Двухлетие работы в космосе отметил первый академический микроспутник «Чибис-М» для исследования гроз. Выведенный в самостоятельный полет 25 января 2012 г., аппарат уже превысил расчетное время работы в два раза. В начале февраля в Институте космических исследований РАН состоялась научная конференция, посвященная главным результатам его работы и новым возможностям, которые открывают перед наукой малые космические аппараты. Как показал опыт «Чибиса-М», небольшие размеры микроспутников — не помеха для того, чтобы получать интересные и неожиданные результаты.

Микроспутник «Чибис-М» (общая масса 40 кг) — первый аппарат, специализированный для исследования земных молний из космоса, и, фактически, первый микроспутник, созданный в Академии наук — Институте космических исследований РАН в кооперации с академическими и университетскими организациями, включая международные. Итог его двухлетней работы показал, что эксперименты такого рода надо продолжать, и весь научный и конструкторский опыт, положительный и отрицательный, будет использоваться при создании новых аппаратов.

Конференция, которая открылась 4 февраля в ИКИ РАН, началась с обсуждения научных результатов «Чибиса-М». Для всестороннего исследования молниевой активности на его борту установлен специальный набор детекторов, регистрирующих электромагнитное излучение в очень широком диапазоне: от радио до рентгеновского, — а также плазменно-волновой комплекс для изучения процессов в плазменном окружении Земли. Молнии, которые на Земле видны прежде всего как вспышки видимого излучения, на высотах более 12–15 км исключительно мощно «светят» и в других диапазонах. Очень важно совместить полученные различными детекторами данные, чтобы понять, какие процессы происходят в атмосфере во время грозы, как выделяется энергия и как это влияет на состояние атмосферы и ионосферы.

«Чибис-М» впервые убедительно показал, что условия, которые возникают в грозовом облаке при разряде, невозможно воспроизвести в лаборатории — слишком велик и многообразен их масштаб (от десятков метров до сотни километров). Остается изучать их в реальности; к счастью, молнии — очень частое явление на Земле, каждую секунду на планете происходит около 50 грозовых разрядов.

Кроме этого, полученные «Чибисом-М» данные показали, что для правильного понимания грозовых процессов очень важно учитывать фрактальные свойства распределения зарядов в облаке и то, как на протекание разрядов влияет неоднородная турбулентная среда. «Разряд напоминает раздробленную систему реки. Существует один основной проводящий канал, к которому стекаются многочисленные ручейки», — говорит академик Лев Зелёный, директор ИКИ РАН и научный руководитель проекта «Чибис-М». Хотя фрактальная структура молний была известна и ранее, при изучении атмосферного электричества на неё обращали мало внимания. Этот теоретический результат важен для понимания химических процессов в атмосфере, поскольку грозы — один из источников образования окиси азота в атмосфере во время грозы, что, в свою очередь, определяет климат на Земле.

Один из интересных результатов связан с данными радио- и ультрафиолетового детекторов: «Чибис-М» показал, что есть достаточно сильная корреляция между радиоизлучением, которые генерируют высотные молнии, и вспышками ультрафиолетового излучения. Вместе с тем, однако, выяснилось, что не всякая молния сопровождается УФ-вспышкой. «Были и «темные» разряды. Эта карта ещё нуждается в осмыслении, и если полученные нами зависимости подтвердятся, это будет очень важный результат», — сообщил Лев Зеленый.

Карта совместных измерений РЧА (радиочастотного анализатора) и ДУФ (детектора ультрафиолетового излучения). Синим цветом отмечены грозовые центры, молниевая активность  которых наблюдалась одновременно приборами РЧА и ДУФ (с) ИКИ РАН

Ученый также подчеркнул, что в эксперименте «Чибис-М» не менее важными, чем научные, стали методологические итоги, которые будут использоваться при создании следующих микроспутников. Универсальная микроспутниковая платформа «Чибис» разработана и создана в Специальном конструкторском бюро космического приборостроения ИКИ РАН (СКБ КП ИКИ РАН). На её базе можно создавать аппараты для решения самых разных задач. Следующим для реализации предложен проект «Чибис-АИ» (от «атмосферно-ионосферный»), который продолжит тему, начатую «Чибисом-М» (М — от «молнии»). «Были разные варианты, чему посвятить следующий микроспутник. В том числе обсуждался проект по мониторингу парниковых газов. Но результаты первого «Чибиса» так вдохновили участников, что было решено продолжать эти исследования».

Базовая идея — совмещение данных разных диапазонов — оказалась исключительно удачной и будет развиваться. Опыт первого «Чибиса» показал, что следует изменить в научной нагрузке, чтобы достичь нового качества данных. Прежде всего, для уверенного сопоставления данных разных детекторов необходима синхронизация бортовых систем и научных приборов с точностью до нескольких микросекунд и привязка событий к мировому времени с точностью не хуже 1 миллисекунды. Ряд приборов необходимо переработать, в частности, увеличить размеры детектора рентгеновского и гамма-излучений, чтобы повысить его чувствительность.

Для исследования грозовых разрядов в прошлом году в космос был запущен микроспутник Firefly (США), и в ближайшие годы ожидается старт французского малого аппарата Tharanis. Интерес к теме определяет её необычность: хотя грозы хорошо знакомы почти каждому жителю Земли с детства, они оказались гораздо более загадочными и, как уже понятно, гораздо сильнее влияют на химические процессы в атмосфере и климат, чем считалось ранее.

«Чибис-М» уже работает в космосе в два раза дольше запланированного гарантийного срока. Баллистические расчеты позволяют предположить, что аппарат будет находиться на рабочей орбите ещё около года.

Автономная работа микроспутника «Чибис-М» началась 25 января 2012 г. после выхода из транспортно-пускового контейнера грузового корабля «Прогресс М-13М». Состав научного комплекса «Гроза» на борту микроспутника «Чибис-М»:

• рентген-гамма детектор РГД (НИИЯФ МГУ),
• ультрафиолетовый детектор ДУФ спектра излучения от ультрафиолетового до инфракрасного (НИИЯФ МГУ),
• радиочастотный анализатор РЧА (ИКИ РАН),
• цифровая камера ЦФК с пространственным разрешением 300 м и экспозицией 15 кадров/сек (ИКИ РАН),
• магнитно-волновой комплекс (МВК ЛЦ ИКИ НАН и НКА Украины, Университет им. Л. Этвёша, Венгрия),
• блок накопления данных БНД (ИКИ РАН),
• передатчик (ИКИ РАН).

В проекте участвуют: ИКИ РАН, Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН (ФИАН), Научно-исследовательский институт им. Д.Н. Скобельцына Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова (НИИЯФ МГУ), Львовский центр Института космических исследований Национальной академии наук и Национального космического агентства Украины (ЛЦ ИКИ НАНУ-НКАУ), Университет им. Етвёша (Венгрия), Институт физики атмосферы Чешской академии наук. Научные руководители проекта — академик Лев Матвеевич Зелёный, директор ИКИ РАН, и академик Александр Викторович Гуревич, заведующий сектором взаимодействия радиоволн с плазмой ФИАН.

Работа по проекту «Чибис-М» выполняется при частичной поддержке проекта РФФИ 10-05-93107 и 13-05-12102 офи-м.