«Земля и Вселенная» 2005 №4, с. 3-16

15 мая 2005 г. исполнилось 40 лет Институту космических исследований Российской академии наук. Созданный как головная академическая организация по исследованию и использованию космического пространства в интересах фундаментальной науки, Институт за прошедшие годы стал признанным центром советской, а затем российской космической науки (Земля и Вселенная, 2000, №3).

Институт ведет научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы по таким основным направлениям, как астрофизика высоких энергий и радиоастрономия, исследования планет и малых тел Солнечной системы, физика космической плазмы и солнечно-земная физика, дистанционное зондирование Земли, оптико-физические исследования, небесная механика и системы управления, телекоммуникационные сети и системы, космическое приборостроение, научно-образовательные программы. Сотрудники Института принимали активное участие в исследованиях на космических аппаратах, запускаемых по национальным космическим программам (серии ИСЗ "Космос" и "Прогноз", АМС "Марс", "Венера", "Луна" и др.; пилотируемые корабли "Союз"; орбитальные станции "Салют" и "Мир"), в проектах, осуществляемых в рамках международного сотрудничества ("Союз" — "Аполлон", "АРАКС", "СНЕГ", "Радуга", "Интеркосмос", "Ореол", "ВЕГА", "Фобос", "Гранат", "Рентген", "Гамма", "Интербол" и др.), а также, особенно активно в последние годы, как соисполнители в зарубежных космических проектах ("Марс Экспресс", "Интеграл" и др.).

В одних проектах ученые и специалисты Института разрабатывали и испытывали бортовые комплексы научной аппаратуры, а затем проводили исследования с их помощью. В других занимались получением и обработкой научной информации с космических аппаратов, ее анализом и интерпретацией.

Напомним об основных космических проектах, в которых Институт принимал участие.

16 июля 1965 г. запущена самая тяжелая в то время научная космическая лаборатория "Протон" массой 12.2 т (масса научной аппаратуры — 3.5 т) для комплексного изучения космических лучей и взаимодействия с веществом частиц сверхвысоких энергий (Земля и Вселенная, 1965, № 4). Исследования продолжены на ИСЗ "Протон-2, -3 и -4". На "Протоне-4" массой около 17 т был установлен комплекс научной аппаратуры массой 12.5 т. Выполненные учеными Института обработка данных и интерпретация научных результатов показали, в частности, наличие нерегулярности в спектре частиц галактических космических лучей вблизи энергий 10-12 эВ.

Тяжелый научный спутник "Протон" (1965).

31 января 1966 г. запущена автоматическая станция "Луна-9" (Земля и Вселенная, 1967, № 6). 3 февраля 1966 г. спускаемый аппарат станции впервые в мире совершил мягкую посадку на поверхность Луны и передал из района Океана Бурь панораму окружающего ландшафта. Выполненные при различных высотах Солнца над горизонтом, они дали возможность изучить микрорельеф лунного грунта, определить размеры и форму впадин и камней.

31 марта 1966 г. запущена автоматическая станция "Луна-10", 3 апреля 1966 г. она стала первым искусственным спутником Луны (ИСЛ; Земля и Вселенная, 1967, № 1). В течение 56 сут измерялись гамма-излучение поверхности, магнитное и гравитационное поля Луны. В дальнейшем были запущены еще три ИСЛ: "Луна-11, -12 и -14" (1966-1968). Получены косвенные данные о химическом составе и радиоактивности лунных пород. Установленная на "Луне-12" фототелевизионная система передала крупномасштабные изображения участков лунной поверхности (Земля и Вселенная, 1975, №3). Систематические длительные наблюдения за изменением параметров орбит ИСЛ позволили уточнить соотношение масс Земли и ее естественного спутника и данные о гравитационном поле Луны, ее форме (Земля и Вселенная, 1975, № 2). Изучались также космические лучи и потоки идущих от Солнца заряженных частиц.

Спускаемый аппарат АМС "Венера-4" (1967).

12 июня 1967 г. запущена АМС "Венера-4" — первый космический аппарат, выполнивший прямые измерения в атмосфере другой планеты (Земля и Вселенная, 1967, № 6). Во время парашютного спуска в атмосфере Венеры спускаемый аппарат станции передавал информацию 94 мин. Измерялись температура, давление, скорость ветра, содержание СO₂, N₂ и Н₂О на высотах 25-55 км. Выяснилось, что атмосфера состоит на 90-95% из СO₂, азот не найден. Спускаемый аппарат "Венеры-4" разрушился на высоте 25 км, успев зафиксировать температуру атмосферы (535 К). На пролетном аппарате проводились измерения космической плазмы и ультрафиолетовой радиации. Открыта протяжен

Автоматические межпланетные станции: а) "Луна-9", б) "Луна-10"(1966).

ная водородная корона Венеры. В последующих запусках АМС "Венера-5 и -6" (1969) выполнялись аналогичные измерения с помощью приборов пролетных и спускаемых аппаратов, разрушившихся на высоте 18 км (Земля и Вселенная, 1969, №№ 3, 4). 15 декабря 1970 г. "Венера-7" впервые совершила мягкую посадку на поверхность планеты (Земля и Вселенная, 1971, №2).

АМС "Луна-16", впервые доставившая на Землю образцы лунного грунта (1970). Самоходный аппарат "Луноход-1" (1970).

Исследования Венеры были продолжены на спускаемых аппаратах АМС "Венера-9-14". Станции "Венера-15 и -16" с октября 1983 г. исследовали планету с орбиты ИСВ (Земля и Вселенная, 1983, № 4; 1984; №1).

12 сентября 1970 г. стартовала АМС "Луна-16" — первый автоматический космический аппарат, доставивший лунный грунт (105 г) на Землю (Земля и Вселенная, 1970, №6; 1971, №2).

"Луна-24", запущенная 9 августа 1976 г., доставила на Землю 170.1 г грунта, образцы взяты с глубины около 2 м (Земля и Вселенная, 1977, № 1).

17 ноября 1970 г. на Луну десантирован первый самоходный автоматический аппарат — "Луноход-1" ("Луна-17"). С его помощью детально обследована лунная поверхность в Море Дождей на площади 80 тыс. м², получено более 200 панорам и свыше 20 тыс. снимков поверхности, проведены анализ грунта и исследования его механических свойств, а в 25 точках определен химический состав грунта (Земля и Вселенная, 1971, №№3-5; 1972, № 2). Длительность активного существования "Лунохода-1" превысила 300 сут. Управлял луноходом с Земли сменный экипаж из 5 человек, в число которых входили и сотрудники ИКИ (Земля и Вселенная, 2005, №2).

"Луноход-2" (доставлен на Луну 16 января 1973 г. с помощью автоматической станции "Луна-21") проработал на лунной поверхности в Море Ясности около 150 земных, или 5 лунных, суток. Установленные на нем дополнительные приборы и повышенная работоспособность бортовых систем позволили выполнить значительно больший объем исследований, чем на "Луноходе-1" (Земля и Вселенная, 1973, №№ 2, 4).

Орбитальная пилотируемая станция "Салют". Рисунок космонавта А.А. Леонова и художника А.К. Соколова. АМС "Марс-3", впервые совершившая посадку на Марс (1971).

19 апреля 1971 г. запущена первая долговременная орбитальная пилотируемая станция "Салют" (Земля и Вселенная, 1971, №4; 1972, №2). На ней проводились исследования спектров звезд в УФ— и гамма-диапазоне, потоков заряженных частиц, первичного космического излучения, потоков нейтронов и гамма-квантов. На "Салюте-4" (1974-1977) регистрировались спектры солнечных вспышек, поток нейтронов и гамма-квантов, излучение рентгеновских источников (Земля и Вселенная, 1975, №№ 1, 4; 1976, № 4). На станции второго поколения с двумя стыковочными узлами "Салют-6" (1977-1982) наблюдались астрофизические источники в УФ-, ИК-, сантиметровом и радиодиапазоне (Земля и Вселенная, 1978, № 5; 1979, №№ 3-5). Аппаратура "Салюта-7" (1982-1986) исследовала рентгеновские

Испытания спутника "Ореол-3" на космодроме (1981).

источники, фоновые потоки гамма-квантов и заряженных частиц, ионизованное космическое излучение, осуществлены другие наблюдения и эксперименты (Земля и Вселенная, 1982, №№4-6; 1984, №3; 1985, №2).

28 мая 1971 г. запущена АМС "Марс-3" (Земля и Вселенная, 1971, № 4; 1972, № 6). Вышла на орбиту искусственного спутника Марса 2 декабря 1971 г. и доставила посадочный аппарат на поверхность планеты. В течение 4 месяцев выполнялись ИК-радиометрия, фотометрия, измерения состава атмосферы, магнитного поля и околопланетной плазмы. Орбитальный отсек прекратил работу в августе 1972 г. Исследования планеты продолжены АМС "Марс-5" с орбиты ИСМ (вышла на орбиту 12 февраля 1974 г.; Земля и Вселенная, 1974, №5). Получены изображения поверхности Марса в Южном полушарии и другие научные данные. Результаты измерений характеристик атмосферы передал 12 марта 1974 г. спускаемый аппарат АМС "Марс-6".

27 декабря 1971 г. запущен ИСЗ "Ореол", началась реализация советско-французского проекта "Аркад" по исследованию взаимодействия магнитосферы и ионосферы. Спустя два года исследования были продолжены на аналогичном спутнике "Ореол-2", а с сентября 1981 г. — на "Ореоле-3". Особая ценность выполненных ИСЗ "Ореол-3" экспериментов в том, что они были скоординированы с наземными и ракетными измерениями. Получены принципиальные научные результаты, ставшие важной вехой в изучении околоземной плазмы.

14 октября 1969 г. стартовал ИСЗ "Интеркосмос-1" (Земля и Вселенная, 1969, № 6) в соответствии с соглашением «О сотрудничестве в исследовании космического пространства в мирных целях по программе "Интеркосмос"», подписанным 13 августа 1971 г. В рамках программы запущено 23 спутника "Интеркосмос" и 11 высотных ракет "Вертикаль" (Земля и Вселенная, 1971, №№ 3, 4, 6; 1981, №5; 1984, №6).

С их помощью проводились исследования УФ— и рентгеновского излучений Солнца, спорадического солнечного радиоизлучения, процессов в верхней атмосфере Земли, низкочастотных электромагнитных излучений, динамики радиационных поясов, космических лучей сверхвысоких энергий, электромагнитной связи магнитосферы с ионосферой, а также исследования Земли из космоса.

14 апреля 1972 г. выведен на орбиту первый высокоапогейный спутник серии "Прогноз", предназначенный для изучения солнечно-земных связей — процессов солнечной активности и их влияния на межпланетную среду и магнитосферу и ионосферу Земли (Земля и Вселенная, 1972, № 6). В 1972-1983 гг. осуществлено десять успешных запусков спутников данной серии, проведены наблюдения в течение одиннадцатилетнего цикла солнечной активности. Научная аппаратура "Прогноза-1" включала приборы для исследований электромагнитного излучения Солнца, потоков солнечных космических лучей и частиц высоких энергий вне и внутри магнитосферы Земли, регистрации характеристик плазмы солнечного ветра за пределами магнитосферы Земли и внутри магнитосферы, приемники радиоизлучения, магнитометр, аппаратуру для измерения доз проникающего излучения на трассе полета. На последующих ИСЗ "Прогноз" состав аппаратуры расширился.

Научный спутник серии "Прогноз" (1983).

Созданный в ИКИ высокочувствительный радиометр "Реликт", установленный на "Прогнозе-9" (запущен 1 июля 1983 г.), открыл новые возможности решения космологических проблем, связанных со структурой и эволюцией Вселенной, образованием галактик. Необычно высокая орбита спутника "Прогноз-9", почти достигавшая точки либрации в хвосте магнитосферы — 1.5 млн. км, помимо важных результатов измерений микроволнового излучения позволила получить интересные данные по физике солнечного ветра (Земля и Вселенная, 1984, №4; 1992, №3).

С помощью ИСЗ "Прогноз-10" (запущен 10 октября 1985 г.) проведен эксперимент "Интершок", подготовленный учеными Института. Получена уникальная информация о структуре околоземной ударной волны на границах магнитосферы.

Ракета "Эридан" готова к старту с о. Кергелен по проекту "АРАКС" (1975).

В январе-феврале 1975 г. реализован советско-французский эксперимент "АРАКС" (ARAKS, Artificail Radiation and Auroral, Kerguelen — Soviet Union — искусственная радиация и полярное сияние) по искусственной инжекции электронов и плазменных струй в ионосферу с борта ракет (запуски осуществлялись с о. Кергелен в Индийском океане) и исследованию сопутствующих им эффектов в магнитосфере и ионосфере Земли. Эксперимент позволил проверить гипотезы о строении магнитосферы и поведении частиц в ней, механизмах генерации полярных сияний.

23 марта 1983 г. выведен на высокоапогейную орбиту первый советский специализированный ИСЗ для астрофизических наблюдений — космическая обсерватория "Астрон" (Земля и Вселенная, 1984, №№ 2, 5; 1989, № 4). Успешно функционировала свыше 7 лет, установив рекорд длительности работы в космосе. Система ориентации позволяла наводить телескопы в любую точку неба с точностью 2-3'. Примерно такой же была и точность стабилизации. Разработанный в Институте рентгеновский телескоп имел эффективную площадь 1750 см², поле зрения 3' и временное разрешение 2.7 м/с. Исследованы нестационарные явления в звездах, аномалии их химического состава, УФ-излучение звезд и галактик.

15 и 21 декабря 1984 г. запущены АМС "ВЕГА-1 и -2", продолжившие исследования атмосферы, облачного слоя и поверхности Венеры с помощью спускаемых аппаратов (июнь 1985 г.). Аэростатные зонды станций, введенные в

Космическая обсерватория "Астрон" (1983).

20 февраля 1986 г. запущен базовый блок орбитальной научной станции "Мир" с шестью стыковочными узлами (Земля и Вселенная, 1986, № 6). За 15 лет на комплексе "Мир" побывало 105 космонавтов, 10 лет он эксплуатировался в пилотируемом режиме, проведено около 18 тыс. экспериментов, во многих из которых приняли участие ученые Института (Земля и Вселенная, 2001, № 5). Начиная с 1987 г. с помощью обсерватории "Рентген", установленной на модуле "Квант" станции, изучались рентгеновские источники. Наиболее интересны результаты наблюдений Сверхновой 1987А (Земля и Вселенная, 1988, №5; 2000, № 6).

7 и 12 июля 1988 г. запущены АМС "Фобос-1 и -2". Планировалось вывести их на орбиту ИСМ, близкую к орбите Фобоса. Программа предусматривала многократные сближения с Фобосом, пассивные и активные дистанционные исследования его поверхности, посадку на нее малых станций. В сентябре 1988 г. "Фобос-1" был потерян на пути к Марсу. "Фобос-2" выведен на орбиту ИСМ в феврале 1989 г. За два месяца его работы получено гораздо больше данных, чем во всех других отечественных марсианских программах. Впервые были проведены масс-спектрометрические измерения, которые позволили обнаружить плазменные слои в магнитном хвосте Марса (Земля и Вселенная, 1987, №4; 1988, №№3,6; 1989, №5).

Обсерватория "Рентген" на модуле "Квант" орбитального комплекса "Мир" (1987-2001).

1 декабря 1989 г. выведена на орбиту космическая рентгеновская обсерватория "Гранат". Среди важнейших результатов наблюдений — открытие вспыхивающего рентгеновского пульсара, слежение за изменением периодов вращения 12 рентгеновских пульсаров, обнаружение десятков рентгеновских всплесков от нейтронных звезд — барстеров. Обсерватория "Гранат" работала в космосе почти 10 лет (Земля и Вселенная, 1989, №3; 1993, №6; 1998, №6).

11 июля 1990 г. запущена космическая гамма-обсерватория "Гамма". На ее борту были установлены телескопы "Гамма-1" для детального исследования гамма-излучения высоких энергий (от 50 МэВ до 5 ГэВ), работавшие в "мягком" гамма-диапазоне "Диск-М" (от 20 кэВ до 5 МэВ) и "Пульсар Х-2" для наблюдения рентгеновских источников (2-25 кэВ). Из-за отказа систем запланированная программа не выполнена, получено мало данных (Земля и Вселенная, 1991, №№3, 4).

Космическая астрофизическая рентгеновская обсерватория "Гранат" (1989-1998).

3 августа 1995 г. началась реализация проекта "Интербол" (1995-2000). В самом названии проекта определилась главная его задача — поиск в магнитосферной плазме огненных шаров ("файрболов") и исследование взрывных процессов нагрева и ускорения в них плазмы, приводящих к вспышкам полярных сияний и магнитным бурям. По проекту запущены две пары "спутник — субспутник". Первая, с апогеем 200 тыс. км, выполняла измерения в хвосте магнитосферы, каспах, вблизи магнитопаузы, магнитослое и солнечном ветре. Вторая, с апогеем 20 тыс. км, исследовала магнито-сферную плазму над овалом полярных сияний, полярной шапкой и в каспе на средних высотах. Система из двух основных аппаратов "Интербол" и двух субспутников "Магион" позволила детально исследовать процессы одновременно в различных областях околоземного космического пространства, разделить пространственные и временные вариации измеряемых параметров. Измерения, выполненные по проекту "Интербол", принесли новую информацию, заставившую пересмотреть представления о процессах в плазменном слое магнитосферы, изучить крупномасштабную динамику ее возмущений при выбросе из внешних областей Солнца (солнечной короны) больших масс горячей плазмы и формирование гигантских "магнитных облаков" в солнечном ветре. Удалось исследовать глобальную перестройку всей магнитосферной системы. Результаты измерений оказали существенное влияние на представления о физике магнитосфер больших планет, а также на теорию процессов в далеких астрофизических объектах (Земля и Вселенная, 1992, № 6; 1997, №3; 1999, №5).

Международный проект "Интербол" (1995-1997).

Космическая гамма-обсерватория "Гамма" (1990-1992).

7 апреля 2001 г. запущена американская АМС "Марс Одиссей". Разработанный в Институте и установленный на борту станции нейтронный детектор HEND успешно выполнил одну из основных задач миссии — исследование нейтронного излучения Марса. По данным прибора обнаружены огромные запасы воды непосредственно под поверхностью Марса и измерена динамика сезонных отложений углекислоты на поверхности планеты (Земля и Вселенная, 2002, № 3; 2003, №№ 1, 6; 2005, №2).

17 октября 2002 г. запущена Международная астрофизическая гамма-обсерватория "Интеграл" (Земля и Вселенная, 2003, №№ 2, 6). Российские ученые получили право на 27% ее наблюдательного времени. Уже первые сеансы принесли яркие научные результаты. В частности, в гамма-лучах построена детальная карта центра нашей Галактики с чувствительностью, значительно превышающей результаты всех предшествующих исследований. Открыто жесткое рентгеновское излучение от галактического молекулярного облака, находящегося на расстоянии 300 св. лет от черной дыры в центре нашей Галактики. Обнаружены новая популяция гамма-источников и новый класс космических гамма-всплесков, светимость которых в тысячи раз ниже, чем у "стандартных".

Европейская космическая гамма-обсерватория "Интеграл" (2002).

2 июня 2003 г. началась первая европейская планетная миссия "Марс Экспресс". Проект был задуман как экспедиция спасения проекта "Марс-96", когда станция не вышла на траекторию полета к планете (Земля и Вселенная, 1996, № 4). Научные задачи и состав аппаратуры проекта "Марс Одиссей" унаследованы от погибшего российского аппарата. Институт разработал и изготовил ряд узлов и блоков для спектрометров ОМЕГА, ПФС и СПИКАМ. Эти приборы до сих пор успешно работают на околомарсианской орбите. Спектральные измерения, выполненные с их помощью, позволили впервые напрямую обнаружить водяной лед в постоянной южной полярной шапке, дали ряд других пионерских научных результатов. Кроме орбитального отсека станция несла малый посадочный аппарат "Бигль-2". Ученые Института принимали участие в создании для него мессбауэровского спектрометра. К сожалению, посадка "Бигля-2" на поверхность Марса была неудачной (Земля и Вселенная, 2004, №№ 1, 3, 6; 2005, №№ 1, 2).

В январе-феврале 2004 г. на Марс доставлены американские марсоходы "Спирит" и "Оппотьюнити" (Земля и Вселенная, 2004, №№ 1, 3, 6; 2005, №№ 1, 2). На них впервые установлены мессбауэровский и альфа-рентгеновский спектрометры, осуществляющие минералогический и элементный анализ грунта. Сотрудники Института калибровали приборы и создали каталог спектров минералов — кандидатов для состава марсианского грунта. Уже первые данные позволили назвать основные группы минералов, слагающих марсианский грунт, — оливины (на Земле они имеются в лавовых породах) и силикаты.

Европейская АМС "Марс Экспресс " (2003). На ней установлен прибор, созданный учеными ИКИ РАН.

Ученые Института в настоящее время разрабатывают научные приборы, которые будут установлены на космических аппаратах, планируемых к запуску в ближайшие годы (2005-2010). Институт участвует в перспективных национальных и международных программах, выполняемых АМС "Венера Экспресс" (2005), ИСЗ "Коронас-Фотон" (2006), космическими обсерваториями "Радиоастрон" (2007), "Спектр-УФ" (2008), "Спектр-Рентген-Гамма" (2009-2010), ИСЗ "Резонанс" (2009), АМС "Фобос-грунт" (2009) и АМС "Bepi Colombo" (2009-2010).

Директора Института космических исследований РАН Академик Г.И. Петров (1912-1987), директор Института в 1965-1973 гг. Академик Р.З. Сагдеев, директор Института в 1973-1988 гг. Академик А.А. Галеев, директор Института в 1988-2004 гг. Член-корреспондент РАН Л.М. Зеленый, директор Института с 2004 г.