Солнечно-Земная Физика 40 ЛЕТ КОСМИЧЕСКОЙ ЭРЫ В НИИЯФ МГУ Ю.И.Логачев

НАША ИСТОРИЯ

III. ПИЛОТИРУЕМЫЕ КОСМИЧЕСКИЕ ПОЛЕТЫ

Полеты автоматических станций к Луне еще более укрепили первенство СССР в исследовании космоса и для следующего шага была начата подготовка полета в космос человека. Наш институт в этой программе участвовал с самого начала, ибо прежде чем посылать на околоземную орбиту человека было необходимо выяснить безопасность такого полета, в том числе и радиационную.
Сейчас выяснено, что длительные полеты в околоземном космосе возможны только на орбитах, не достигающих в южном полушарии Земли высоты, больше 500 км. В северном полушарии высота полета может быть поднята до 1000 км. Но до первых пусков кораблей-спутников этого не знали и было необходимо проверить все предполагаемые орбиты на радиационную безопасность.
Запуск первого корабля-спутника 15 мая 1960 г. имел целью отработку основных систем космического аппарата, необходимых для полета человека в космос. В кабине корабля спутника находился макет человека и оборудование его жизнеобеспечения в полете. Радиационных измерений в этом полете не проводилось. Ракета успешно стартовала и спутник был выведен на расчетную орбиту. После нескольких дней полета, подтвердивших хорошую работу всех систем корабля-спутника, была дана команда на включение тормозной двигательной установки для спуска аппарата. Однако, вместо торможения из-за неправильной ориентации спутника произошло его ускорение, значительно увеличилась высота полета спутника и время его существования на орбите. Падение первого корабля-спутника произошло только в 1962 году, спустя более двух лет после старта. Обломки аппарата упали на севере США, один из них, весом около 8 кг был найден. Его исследование показало сильную радиоактивность металла, наличие в нем различных радиоактивных изотопов, что связано с длительным облучением его в космическом пространстве. Этот кусок металла с точки зрения наведенной радиоактивности был даже более интересен, чем метеориты, так как он облучался не частицами космических лучей, как метеориты, а частицами радиационных поясов Земли.

В состав аппаратуры на втором и третьем кораблях-спутниках (август и декабрь 1960 г.) уже входили газоpазpядные и сцинтилляционные счетчики для регистрации радиации и запоминающие устройства для записи информации вдоль всей траектории полета кораблей-спутников, т.е. практически над всем земным шаром, исключая небольшие области полярных шапок. На 2-ом и 3-ем кораблях-спутниках находились и животные: собаки "Белка" и "Стрелка" ( 2-ой корабль-спутник ), "Пчелка" и "Мушка" ( 3-ий корабль-спутник ), а также мыши, крысы, семена и растения. На 4-ом и 5-ом кораблях-спутниках летали собаки "Чернушка" и"Звездочка". Сразу скажем, что эти полеты прошли успешно и все животные благополучно вернулись на Землю.
Радиационные приборы 2-го и 3-го кораблей-спутников сработали хорошо и дали информацию о потоках радиации почти над всей поверхностью Земли. На рис. 3.1 приведено распределение потоков частиц на высоте 320 км по данным 2-го корабля-спутника /7/. Видно, что в южном полушарии имеются области, где на высоте 320 км регистрируются большие потоки pадиации, в 5 раз и более пpевышающие сpедние по Земле.

Рис. 3.1 Распределение потоков частиц по данным 2-го корабля-спутника над поверхностью земного шара на высоте 320 км. (цифpы у линий дают потоки частиц в см^-2 c^-1)

До полетов 2-го и 3-го кораблей-спутников предполагалось, что на этих высотах никакой радиации кроме космических лучей быть не должно и обнаружение в Южной Атлантике зон повышенных потоков энергичных частиц явилось неожиданностью, требовавшей изучения этого явления, свойств регистрируемой радиации, ее состава и временных вариации. Прежде всего нужно было объяснить ее происхождение: оказалось, что это частицы радиационных поясов Земли, опускающиеся на малые высоты ( 200-300 км ) в районах отрицательных магнитных аномалий, т.е. тех областей, где напряженность магнитного поля Земли ниже средней для данной широты. Таких крупных аномалий оказалось две в южном полушарии ( Бразильская и Южно- Атлантическая ) и одна в северном ( Северо-Атлантическая ). Оказывается, при движении заряженных частиц в магнитном поле ( подробнее об этом см. раздел IV) происходит их опускание до таких высот, где напряженность магнитного поля совпадает с напряженностью точек отражения в другом полушарии, а в районах отрицательных аномалий такая напряженность достигается только на малых высотах. Захваченные магнитным полем Земли частицы колеблются вдоль силовых линий магнитного поля из северного полушария в южное и обратно, одновременно дрейфуя вокруг Земли и в областях отрицательных магнитных аномалий они опускаются ("ныряют") гораздо глубже в атмосферу Земли, чем на других долготах, а в положительных аномалиях точки отражения частиц наоборот лежат гораздо выше.

В работах на кораблях-спутниках участвовала группа сотрудников НИИЯФ МГУ по руководством И.А.Савенко ( В.Е.Нестеров, П.И.Шаврин, Н.Ф.Писаренко ). Обнаруженное ими явление стока частиц радиационных поясов Земли в отрицательных магнитных аномалиях впоследствии ( в 1982 г.) было зарегистрировано как открытие и занесено в Государственный Реестр Открытий под N 237 с приоритетом от 26 декабря 1960 года - даты публикации результатов полета 2-го и 3-го кораблей-спутников.

Запуски кораблей-спутников показали, что полет человека в космос с точки зрения радиационных условий безопасен, пребывание в невесомости не приводит к явным неожиданностям, а космическая техника обеспечивает благополучное возвращение на Землю. И 12 апреля 1961 года такой полет был совершен - Юрий Алексеевич Гагарин в течение 108 минут один раз облетел вокруг Земли. В дальнейшем полеты космонавтов стали регулярными, и на каждом пилотируемом корабле устанавливались приборы-дозиметры НИИЯФ МГУ для контроля радиационных условий полета, что особенно важно при длительных полетах. В настоящее вpемя полеты длительностью 6-8 месяцев уже не являются pедкостью, а космонавты А.Соловьев и В.Поляков пpобыли на оpбите в общей сложности более двух лет. Особенно длительные полеты проводятся на космической станции "МИР", котоpая находится на оpбите уже 14-й год (запущена в 1985 году). Вpемя существования этой станции пpевышает длительность цикла солнечной активности, что позволяет пpоследить ваpиации дозы pадиации в течение этого цикла. Доза pадиации на боpту станции "МИР" измеpялась пpибоpами НИИЯФ МГУ (разработчик - М.В.Тельцов), пpедставлявшими собой описанную выше ионизационную камеpу с автоматическим подключением к центpальному электpоду пpи достижении на нем опpеделенного потенциала. Оказалось, что пpи уменьшении солнечной активности доза pадиации существенно возpастает /8/ и становится уже заметной, могущей воздействовать
на здоpовье космонавта, в особенности пpи длительном полете. За год pаботы на оpбите станции "МИР" космонавт может получить дозу pадиации 15-30 pад, которая, конечно, далека от кpитической, но значительно пpевышает дозу pядового землянина.

Отметим, что относительно небольшая доза радиации на околоземных орбитах объясняется защитой внутренних областей магнитосферы сильным магнитным полем Земли, действующей всюду кроме полярных областей, куда заряженные частицы имеют свободный доступ. Полеты космонавтов вне магнитосферы гораздо более критичны с точки зрения радиационной опасности. На спутниках "Прогноз-1,-2" были установлены ионизационные камеры с целью измерения доз радиации, обусловленной как галактическими космическими лучами, так и частицами от возможных солнечных вспышек. Во время вспышек 4 и 7 августа 1972 года, которые входили в десятку мощнейших из зарегистрированных к настоящему времени, доза радиации внутри космического аппарата превысила 100 рад, так что полеты вне магнитосферы Земли даже в течение короткого времени должны проводиться очень осмотрительно, чтобы не пострадать от мощной солнечной вспышки. Американские полеты на Луну в 1969-72 гг., продолжавшиеся 8-12 суток, приходились на максимум солнечной активности и их благополучное завершение с точки зрения радиационного облучения явилось не только счастливой случайностью, но и выбором времени старта, учитывающего ближайшие перспективы вспышек на Солнце.
В настоящее время методика прогноза солнечных вспышек на ближайшие несколько дней достаточно хорошо разработана в ИЗМИРАН'е В.Н.Ишковым. У него можно получить надежный прогноз на возможность возникновения вспышек различной мощности на 3-4 дня вперед. Этот прогноз основан на наблюдениях магнитного поля активных областей: если на фоне старого поля активной области начинает появляться новое магнитное поле, то напряженность старого фонового поля и скорость появления нового, грубо говоря, пропорциональны мощности вспышки, которая произойдет в этой активной области через два-три дня после первого появления нового поля. В конце шестидесятых годов такой четкой методики прогноза солнечных вспышек еще не существовало и полеты на Луну были достаточно рискованными.
При длительных полетах ( на Марс и т.д.) избежать солнечных вспышек невозможно и необходимо обеспечивать защиту космонавтов от проникающей радиации на борту космического аппарата.

назад		вперед		оглавление		литература
		На первую страницу по истории солнечно-земной физики