Скоро исполнится  60 лет эпохе запусков космических аппаратов. За этот период получен гигантский объём информации о физических процессах и явлениях в космосе, далеко расширяющий границы наших знаний. Были сделаны фундаментальные открытия, обнаружены неизвестные ранее космические объекты, новые виды материи, иные состояния межзвёздного вещества – всё это глубоко изменило представления о строении мироздания. Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН неизменно занимает лидирующие позиции в исследованиях космического пространства. В 2015 году завершена текущая федеральная космическая программа России – пора подводить итоги и строить планы на будущее.  

Чем проводил нас ХХ век

    Холодное пространство Вселенной наполнено горячими энергиями созидания и разрушения звёзд, звёздных систем и галактик. Картина созидательного хаоса, порождающего всплески и угасание энергий, формирование и коллапс структур, симфонию вещества и антивещества заставляет задуматься об условности понятий «вселенная», «пространство», «время», о пространственно-временной неопределённости эйнштейновского релятивизма.

    В первой половине ХХ века в астрономии появился придуманный кем-то и привившийся с лёгкой руки физика Джона Уиллера термин «чёрная дыра». Так стали называть сколлапсировавшие звёзды, или коллапсары, чудовищная сила притяжение которых не оставляет шансов на спасение даже квантам света.

    У сверхмассивных чёрных дыр, наподобие той, что находится в центре нашей галактики, обнаружен механизм ускорения потоков релятивистских частиц, напоминающий процессы в гигантском ускорителе. Вблизи чёрных дыр пространство изменено настолько, что привычные законы физики перестают давать ответы на самые простые стандартные вопросы. 

Черная дыра глазами художника (источник)

    Во второй половине ХХ века в центре одной из галактик, в области звёздообразования, окружающей сверхмассивную чёрную дыру, был обнаружен источник излучения, по характеристикам напоминающий квантовый генератор – «мазер». Вскоре, в космическом пространстве было найдено ещё около двух десятков подобных природных мазеров, излучающих в областях спектра, соответствующих водяному пару и гидроксилу. Это коренным образом меняло представление о физической картине Вселенной, заставив астрофизиков ожидать новые открытия.

    Сегодняшняя астрономия располагает почти полным частотным портретом нашей Вселенной. И, хотя его нельзя назвать законченным, так как ничего законченного не может быть в принципе, но его системная суть уже проявлена. В основном получена физическая картина процессов, охватывающая весь спектральный диапазон – от гамма-излучений до радиоволн, приходящих к нам из космоса. Потоки излучений, миллиарды лет непрерывно льющиеся из его глубин, несут человечеству радиометрическую информацию о том, какой была Вселенная в начале их пути и как она менялась в дальнейшем. Днём и ночью, в течение многих десятилетий, в научных центрах на всех континентах планеты, системы радиометрии непрерывно ведут летопись жизни нашей Вселенной.

ФИАН Космический

    ФИАН –  один из мировых научных центров в области космических исследований. В институте, осуществляющем фундаментальные исследования почти во всех направлениях современной физики, с середины прошлого века реализуются программы исследований ближнего и дальнего космоса, в частности, создаются приборы и оборудование для работы в условиях космоса.

    С ФИАНом связаны многие вехи космических успехов нашей страны, начиная с середины прошлого века. Начиная с 1957 г., учёными ФИАНа ведутся практические внеатмосферные исследования процессов на Солнце с использованием средств рентгеновской спектроскопии. Уже в тот период специалистами института был создан целый ряд принципиально новых приборов, наземного и бортового оборудования для космических аппаратов. Космическая одиссея ФИАНа прочно связана со следующими этапами освоения космоса.

    Второй искусственный спутник Земли (запуск 03.11.1957). Первая в СССР попытка прямых измерений рентгеновского излучения Солнца была предпринята с помощью аппаратуры с открытыми фотоумножителями, разработанной под руководством сотрудников ФИАН А.А. Лебедева и С.Л. Мандельштама. В этом проекте впервые были зарегистрированы частицы радиационного пояса Земли.

Второй искусственный спутник Земли (макет; источник)

    Запуски высотных ракет в период 1959 – 1962 гг. В эти годы были осуществлены первые советские наблюдения рентгеновского излучения Солнца, проведённые с борта ракет.

    Второй и третий космические корабли-спутники. В 1960 г. на космических кораблях-спутниках были выполнены первые длительные измерения рентгеновских потоков от Солнца (на протяжении суток и более).

    Космические станции «Электрон-2» (запуск в 1964 г.) и «Венера-2» (запуск в 1965 г.). Были проведены более длительные (на протяжении нескольких месяцев) наблюдения потоков коротковолнового солнечного излучения с помощью кислородных счётчиков Гейгера.

    Запуск ракеты при полном солнечном затмении. 15 февраля 1961 г. был произведён запуск ракеты со счётчиками фотонов с целью определения областей генерации рентгеновского излучения в короне Солнца.

    Запуски геофизических ракет в период 1963 – 1965 гг. С помощью камер-обскур, установленных на геофизических ракетах, было произведено прямое фотографирование Солнца в рентгеновской и ультрафиолетовой областях спектра. Были применены новейшие следящие системы, позволившие получить наиболее чёткие в то время фотографии Солнца.

    Искусственные спутники Земли «Космос-166» и «Космос-230» (запуски в 1967 и 1968 гг.). Запуск первых советских «солнечных» спутников, созданных по инициативе и с активным участием ФИАНа, явился важным этапом исследований коротковолнового излучения Солнца.

Космический аппарат «Космос-166» (макет; источник)

    На «солнечных» спутниках серии «Интеркосмос» были осуществлены систематические исследования линейчатого спектра солнечных вспышек.

Искусственный спутник «Интеркосмос-1» (макет; источник)

    В 1967 г. в ФИАНе были начаты разработки бортовых поляриметров непрерывного спектра. Первые поляризационные измерения проведены на спутнике «Интеркосмос-1» в 1969 г. Измерения были продолжены в 1970 г. на спутнике «Интеркосмос-4», когда удалось проследить временной ход поляризации в процессе развития солнечной вспышки. Измерения поляризации более точным методом были продолжены на спутниках «Интеркосмос-7» (1972 г.) и «Интеркосмос-11» (1973 г.).

    Исследования спектров высокого разрешения рентгеновского излучения Солнца были осуществлены в период 1976 – 1983 гг. на спутнике «Интеркосмос-16» и ракетах серии «Вертикаль». Наблюдения были выполнены как в период вблизи минимума солнечной активности («Интеркосмос-16» – 1976 г., «Вертикаль-5» – 1977 г., «Вертикаль-11» – 1983 г.), так и на фазе максимума («Вертикаль-8» – 1979 г., «Вертикаль-9» – 1981 г.). Аппаратура для проведения экспериментов была разработана в ФИАНе совместно с польскими и чехословацкими специалистами.

Ракета «Космос-Вертикаль», разработанная ПО «Полёт», г. Омск (источник)

    В 1977 г. была запущена орбитальная пилотируемая станция «Салют-6», в отсеке научной аппаратуры которой располагался бортовой субмиллиметровый телескоп БСТ-1М с диаметром главного зеркала 1,5 м, разработанный специалистами ФИАНа.

    1992 год – начало реализации Российской программы исследования физики Солнца и солнечно-земных связей «КОРОНАС» (Комплексные Орбитальные Околоземные Наблюдения Активности Солнца). Исследования предусматривали запуск серии из трёх солнечно-ориентированных космических обсерваторий на околоземную орбиту. КОРОНАС являлся международным проектом, осуществляемым с участием космических агентств и Академий наук России и Украины. В проекте также принимали участие Польша, Германия, Франция, Великобритания и США. В марте 1994 г., с российского космодрома «Плесецк» была запущена первая из трех орбитальных солнечных обсерваторий «Коронас-И». 31 июля 2001 г. была запущена вторая – «Коронас-Ф». 30 января 2009 г. на околоземную орбиту был выведен третий аппарат этой серии – «Коронас-Фотон».

Обсерватория «Коронас-Ф» (художественное изображение; источник)

Новые шаги во Вселенную

   18 июля 2011 г. в космос был успешно запущен и несколько месяцев позже введен в эксплуатацию уникальный инструмент – «РадиоАстрон», объединяющий в единое целое 10-метровый Российский космический радиотелескоп и крупнейшие мировые наземные телескопы. Проект создан по заказу Российской Академии наук в рамках Российской космической программы. Головной технической организацией является Научно-Производственное Объединение им. С.А. Лавочкина, головной научной организацией – Астрокосмический центр (АКЦ) Физического института им. П.Н. Лебедева РАН. Проект реализует схему космического интерферометра со сверхдлинной базой, позволяющего достичь рекордной разрешающей способности.  Многие технические решения, реализованные на космическом аппарате, являются инновационными и уникальными.  Как отмечается многими специалистами в России и за рубежом, это крайне успешный проект, определяющий на сегодняшний день мировой уровень космических научных исследований.

Космическая радио-обсерватория РадиоАстрон (художественное изображение; предоставлено АКЦ ФИАН)

    Сегодня создается космический комплекс, включающий космическую обсерваторию «Миллиметрон» и интерферометр Земля – Космос на ее основе,  для исследований астрономических объектов со сверхвысокой чувствительностью в миллиметровом, субмиллиметровом и дальнем инфракрасном диапазонах спектра электромагнитного излучения. Заказчиком  проекта выступает Федеральное космическое агентство и Российская Академия наук в рамках Федеральной космической программы России на 2016-2025 гг. Головным исполнителем является ФГУП «НПО им. Лавочкина», исполнителем — Астрокосмический центр Физического института им. П.Н. Лебедева РАН.

Космическая обсерватория «Миллиметрон» (художественное изображение; предоставлено АКЦ ФИАН)

    Уникальность обсерватории «Миллиметрон» заключается в возможности достижения  в спектральном диапазоне  длин волн 0.05–17 мм как сверхвысокой чувствительности, так и сверхвысокого углового разрешения, являющихся рекордными по сравнению с предшествующими и создаваемыми в настоящее время телескопов космического базирования.

    Это позволит получить уникальную информацию о глобальной структуре Вселенной, строении галактик, их ядер, звезд и планетных систем, а также об органических соединениях в космосе, объектах со сверхсильными гравитационными и электромагнитными полями.

***

    Ретроспектива успешных космических проектов показывает, что уровень разработок, продемонстрированный институтом на протяжении всей истории отечественных космических запусков, позволяет рассматривать ФИАН в качестве одного из ключевых мировых центров космических исследований, чьё участие в большой степени обеспечивает успех этих проектов.

В. Жебит, АНИ «ФИАН-Информ»