Солнечно-Земная Физика
40 ЛЕТ КОСМИЧЕСКОЙ ЭРЫ В НИИЯФ МГУ
Ю.И.Логачев
|
| Солнечно-Земная Физика40 ЛЕТ КОСМИЧЕСКОЙ ЭРЫ В НИИЯФ МГУЮ.И.Логачев |
НАША ИСТОРИЯ |
Начало проектирования спутников Земли для длительного использования
выявило у конструкторов потребность в знании физических условий в космическом
пространстве. Особенно это было осознано после полетов первых спутников
"Электрон", подвергшихся облучению в радиационных поясах Земли, существенно
сократившему время их активного существования.
Справочной литературы по различным параметрам космического пространства
в то время не существовало, что существенно затрудняло процесс создания
космических аппаратов. Конструкторам по каждому вопросу приходилось
обращаться к ученым, занимавшимися теми или иными конкретными явлениями в
космосе. Одной из главных опасностей, поджидавшей космическую технику при
длительных полетах, являлась опасность поражения потоками заряженных частиц
и электромагнитным излучением, в исследовании которых наш институт имел
немалый опыт, что и явилось одной из причин того, что Совет Министров СССР
именно НИИЯФ МГУ поручил создание обобщенного справочника по физическим
условиям в космическом пространстве. Эти справочники получили название
"Модель космического пространства" или сокращенно " Модель Космоса".
Инициатором их создания и бессменным главным редактором был директор НИИЯФ
МГУ академик С.Н.Вернов. Координатором всех работ по изданию "Модели
космического пространства" был заместитель директора НИИЯФ МГУ И.Б.Теплов.
Первое издание справочника "Модель Космоса-1964" вышло в 1965 году.
Это был один толстый том (okoло 700 страниц), в котором были собраны доступные
к тому времени сведения о радиации и некоторых других явлениях в космическом
пространстве. На pис. 8.1 пpиведен титульный лист этого издания. Уже эта
"Модель Космоса" показала ее полезность для широкого круга конструкторов и
научных работников различного профиля, занимающихся исследованием космоса.
Второе и последующие издания "Модели Космоса" (всего было выпущено 7
изданий, последнее в 1983 году) было разбито на 3 тома. Редакторами всех
трех томов были сотрудники НИИЯФ МГУ: первый том редактировал Ю.И.Логачев,
второй - А.И.Акишин и третий - Е.В.Горчаков.
Первый том включал материалы по физическим условиям в космическом
пространстве. В разных изданиях содержание тома несколько изменялось,
становясь все более объемным. В последнем, 7-ом издании были охвачены
практически все явления, наблюдавшиеся в Солнечной системе. Оглавление
первого тома этого издания, приведенное ниже, подтверждает сказанное.
О Г Л А В Л Е Н И Е
Том 1. Физические условия в космическом пространстве
Глава 1. Солнечная система
Глава 2. Метеорная материя
Глава 3. Галактические космические лучи
Глава 4. Космическое рентгеновское и гамма-излучение
Глава 5. Электромагнитное излучение Солнца
Глава 6. Солнечный ветер и межпланетное магнитное поле
Глава 7. Структура межпланетного пространства и
энергичные частицы
Глава 8. Солнечные космические лучи
Глава 9. Магнитные поля планет и Луны
Глава 10. Взаимодействие солнечного ветра с планетами
и их спутниками
Глава 11. Магнитосфера Земли и других планет
Глава 12. Заряженные частицы в магнитосфере Земли
и других планет
Глава 13. Искусственные радиационные пояса
Глава 14. Ионосфера Земли и других планет
Глава 15. Планетные атмосферы
Глава 16. Электромагнитное излучение Земли
Глава 17. Солнечно-земные связи
Глава 18. Некоторые свойства грунта Луны, Меркурия,
Венеры и Марса
Такой широкий охват сведений был не под силу одному нашему институту.
По всем вопросам специалистов в НИИЯФ МГУ не было и для представления
материалов в полном объеме было налажено взаимодействие с другими профильными
институтами. Главу о микрометеорах писала Т.Н.Назарова, сотрудница ГЕОХИ АН
СССР, многие годы занимавшаяся экспериментальным изучением метеоритов, в том
числе и на спутниках Земли и других космических аппаратах. Главу о магнитном
поле Земли и других планет писал Ш.Ш.Долгинов, сотрудник ИЗМИРАН, активно
участвовавший вместе с изготовленными им магнитометрами практически во всех
космических экспериментах, по крайней мере в первые 5-6 лет космической эры.
Рентгеновское и гамма-излучение в НИИЯФ МГУ только начинали осваивать и эту
главу написал сотрудник ИКИ АН СССР В.В.Усов. Ионосфера Земли и других планет
была представлена также сотрудниками ИКИ, большой вклад здесь внесли К.И.
Грингауз и Т.К.Бреус. Планетные атмосферы были описаны чл.-корр. АН СССР
М.Я.Маровым, а грунты планет - группой сотрудников ГЕОХИ АН СССР.
Для ряда других разделов материал готовился сотрудниками НИИЯФ МГУ
совместно со специалистами из других институтов. Сотрудничество разных
институтов в создании "Модели Космоса" от издания к изданию укреплялось,
что способствовало улучшению ее качества. Раздел "Солнце", например, для
готовившегося, но не вышедшего в свет, 8-го издания "Модели Космоса" был
написан сотрудниками ГАИШ, лучщими в Москве специалистами в этой области
знаний. Тем не менее, большая часть материала поступала от сотрудников
НИИЯФ МГУ. В работах по первому тому активно участвовали и экспериментаторы
и теоретики. Перечислю только главных действующих лиц: И.С.Веселовский,
В.П.Шабанский, И.И.Алексеев, С.Н. Кузнецов, П.В.Вакулов, Р.Н.Басилова,
Б.М.Кужевский, В.Г.Столповский, М.И. Кудрявцев, Г.Б.Лопатина, А.В.Гетлинг,
Л.М.Алексеева, В.И.Иозенас, В.И.Тулупов и др. Очень большую работу по сбору
материалов к 1 тому "Модели Космоса" и их предварительному редактированию
провела А.И.Сладкова.
Второй том "Модели Космоса" был посвящен исследованиям поведения материалов и элементов космической техники в космической сpеде. Главным здесь было изучение радиационного воздействия на различные конструкционные материалы: полупроводники, фотоэмульсии, оптические и терморегулирующие покрытия. В полете космические аппараты под действием ультрафиолетового излучения Солнца интенсивно электризуются и было необходимо проведение исследований влияния электростатических зарядов на работу бортовой аппаратуры. Глубокий вакуум космического пространства также влияет на работоспособность наружных агрегатов, особенно важными здесь являются процессы трения, и в "Модели Космоса" рассматривались вопросы их лабораторного моделирования. Космический аппарат создает вокруг себя собственную атмосферу, которая воздействует на работоспособность служебной и научной бортовой аппаратуры. Микрометеорная материя и космический мусор, которого с каждым годом в космосе становится все больше, также воздействуют на поверхностные материалы космических аппаратов. Эти и ряд других вопросов подробно рассматриваются во втором томе "Модели Космоса", причем по многим вопросам в НИИЯФ МГУ проводились лабораторные исследования, моделирование различных процессов. Эта сложная работа выполнялась не только в НИИЯФ МГУ (под руководством А.И.Акишина), но и в ряде смежных организаций.
Главные действующие лица в создании 2 тома "Модели Космоса" - А.И.Акишин,
И.Б.Теплов, Ю.В.Булгаков, Л.С.Новиков, Ю.И.Тютрин, Л.И.Цепляев, Н.М.Дунаев и
др.
Третий том "Модели Космоса" назывался "Расчетная модель". Здесь были
представлены сведения по тем же явлениям в космосе, что и в 1-ом томе, но в
другом виде, более приспособленном для конкретного использования при
различных расчетах, при проектировании приборов и самих космических
аппаратов. Сведения о потоках частиц, интенсивности электромагнитных
излучений, плотности вещества на разных высотах и других параметрах
космического пространства в 3-ем томе представлялись в виде таблиц, расчетных
формул, удобного графического материала и программ для ЭВМ, позволявших
быстро получить нужные цифровые величины на основе конкретных исходных данных.
Особое внимание в 3-ем томе было уделено системе инвариантных координат, в
которой представлялись все данные о потоках частиц в магнитосфере Земли.
В создании 3-го тома активно участвовало Е.В.Горчаков, И.В.Гецелев,
Э.Н. Сосновец, М.И.Панасюк, Б.И.Савин, В.П.Шабанский, И.И.Алексеев и ряд
других сотрудников. Также как и в первых двух томах в работах по 3-му тому
были задействованы и сотрудники других институтов: Г.А.Базилевская,
Ю.И.Стожков, В.И.Волга, А.П.Александров и др.
После редактирования тексты поступали в группу оформления "Модели Космоса",
которой руководил И.А.Савенко. В лучшие времена эта группа состояла из 5-6
высококлассных чертежниц-оформителей, способных из любого эскиза-наброска
создать рисунок или график, которые сразу компоновались в окончательный
вариант текста и затем поступали на размножение, и двух машинисток, красиво
и без ошибок перепечатывавших все поступающие после редактирования статьи
"Модели Космоса". Наличие такой группы оформителей позволяло на первых порах
выпускать очередное издание каждые два года, что диктовалось необходимостью
дополнять "Модель" интенсивно поступающим материалом о новых идеях и
результатах экспериментов в космосе. Со временем темп космических исследований
стал замедляться и "Модель" стала издаваться уже раз в три года, а 7-ое
издание отстало от 6-го уже на 7 лет. Над последним изданием работало уже
только два оформителя и одна машинистка. Готовившееся 8-ое издание "Модели
Космоса" уже не увидело света. Группа оформителей помогала также нашим
сотрудникам готовить рисунки к научным публикациям.
Последние издания "Модели Космоса" имели тираж более 500 экземпляров
и рассылались во все конструкторские бюро космической и авиационной техники,
во многие научные учреждения и по разовым заявкам в различные предприятия и
отдельным лицам. Если матеpиалы 1-го тома "Модели Космоса" были популярны в
основном среди научных сотpудников разных институтов, то 2-ой и 3-ий тома
использовались инженерами и конструкторами космической техники.
Важность и полезность "Модели Космоса" была оценена научным сообществом: в 1979 году 12 участников этих работ, их них 5 человек из НИИЯФ МГУ (И.Б.Теплов, А.И.Акишин, Е.В.Горчаков, Ю.И.Логачев и И.А.Савенко) были удостоены Государственной премии. Еще один Лауреат Госпремии по этой тематике, И.В.Гецелев, теперь также работает в НИИЯФ МГУ.
Как уже говорилось, в 1984-85 году началась подготовка очеpедного 8-го
издания "Модели Космоса". Были собраны новые материалы, задуманы новые
разделы, обсуждались электронные варианты издания. Но этим планам не
суждено было свершиться, ибо возникла совершенно другая возможность-
необходимость: высшее начальство решило, что для создания космической техники
уже недостаточно иметь справочный материал по физическим условиям в космосе,
а необходимо руководствоваться официальными документами, коими являются
Государственные стандарты, ГОСТ'ы.
На одном из первых совещаний, где обсуждалась возможная степень участия
НИИЯФ МГУ в работах по ГОСТ'ам, царило оживленное недоумение: нужно ли
стандартизировать физические явления, как это можно сделать и стоит ли нам
ввязываться в эту эпопею? Ситуация действительно несколько непривычная, ибо
обычно ГОСТ'ы говорят о том, каким должно быть то или иное изделие,
технологический процесс, какими параметрами должны обладать творения рук
человеческих. Стандартизировать явления природы кажется не только неразумным,
но и противоестественным, природа ведь не знает, что ее застандитизировали и
может повести себя "нестандартным" образом. Тем не менее, в результате
обсуждения директор НИИЯФ МГУ И.Б.Теплов решил, что НИИЯФ МГУ не только не
может оставаться в стороне от этого государственного мероприятия, но и, чтобы
не потерять завоеванные ранее позиции в исследовании космоса, должен
возглавить эту работу.
ГОСТ'ами было решено охватить практически все явления, наблюдавшиеся в
космосе. В НИИЯФ МГУ было образовано более десятка групп во главе с
руководителями каждого ГОСТ'а, которые занялись формулированием различных
физических явлений на юридическом языке, не допускающем неясного или двоякого
толкования. Эта непростая задача решалась с большим трудом, формулировки
многократно переписывались. Специальная группа занималась созданием ГОСТ'а по
терминам и определениям, которыми все остальные должны были руководствоваться.
Сотрудники института стандартизации тщательно следили за правильностью
написания ГОСТ'ов, а так как они не всегда знали существо дела (вернее всегда
не знали), то возникали естественные противоречия между ними и авторами
ГОСТ'ов. Тем не менее спустя 2-3 года все намеченные ГОСТ'ы были подготовлены,
прошли массу согласований (было необходимо получить согласие всех Министерств,
которые впоследствии должны были этими ГОСТ'ами руководствоваться) и вышли в
свет в виде отдельных брошюр, а наши сотрудники получили премии за успешное
выполнение работ. Надеюсь, что эти издания кому-то были полезны, хотя лично я
заглядывал в них всего несколько раз, убеждался, что нужных мне сведений в
ГОСТ'ах не содержится и шел искать их в менее формализованных справочниках.
После первого выпуска стандартов на физические явления в космосе
некоторое время шли разговоры о продолжении работ над новыми ГОСТ'ами или
улучшением старых, но возникшая в стране "перестройка" перестроила и эти
планы и о выпуске новых ГОСТ'ов прочно забыли.
Однако, накопленный к началу 90-х годов огромный экспериментальный
материал по различным явлениям в космосе требовал определенной систематизации.
Это инициировало создание квалифицированных моделей явлений, основанных на
открытых к этому времени законах, управляющих физическими процессами, и
имеющимися экспериментальными данными. Такие модели были прежде всего
нацелены на представление радиационных полей в ближайшем космосе, что
необходимо для обеспечения радиационной безопасности полета человека и
элементов космической техники.
Одной из ранних была модель И.В.Гецелева, которая для произвольной траектории в околоземной магнитосфере позволяла определить дозу радиации за произвольное время полета. Эта модель была впервые представлена в "Модели Космоса" в 1966 году. Точность определения дозы радиации по этой модели была не очень высокой, но зато позволяла определить дозу радиации простым арифметическим расчетом, не требовавшим много времени.
Более точную картину потоков частиц в магнитосфере давали две конкурирующие модели, разработанные в лаборатории Б.А.Тверского под руководством Э.Н.Сосновца и независимо О.И.Савуном и Б.Ю.Юшковым. В настоящее время моделирование потоков частиц разной природы в магнитосфере Земли проводится уже на высоком научном уровне, учитывающем не только среднюю картину радиационных поясов, но и их вариации с изменением солнечной активности, и точность этих моделей достаточно высока. О сложности создания таких моделей говорит хотя бы тот факт, что на их основе были защищены кандидатские диссертации (Е.Д.Толстая и В.Ф.Башкиров). Особенно следует отметить работу Р.А.Ныммик, который создал нашедшую мировое признание модель потоков частиц солнечных космических лучей различной природы, включая их энергетические спектры, потоки за все событие (флюенсы), частоту их появлений и возможностей проникновения во внутренние области магнитосферы. Результаты этих и других исследований Р.А.Ныммика можно найти в защищенной им в 1998 году докторской диссертации.
Перечислю кратко еще ряд моделей некоторых явлений в космическом
пространстве, разработанных в НИИЯФ МГУ. Это модели потоков энергичных
тяжелых ионов в магнитосфере Земли (М.И.Панасюк, Е.Г.Коротеева), эмпирическая
модель дневной стороны магнитосферы (С.Н.Кузнецов, А.В.Суворова), модель
солнечно-земной среды (И.С.Веселовский).
Здесь же можно упомянуть и разработку методики оценки интенсивности
одиночных сбоев интегральных микросхем в потоке тяжелых ионов космического
пространства (Н.В.Кузнецов и др.)
В НИИЯФ МГУ разработаны и другие модели физических явлений в космосе,
перечисление которых заняло бы очень много места.
Сотрудники НИИЯФ МГУ участвовали также в создании каталогов солнечных
протонных событий за 1970-1986 годы, где представлены практически все
вспышечные возрастания потоков протонов, регистрируемые на орбите Земли /41/.
В каталогах приведены сведения как о потоках протонов разных энергий,
начиная с 5-10 МэВ, так и об источниках частиц на Солнце, т.е. о солнечных
вспышках и об активных областях, в которых данные вспышки возникли. Сейчас
сдано в печать продолжение каталога, всключающего солнечные события до 1996
года /42/. Таким образом наши каталоги вместе с каталогом Симона и Швестки
/43/ охватывают весь период исследования солнечных космических лучей с
помощью средств космической техники. Отмечу, что в создании наших каталогов
кроме НИИЯФ МГУ принимали участие сотрудники еще 5 институтов АН СССР и других
ведомств и именно такое широкое представительство позволило всесторонне
охватить решаемую проблему.
В каталогах использованы данные по потокам частиц,
полученные на космических аппаратах, на шарах-зондах, с помощью наземных
нейтронных мониторов и по ионосферному поглощению космического радиоизлучения
в полярных шапках Земли. Процессы на Солнце оценивались по оптическим и
рентгеновским излучениям, а также по динамической картине радиоизлучения,
сопровождающего солнечные вспышки. Особенно важной и трудной задачей является
здесь отождествление события на Солнце, как правило солнечной вспышки, с
наблюдаемым возрастанием потока энергичных частиц. Это отождествление или
привязка оказывают существенное влияние на представление о распространении
ускоренных во вспышке частиц в межпланетном пространстве. Неправильная
привязка ко вспышке может привести к неправильным оценкам коэффициентов
диффузии частиц в пространстве, к смешению ускорений во вспышке и на ударной
волне, связанной со вспышками, к неправильному определению скорости ударной
волны и при других исследованиях. К сожалению, во многих случаях реальное
отождествление вспышек-источников частиц остается субъективным. В описываемых
каталогах эта субъективность сведена к минимуму благодаря комплексному учету
всей имеющейся по данной вспышке информации и непосредственному участию в
отождествлении исследователей различных специальностей.
В наших каталогах представлено 334 события в солнечных космических лучах.
Более сотни таких же, по максимальным потокам 10-мэвных протонов, содержатся
в каталоге Симона-Швестки /43/, т.е. имеющаяся статистика событий вполне
достаточна для проведения различных исследований. Сожаление вызывает тот
факт, что не для всех событий имеюся данные обо всех сопровождающих вспышку
явлениях: о мягком и жестком рентгеновском излучениях, о корональных
транзиентах, о магнитных полях в области вспышки и в межпланетном
пространстве и других процессах. Кроме того, и измерения потоков частиц
бывают неполными, обычно нет сведений о химическом, а тем более изотопном
составе ускоренных частиц, не всегда есть сведения об электронной компоненте.
Так что, несмотря на имеющуюся большую статистику необходимо продолжать
регистрацию события в солнечных космических лучах, обеспечивая широкий набор
сведений об их потоках.
| назад | 
| вперед | 
| оглавление | 
| литература | 
| |
| На первую страницу по истории солнечно-земной физики | 
| |||||||