Двадцать лет проекту ИНТЕРБОЛ

5 Авг 2015

3 августа 2015 года исполнилось двадцать лет с начала работы многоспутниковой миссии ИНТЕРБОЛ — одного из немногих успешных космических проектов в России 1990-х годов. В этот день с космодрома Плесецк были запущены первые два из четырех спутников, предназначенных для изучения магнитосферы Земли, её взаимодействия с солнечным ветром и сложных механизмов, приводящих к магнитным бурям и суббурям. Работа миссии продолжалась до 2000 год, а полученные данные во многом изменили представления о том, как энергия солнечного ветра «перерабатывается» магнитосферой Земли.

«Интербол» (1995-2000) стал одним из первых проектов, где была реализована идея многоточечных исследований магнитосферы Земли и солнечно-земных связей — то есть одновременных измерений в разных областях околоземного пространства. Он состоял из двух пар аппаратов, сгруппированных по принципу «спутник-субспутник». Спутники — «большие» аппараты серии «Прогноз» — создавались в СССР, в Научно-производственном объединении им. С.А. Лавочкина. Субспутники — фактически, самостоятельные малые аппараты «Магион», строились в Чехословакии. Всего же в научной программе проекта участвовало более двадцати стран. Научный руководитель проекта — академик Альберт Абубакирович Галеев, директор Института космических исследований РАН в 1988–2002 гг. Его заместителем и «мотором» проекта был Лев Матвеевич Зеленый, впоследствии академик и директор ИКИ РАН.

Проект «Интербол» продолжил и завершил уже названную серию аппаратов «Прогноз», которые использовались для изучения космической плазмы с 1972 года. Непосредственный предшественник «Интербола» — аппарат «Прогноз-10» был запущен на орбиту в 1985 году. И хотя идея следующей миссии с ещё большим числом аппаратов существовала уже тогда, из-за финансовых причин её удалось реализовать лишь через десять лет.

Первая пара проекта «Интербол-1» («Хвостовой Зонд») — «Магион-4» была запущена 3 августа 1995 года с пусковой установки 17П32-3 (317/3) космодрома Плесецк ракетой-носителем «Молния» на орбиту с апогеем 193 000 км и наклонением 62,8 градусов таким образом, что она уходила далеко вглубь «хвоста» магнитосферы, а затем выходила вперед, в область солнечного ветра.

Чуть больше, чем через год, 29 августа 1996 г., с Плесецка была запущена и вторая пара: «Интербол-2» («Авроральный Зонд») — «Магион-5» — на орбиту с апогеем 20 000 км и наклонением 62,8 градусов для наблюдения за областями полярных сияний.

Первая пара проработала на орбите до октября 2000 года (при минимальном запланированном сроке работы — 2 года), вторая — до 1998–2000 г. При этом субспутник «Магион-5», фактически, вошёл в строй только в 1998 году, так как связь с ним исчезла почти сразу же после запуска и восстановилась лишь через двадцать месяцев 7 мая 1998.

Сейчас кажется чудом, что в середине 1990-х годов удалось вывести в космос столь серьёзную миссию. Огромную роль в этом сыграл генерал Геннадий Михайлович Тамкович, заместитель директора ИКИ РАН, председатель Государственной комиссии, по запускам и испытаниям космических
аппаратов научного назначения.

Эта миссия оказалась исключительно успешной. Кроме того, что «Интербол» выполнил собственную научную программу, он стал важным элементом Межагентской исследовательской программы по солнечно-земной физике (InterAgency Solar-Terrestrial Physics Program, IASTP), куда входили несколько аппаратов, работавший в разных точках околоземного пространства: Wind, Polar, SOHO, Geotail и другие.

Именно в эти годы в физике космической плазмы резко выросли и качество и количество наблюдательных данных. Это произошло благодаря качественно новой измерительной аппаратуре, в которой стали широко применяться микропроцессоры, и одновременным измерениям в разных точках пространства.

Можно сказать, что «Интербол» стал одним из первых проектов, в котором была реализована идея одновременных наблюдений с помощью одинаковых приборов, но на разных аппаратах. Сегодня этот принцип используется, например, в европейском проекте «Кластер» и американском MMS (в обоих — по четыре аппарата). Одной из главных задач «Интерболов» было исследование транспорта энергии из хвоста магнитосферы во внутренние области, проявлением которого являются магнитные возмущения (бури и суббури) и полярные сияния. Орбиты спутников были выбраны таким образом, чтобы можно было наблюдать и то, что происходит ближе к Земле, прежде всего, в районах полярных сияний, и далекие области «хвоста» магнитосферы.

Среди наблюдавшихся событий можно выделить небольшую геомагнитную суббурю в ноябре 1995 года, во время которой измерения проводились на двух спутниках: «Интербол-1» и Geotail (НАСА). Оба аппарата находились в хвосте магнитосферы вблизи полуночного меридиана, но на разных расстояниях: 11,5 и 28,5 радиусов Земли соответственно. «Интербол-1», который был ближе к Земле, зарегистрировал поток плазмы, движущийся к планете . В это же время Geotail наблюдал поток, идущий, наоборот, от Земли дальше в «хвостовую» область. Это расходящееся движение можно объяснить тем, что спутники находились по разные стороны от так называемой точки магнитного пересоединения, где магнитные силовые линии как будто «переплетаются». Это наблюдение стало весомым подтверждением гипотезы о том, что первые признаки геомагнитных суббурь можно наблюдать именно в хвосте магнитосферы и на довольно малых расстояниях — порядка 10–15 радиусов Земли.

"Интербол-1" и Geotail исследуют геомагнитную суббурю ноября 1995 года

Положение и развитие магнитной суббури 28 ноября 1995г. по данным измерений потоков плазмы на спутниках «Интербол-1» и Geotail, а также по данным наземных наблюдений аврорального брейкапа. Схематически изображена структура магнитосферного хвоста и показано положение начала суббури на основе использования нескольких моделей суббурь.

Кроме наблюдений за естественными явлениями, измерения параметров плазмы и электромагнитных полей, на «Интерболу-2» использовались в наземно-космическом эксперименте с европейским нагревным стендом EISCAT, способным «нагревать» ионосферу (проводящий слой атмосферы выше 100 км) радиоволнами мегаваттной мощности.

Эксперимент проводился в октябре-ноябре 1996 года. Во время «включения» стенда «Интербол-2» пересекал силовую трубку магнитного поля, сопряженную с ионосферой над нагревным стендом, на высоте около 8 000–10 000 км. Приборы на спутнике зарегистрировал «отклик» на включения стенда — вариации магнитного поля и всплески потоков электронов, а также соответствующие им электромагнитные волны. Одновременно с явлениями, которые предсказывает теория физики ионосферы, были обнаружены потоки ионов, механизм разогрева которых остается открытым до настоящего времени. Вопрос о стимуляции геомагнитных возмущений излучением нагревного стенда, обнаруженных на спутнике «Интербол-2», также пока не имеет однозначной оценки специалистов.

Совместный эксперимент EISCAT и "Интербола-2"

Слева: Схема нагрева ионосферы на высоте ~ 100 км высокочастотными радиоволнами, генерации восходящих потоков горячих частиц и электромагнитной эмиссии. Справа, сверху вниз: спектрограмма колебаний электрического поля; энерго-временная спектрограмма электронов и временной ход локальной компоненты магнитного поля в направлении утро-вечер (средняя величина магнитного поля вычтена) по данным измерений спутника «Интербол-2» над зоной нагрева (27 октября 1996г.). Цвета на спектрограммах показывают интенсивность в условных единицах (красный цвет соответствует максимальным значениям).

Всего же на основе данных, полученных спутниками «Интербол», было опубликовано более 500 научных статей. Результаты измерений, полученных в полете, представляют большую важность для специалистов и сегодня, прежде всего потому, что околоземная плазма исключительно многообразна и каждый следующий проект не повторяет предыдущие. В настоящее время в российскую космическую программу включен проект «Резонанс», который должен дополнить результаты проекта «Интербол» в части исследования внешнего радиационного пояса. На орбите работает эксперимент «Плазма-Ф» (спутник «Спектр-Р»), нацеленный на исследования солнечного ветра. В перспективе намечается и «возврат» в хвост магнитосферы, но уже на новом качественном уровне, с запуском большого числа малых спутников.

Аппараты проекта "Интербол" на орбите. Рисунок А.Н. Захаров, ИКИ РАН

Аппараты проекта "Интербол" на орбите. Рисунок А.Н. Захаров, ИКИ РАН

Дополнительная информация: 
  1. Проект «Интербол»
  2. Л.М.Зеленый, А.А.Петрукович, В.Н.Луценко, М.М.Могилевский, Е.Е.Григоренко Основные результаты проекта «Интербол»