Космические аппараты на службе науке

Игорь АФАНАСЬЕВ, Дмитрий ВОРОНЦОВ

Астрофизическая обсерватория «Спектр-Рентген-Гамма»

Несмотря на ряд выдающихся достижений в исследовании Луны, Венеры и, отчасти, Марса, создание космических аппаратов (КА) научного назначения нельзя отнести к сильным сторонам советской космонавтики. Причины этого кроются в остаточном принципе финансирования научных программ (приоритет всегда отдавался вопросам престижа и военному космосу). Кроме того, уровень развития отечественной элементной базы радиоэлектронной аппаратуры не позволял создавать автоматические КА с большим сроком существования, требующимся для более длительных миссий, например, полетов к планетам юпитерианской группы.

Развал СССР и экономические трудности 90-х гг. привели к практическому свертыванию в России проектов создания аппаратов научного назначения. Последний крупный «постсоветский» проект «Марс-96» окончился неудачей. Тем не менее улучшение экономической ситуации в начале нового века позволило России возродить несколько старых и начать ряд новых научных проектов. Особенностями современного этапа являются отсутствие амбициозности, упор на астрофизические исследования и унификация платформ аппаратов. Для снижения затрат ряд проектов пересмотрен в сторону уменьшения массы, иногда за счет сокращения научных приборов. В результате, некоторые аппараты «перекочевали» с ракет-носителей (РН) «Протон» на «Союз». Все научные аппараты, финансирование которых ведется в рамках Федеральной космической программы (ФКП), создаются по заказу Роскосмоса и Российской академии наук (РАН).

Комплекс для наблюдения Солнца с орбиты Земли. Входит в состав международной программы ILWS (International Living With Star – «жизнь со звездой») и увязан с проектами Yohkoh, GRO, SOHO, Ulysses, Wind, RHESSI. Спутник должен заменить КА «Коронас-Ф», прекративший существование в конце 2005 г.

Назначение аппарата:

– исследование накопления и трансформации энергии;

– изучение механизмов ускорения, распространения и взаимодействия энергичных частиц на Солнце;

– исследование влияния солнечной активности на физико-химические процессы в верхней атмосфере Земли, в т.ч. с целью определения негативных влияний на организм человека.

Рабочая орбита – околокруговая, высотой 550 км и наклонением 82,5°. Головным разработчиком определено НИИ Электромеханики (г. Истра, Московская обл.). Соисполнители – Московский инженерно-физический институт (Государственный университет), Национальное космическое агентство Украины (поставка спектрометра СТЭП-Ф). КА массой 1900 кг (полезная нагрузка – 540 кг) и ресурсом три года создается на платформе метеоспутника «Метеор-3»; запуск запланирован на РН «Циклон» на конец 2007 г. с космодрома «Плесецк».

Астрофизическая обсерватория, предназначенная для изучения Вселенной в рентгеновском и гамма-диапазонах электромагнитного спектра. Обзор небесной сферы в рентгеновском диапазоне энергий от 2 до 30 кэВ позволит обнаружить сверхмассивные черные дыры и скопления галактик. Проект начат в середине 90-х гг. и планировался к запуску не позднее 2008 г. Из-за отсутствия финансирования реализация затянулась, а комплект бортовой аппаратуры устарел. В 2002 г. Совет по космосу РАН принял решение о создании КА в упрощенном варианте. Аппарат проектируется в НПО им. С.А. Лавочкина (г. Химки). Целевая аппаратура состоит из нескольких приборов: рентгеновский телескоп eROSITA, разрабатываемый консорциумом европейских организаций во главе с Институтом внеземной физики (Германия); широкоугольный рентгеновский монитор Lobster; набор телескопов с кодированной апертурой ART-XC; детектор гамма-всплесков GRBM; широкоугольный монитор жестких рентгеновских лучей SPIN-X и бортовой компьютер BIUS. КА массой 2100 кг (полезная нагрузка – 1250 кг) создается на платформе «Навигатор». Запуск планируется в 2011 г. и возможен с космодрома «Байконур» (с помощью РН «Союз-2-Фрегат») на круговую орбиту высотой 600 км и наклонением 30°, либо из Гвианского космического центра в Куру (с помощью РН «Союз-СТ-Фрегат») на орбиту высотой 600 км и наклонением 5°. Расчетный срок активного существования КА – 7-10 лет.

Астрофизическая обсерватория, предназначенная для наблюдения в ультрафиолетовом диапазоне атмосфер планет, комет и горячих звезд. Проект является составной частью международной программы «Всемирная космическая обсерватория» WSO. Головной разработчик – НПО им. С.А. Лавочкина. Научную аппаратуру разрабатывает Институт астрономии РАН. Обсерватория, проект которой был задуман в начале 90-х гг., планировалось запустить на РН «Протон» еще в 1997 г. Отложенные по известным причинам работы были возобновлены на платформе «Навигатор». Основная полезная нагрузка – ультрафиолетовый телескоп Т-170М с диаметром главного зеркала 170 см. В состав научной аппаратуры телескопа войдут также спектрометр высокого разрешения HIRDES, спектрополяриметр, блок камер поля, блок управления научными данными, система массовой памяти. Запуск КА с использованием РН «Союз-2-Фрегат-СБ» запланирован на 2009 г. Рассматривается несколько возможных орбит: высокоэллиптическая с апогеем 300 000 км, либо выведение в точку либрации L2 в системе Солнце-Земля. Начальная масса комплекса составит около 2500 кг, срок активного существования – не менее 5 лет. Стоимость проекта оценивается в 100 млн евро (50% – финансирование за счет ФКП). Ожидается, что к проекту примкнет Германия, которая уже создает совместно с Россией бортовые спектрографы высокого разрешения. В проект, возможно, вольются фирмы ЕКА. В качестве вклада Испания и ЮАР предлагают свой наземный комплекс. Проектом активно интересуется Китай.

Автоматическая межпланетная станция (АМС), которая должна обеспечить проведение измерений химического состава атмосферы Венеры, съемку поверхности на этапе спуска, определение минерального состава вещества поверхностного слоя, точные измерения температуры и давления, потоков излучения, характеристик аэрозольной среды и сбор данных о сейсмической активности планеты. Срок активного существования спускаемого аппарата на поверхности Венеры – 30 дней, ресурс орбитального аппарата – 3 года. Запуск КА запланирован на 2016 г. Разработчик КА должен определяться на конкурсной основе, но, вероятно, им опять станет НПО им. С.А. Лавочкина.

Проект космического комплекса, который должен доставить пробы грунта Фобоса на Землю и определить его физико-химические характеристики. Реализация проекта позволит получить данные о происхождении спутников Марса, процессах взаимодействия его атмосферы и поверхности, взаимодействии малых тел Солнечной системы с солнечным ветром. КА разрабатывается в НПО им. С.А. Лавочкина, соисполнители – Институт космических исследований (ИКИ) и Институт геохимии и аналитической химии имени В.И. Вернадского РАН. Ресурс аппарата – 3 года.

Финансирование началось в 2004 г., постройка КА – в 2007 г. Запуск планируется произвести с космодрома «Байконур» с помощью РН «Союз-2-Фрегат» в октябре 2009 г.

Еще одна астрофизическая обсерватория, разрабатываемая в НПО им. С.А. Лавочкина, которая должна обеспечить радиоастрофизические наблюдения внегалактических объектов со сверхвысоким разрешением, а также исследование свойств околоземной и межпланетной плазмы. Аппарат будет работать совместно с сетью наземных радиотелескопов в диапазонах длин волн 1,35-6, 18 и 92 см. Соисполнитель проекта (разработчик целевой аппаратуры) – Астрокосмический центр физического института имени П.Н. Лебедева РАН.

«Радиоастрон» создается на платформе «Навигатор» и имеет массу 5400 кг. Основная целевая аппаратура – 10-метровый радиотелескоп массой 2500 кг и комплекс электронного оборудования. Срок активного существования КА – 5-7 лет. Запуск намечен на конец 2007 г. с космодрома «Байконур» с использованием РН «Зенит-2» и разгонного блока (РБ) «Фрегат-СБ» (вместо РН «Протон»).

Орбита высокоэллиптическая с перигеем 10-70 тыс. км и апогеем 310-390 тыс. км.

Космическая обсерватория, которая обеспечит получение уникальной информации о глобальной структуре Вселенной, строении и эволюции галактик, их ядер, звезд и планетных систем, а также об органических соединениях в космосе, объектах со сверхсильными гравитационными и электромагнитными полями. Разрабатывается НПО им. С.А. Лавочкина совместно с Астрокосмическим центром Физического института им. П.Н. Лебедева РАН.

Целевая аппаратура – радиотелескоп миллиметрового диапазона (0,01-20 мм) с 12-метровым зеркалом. Запуск запланирован на 2018 год. Возможные орбиты: высокоэллиптическая 75 000х300 000 км, гало-орбита возле точки L2 в системе Солнце-Земля, высокоэллиптическая с перигеем 75 000 км и апогеем в районе точки L2. Срок активного существования: 7-10 лет с пассивным охлаждением научной аппаратуры, а с использованием активного охлаждения – 3 года.

Космический комплекс, предназначенный для проведения исследований параметров распространения низкочастотных волн в магнитоактивной плазме магнитосферы Земли, изучения механизмов резонансного взаимодействия волн и частиц в околоземном космическом пространстве. «Резонанс» будет также контролировать техногенные воздействия на магнитосферу Земли и геофизические процессы. Головной разработчик КА – НПО им. С.А. Лавочкина, соисполнители: ИКИ РАН, Институт прикладной физики РАН, Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн РАН (ИЗМИРАН), НИИ ядерной физики и другие. В проекте принимают участие научные организации Франции, США, Финляндии, Чехии, Украины и ряда других стран.

Базовая платформа «Навигатор»

Автономная платформа ОКА-Т для проведения технологических экспериментов на орбите

Масса каждого КА около 500 кг, в т.ч. масса целевой нагрузки 85 кг. Срок активного существования – 3 года. Запуск двух КА одной РН «Союз-2-Фрегат» запланирован на 2012 г. с космодрома «Байконур». Целевая орбита: первого аппарата – 600х32 507 км, наклонение 63,4°, второго -1800х29 376 км, наклонение 63,4°.

АМС для проведения исследований параметров излучений Солнца с близких расстояний (30-40 радиусов звезды) c высокой чувствительностью и разрешением в оптическом, ультрафиолетовом, рентгеновском и гамма-диапазонах, параметров солнечного ветра для решения проблем разогрева солнечной короны и ускорения солнечного ветра, происхождения солнечных вспышек и коронарных выбросов плазмы. Головной разработчик – НПО им. С.А. Лавочкина. Соисполнители по разработке научной аппаратуры – ИЗМИРАН, ИКИ РАН. К работе привлекаются МИФИ, ФИАН, НИИЯФ МГУ и ряд других организаций.

Является преемником международного проекта «Интергелиос», разрабатывавшегося под эгидой Роскосмоса в конце 90-х гг. Пуск предполагался в 2010 г., потом был перенесен на 2012 г., а согласно ФКП намечен на 2014 г. Срок активного существования – 5 лет. Аппарат, создаваемый на базе платформы АМС «Фобос-Грунт», будет выводиться на гелиоцентрическую орбиту, которая будет меняться за счет гравитационных маневров у Венеры. Это позволит, в частности, провести исследования Меркурия.

АМС для исследований внутреннего строения и разведки природных ресурсов Луны, а также для изучения воздействий на естественный спутник Земли корпускулярных потоков и электромагнитного излучения. С использованием посадочного аппарата планируется проведение сейсмических экспериментов, определение прочностных характеристик реголита и наличия воды. Основной разработчик – НПО им. С.А. Лавочкина в кооперации с рядом научно-исследовательских организаций.

Создается на базе платформы «Навигатор» («Фобос-Грунт») и включает в себя орби- тально-перелетный и посадочный модули. Срок активного существования – 3-5 лет. Пуск планируется осуществить в 2012 г. с использованием РН «Союз-2-Фрегат».

В развитие программы «Луна-Глоб» НПО им. С.А. Лавочкина также предложило несколько проектов КА, пока не вошедших в ФКП:

– «Луноход» – доставка на Луну самоходного аппарата для проведения исследований лунной поверхности;

– «Луна-Грунт» – доставка образцов лунного грунта на Землю;

– «Лунный полигон» – создание на Луне научно-исследовательского «безлюдного» полигона, состоящего из разнообразных функциональных элементов.

Все проекты базируются на платформе АМС «Фобос-Грунт» и элементах РБ «Фрегат». Реализация проектов, которые проходят обсуждение в Совете по космосу РАН, намечена на 2009-2015 гг.

Спутник «Спектр-Р» на виброиспытаниях в НПО им.С.А. Лавочкина

Основной телескоп обсерватории "Спектр-УФ" на испытаниях в ИКИ

«Радиоастрон» в полете

Изготовление основного зеркала телескопа "Спектр-УФ"

Долговременные лаборатории для проведения технологических экспериментов в условиях микрогравитации, а именно: изучения процессов тепло-мас- сопереноса в жидкостях, отработки технологических процессов производства полупроводников, оптических и других материалов, опытно-промышленного производства некоторых материалов. Аппарат будет эксплуатироваться совместно с МКС, на которую при стыковках будут передаваться результаты экспериментов. Головной разработчик – ГНПРКЦ «ЦСКБ-Прогресс» в кооперации с РКК «Энергия» (определены по итогам конкурса в феврале 2006 г.). Планируется постройка и запуск двух КА «ОКА-Т» – в 2012 и 2014 гг. Масса КА – 7800 кг. Выведение планируется на РН «Союз-2» с космодрома «Байконур».

КА «Возврат-МКА» для автономного возвращения результатов научных и технологических экспериментов с МКС предполагается оснастить собственным спускаемым аппаратом. Масса и размеры КА будут меньше, чем у «ОКА-Т». Сроки реализации этих проектов близки к моменту завершения эксплуатации МКС (NASA не планирует финансирование МКС после 2016 г.).

Космический комплекс, обеспечивающий исследование параметров физиологического состояния биологических объектов под воздействием факторов космического пространства в течение орбитального полета продолжительностью до 45 суток с целью эффективного медико-биологического обеспечения длительных пилотируемых полетов в космосе. Головной разработчик – ГНПРКЦ «ЦСКБ-Прогресс». Соисполнитель – ГНЦ РФ «Институт медико-биологических проблем». КА массой 6300 кг (масса научной аппаратуры – 900 кг, в т.ч. внутри спускаемого аппарата – 700 кг) создается на базе серии аппаратов «Фотон» и «Зенит». Выведение на околоземную орбиту 226х394 км с наклонением 62,8° производится с помощью РН серии «Союз».

КА проекта «Луна-Глоб» в транспортировочной конфигурации

КА проекта «Луна-Грунт» в посадочной конфигурации

В ФКП включен также ряд проектов КА научного назначения, чей статус не до конца определен (должны быть проведены конкурсы для определения разработчика):

«Астрометрия» – космический астро- метрический комплекс, обеспечивающий построение фундаментальной системы небесных координат в оптическом диапазоне, измерение параллаксов опорных звезд с высокой точностью и решение прикладных задач космической навигации. Планируемый срок запуска – 2018 г.

«Гамма-400» – космическая обсерватория для определения природы «темной материи» во Вселенной, изучения происхождения космических лучей и физики элементарных частиц. Планируемый срок запуска – 2013 г.

«Терион-Ф2» – низкоорбитальный КА с высотой орбиты 300 км для исследований параметров ионосферы и термосферы на основе прямых и дистанционных методов измерений с борта. Срок активного существования – 1 год. Планируемый срок запуска – 2018 г.

«МКА-ФКИ» – малоразмерные КА для изучения солнечно-земных связей, наблюдений малых тел Солнечной системы, экспериментов в области астрофизики. Срок активного существования – 1 год. Планируется запуск пяти КА: в 2007, 2009, 2011, 2013 и 2015 гг.

Ряд проектов по исследованию Марса разрабатывается в НПО им. С.А. Лавочкина. По заявлению генерального конструктора и генерального директора Г.М. Полищука, кроме АМС «Фобос-Грунт», планируется направить к «Красной планете» еще две АМС. Одна из них, предназначенная для изучения Марса с орбиты, может быть запущена в 2012 г., а вторая – ориентировочно в 2015 г. Последняя АМС должна доставить на поверхность Марса самоходный аппарат – «марсоход».