рентгеновских пульсаров. Время работы аппарата на орбите составило 227 дней[14][20].

Отработка методов определения границ ударной волны с помощью разработанных ИКИ и Пражским университетом приборов для будущего международного экcперимента «Интершок»[21]. Продолжение советско-шведских масс-спектрометрических измерений солнечного ветра и магнитосферной плазмы, продолжение исследований солнечной радиации, советско-польский эксперимент по измерению рентгеновского излучения Солнца. Спутник проработал на орбите 272 дня, за это время зарегистрировано 15 солнечных вспышек различной интенсивности, получены данные о 10 пересечениях спутником головной ударной волны на границе земной магнитосферы[22][14].

Орбиты Луны и запущеных в 1983 году научно-исследовательских спутников «Прогноз-9» и «Астрон»

Международный эксперимент «Реликт-1» по изучению космического реликтового излучения. Для уверенного приёма слабого реликтового излучения и исключения создаваемых Землёй помех спутник был выведен уникальную орбиту с апогеем 727 620 км, вдвое дальше, чем расстояние от Земли до Луны[23][24]. С помощью малогабаритного радиотелескопа «Реликт» спутник осуществлял картографирование небесной сферы на частоте 37 ГГц. Также на спутнике был установлен французский прибор «СНЕГ-2М9» для регистрации гамма-всплесков космического и солнечного происхождения, приборы для измерения рентгеновского излучения Солнца, параметров плазмы и магнитных полей в межпланетном пространстве[25]. Спутник проработал на орбите 302 дня, в ходе его полёта и обработки полученных данных была составлена карта распределения реликтового излучения и впервые в истории экспериментально обнаружена его анизотропия, теоретически предсказываемая космологическими моделями, хотя уровень этой анизотропии оказался ниже ожидаемого[23] и впоследствии обнаружение в эксперименте «Реликт-1» анизотропии реликтового излучения оспаривалось из-за недостаточной точности измерений[26]. Было было обнаружено 75 гамма-всплесков, в том числе повторяющихся от одного источника, расположенного около центра Галактики, в созвездии Стрельца. Измерены характеристики 8-ми солнечных вспышек[27].

В международном проекте «Интершок», продолжившем программу исследования солнечно-земных связей, изучались структура и характеристики магнитопаузы и ударных волн, возникающих при взаимодействии солнечного ветра с магнитосферой Земли. Для этого в 1985 году на орбиту с перигеем 400 км, апогеем 200 000 км и наклонением 65° был запущен спутник «Прогноз-10» (другое название — «Интеркосмос-23»)[28] с научной аппаратурой, разработанной специалистами СССР, ЧССР, ПНР и ГДР. Для определения структуры ударной волны в состав комплекса научной аппаратуры спутника были включены информационная система ОРИОН для регистрации и запоминания данных с высоким разрешением, не обеспечиваемым стандартной системой телеметрии, и бортовая вычислительная машина БРОД, предсказывающая и определяющая момент пересечения ударной волны и организующая быстрый опрос большого количества приборов. Спутник проработал на орбите 200 дней[2][29].

Международный проект «Интербол» был посвящён изучению взаимодействия солнечного ветра с магнитосферой Земли и явлений, возникающих в ионосфере во время магнитосферных суббурь[30]. Проект был частью широкой программы исследования околоземного пространства, осуществлявшейся космическими агентствами разных стран и координировавшейся международной группой IACG (Inter-Agency Consultative Group for Space Science)[31]. Для его реализации на базе спутников семейства «Прогноз» было создано новое поколение аппаратов, получившее обозначение «СО-М2» (в литературе встречается также наименование «Прогноз-М» или «Интербол»[32]), приспособленных для длительной работы в условиях многократного пересечения радиационных поясов и имеющих увеличенный срок службы. Масса аппаратов и количество установленного на них оборудования также увеличились. При гарантийном сроке в один год ожидалось, что каждый аппарат проработает на орбите не менее двух лет. В 1995—1996 годах c космодрома Плесецк было запущено два спутника этого типа — «Прогноз-11» («Интербол-1», заводское обозначение СО-М2 511) и «Прогноз-12» («Интербол-2», заводское обозначение СО-М2 512)[33].

3 августа 1995 года был произведен парный запуск «Прогноз-11» и чешского микроспутника «Магион-4»[34][35], выведенных на орбиту с апогеем 200 000 км, перигеем 500 км и наклонением 63°. Эти, совместно работающие, спутники исследовали явления в «хвосте» магнитосферы и получили название «хвостовой зонд»[36][33].

29 августа 1996 года были запущены «Прогноз-12» и «Магион-5»[37], выведенные на орбиту с апогеем 20 000 км и таким же, как для первого запуска, наклонением. В том же пуске был выведен аргентинский микроспутник ДЗЗ «Mu-Sat»[38]. «Прогноз-12» и «Магион-5» исследовали внутреннюю магнитосферу и авроральные области («авроральный зонд»)[39][33].

С помощью двух зондов, работающих на различных орбитах, в ходе проекта «Интербол» изучалась связь явлений в хвосте магнитосферы с процессами в её полярных каспах[комм. 4] и верхней ионосфере. Использование в составе каждого зонда двух совместно работающих аппаратов «Прогноз» и «Магион», следующих на расстоянии друг от друга и проводящих измерения с различным разрешением, позволило определять пространственные и временные вариации изучаемых явлений[41]. Кроме работы по проекту «Интербол» на спутниках проводились измерения радиационной обстановки в космосе, эксперименты по работе различных типов солнечных батарей при многократном пересечении радиационных поясов Земли[38]. Спутник «Прогноз-12» проработал на орбите более двух с половиной лет, а «Прогноз-11» — более пяти лет[5].