Недоступное Солнце: почему в России отменили разработку «Интергелиозонда»?

Российские инженеры заморозили на неопределенный срок разработку проекта «Интергелиозонд». Миссия по изучению Солнца, которая могла совершить научную революцию в астрофизике, осталась лишь на бумаге в стадии эскизного проекта. Единственным на сегодняшний день зондом, который изучает Солнце в непосредственной близости от него, остается Parker Solar Probe от НАСА.

Миссия «Интергелиозонд» — что это?

Проект «Интергелиозонд» — один из долгостроев российской космической программы, первоначально должен был стартовать еще в 2015 году в рамках секции «Солнечная система» совета РАН по космосу. После секвестра программы его запуск перенесли на 2026 год, а недавно разработку проекта вообще заморозили. За это время миссия не ушла дальше стадии эскизного проекта.

Космический аппарат «Интергелиозонд» разрабатывали Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн имени Н. В. Пушкова РАН (ИЗМИРАН), МФТИ, Институт космических исследований РАН и Физический институт имени П. Н. Лебедева РАН (ФИАН) вместе с 13 европейскими странами.

Согласно концепции миссии, зонд должен подойти к Солнцу на расстояние 40–50 млн км для изучения солнечных активных явлений, солнечной короны, ветра и полярных областей этой звезды, которые не видны с Земли. Планировалось, что «Интергелиозонд» станет космическим научным аппаратом полного цикла — его исследовательское оборудование должно было работать с момента запуска и фиксировать различные показатели на всем моменте пути, в том числе во время выполнения многократных гравитационных маневров у Венеры.

Научная станция «Интергелиозонд» представляет собой орбитально-перелетный модуль, оснащенный теплозащитным экраном для защиты комплекса научной аппаратуры и служебных систем от нагрева солнечным излучением и двигательной установкой, обеспечивающей необходимые коррекции на этапе перелета к Солнцу.

Из научной аппаратуры на «Интергелиозонде» планировали установить приборы нескольких типов. Солнечные — рентгеновские телескоп и спектрометр, магнитограф, коронограф и оптический фотометр. Второй тип исследовательских приборов — гелиосферные, в том числе анализаторы ионов солнечного ветра, электронов солнечного ветра, плазмы и пыли, магнитно-волновой комплекс, магнитометр, детектор энергичных частиц, детектор солнечных нейтронов, гамма-спектрометр и радиоспектрометр. До конца неизвестно, в какой стадии на сегодняшний день находится разработка всех этих устройств.

Во время разработки Роскосмос предложил создать два одинаковых зонда в рамках миссии «Интергелиозонд» — основной, который будет проводить исследования, и страховочный, который начнет проводить исследования в случае чрезвычайных ситуаций с главным.

Зачем вообще нужна российская миссия?

Основная миссия «Интергелиозонда» — изучение фундаментальных вещей, связанных с солнечной активностью, происхождением Солнечной системы и вообще частиц. Другое дело, что в космической программе также указывается, что это позволит лучше понимать влияние активности Солнца на человечество и функционирование электрических приборов, а также опасности, которая может исходить от этой звезды в случае непредвиденных ситуаций.

Влияние Солнца на людей и технику

До поверхности Земли доходит только 40% солнечного излучения, другие 60% отражаются от атмосферы и уходят обратно в космос. Еще часть ультрафиолетового излучения поглощается атмосферой — это приводит к возникновению парникового эффекта.

Солнечная энергия влияет на огромное количество процессов, происходящих на Земле. Протяженность дня практически всех биологических видов на Земле зависит от светового — некоторые живые организмы даже впадают в зимнюю спячку, когда Солнце стоит низко и продолжительность светового дня крайне мала; деревья сбрасывают листву. Фотосинтез, в конце концов, возникает только благодаря взаимодействию с солнечной энергии.

Под действием тепла от Солнца на Земле происходит изменение атмосферного давления, что влечет за собой туманы, дожди, формирование облаков и даже приливы и отливы (несмотря на то, что приливные силы Луны на Земле практически в два раза сильнее солнечных).

Наука, изучающая воздействие активности Солнца на человека, называется гелиобиологией. Уже известно, что под воздействием солнечных вспышек у человека немного меняется количество лейкоцитов в крови, а также могут обостряться хронические заболевания.

Ученые, исследующие Солнце, как правило, анализируют воздействие солнечного ветра на магнитосферу Земли — ее возмущения могут сказываться как на самочувствии человека, так и на работе различных электрических приборов. Во время солнечных вспышек атмосфера Земли поглощает излучение, разогревается и «разбухает». Это приводит к торможению спутников на низких орбитах. Самый фатальный вариант — полная потеря спутника. Примером такого исхода событий можно назвать сход с орбиты в июле 1979 года американской орбитальной станции Skylab.

Солнце во время вспышек выбрасывает потоки высокоэнергетических заряженных частиц, которые долетают до Земли через несколько часов. Наша планета защищена от них магнитосферой, но потоки частиц влияют на спутники, находящиеся на более высоких орбитах — выше 1 000 км, вызывая зашумление детекторов, сбои в работе и деградацию электроники. Кроме того, в высоких широтах высокоэнергетические заряженные частицы могут вызвать нарушение радиосвязи.

Хорошо. Почему тогда создание миссии заморозили?

Тут трудно дать однозначный ответ.

С одной стороны, бюджет Федеральной космической программы, принятый на 2016–2025 годы, как и многие другие сферы, не связанные с социальными обязательствами государства или обороной, сильно сократился за последние годы. На десять лет он составляет 1,406 трлн рублей — вместо 2,5 трлн изначально запланированных. Из них раздел «Фундаментальные космические исследования» (ФКИ) составляет всего 143,2 млрд рублей — то есть по 14 млрд рублей ежегодно. В него входит поддержка всех существующих исследовательских миссий, а также разработка новых, запуск которых намечен на ближайшие десятилетия.

В числе приоритетных оказались планетные и астрофизические исследования, а также очень массивная лунная программа с ее разработкой автоматических станций, подготовкой к пилотируемым полетам и даже созданием лунной базы.

Конкурс на создание космического комплекса для гелиофизических исследований Солнца, который Роскосмос объявил в 2013 году, предполагалвыделение 915 млн рублей на создание миссии для изучения Солнца. О других выделенных средствах по проекту практически ничего не известно. Кроме того, НПО имени Лавочкина, принимавшее участие в разработке миссии, будет перезаключать уже существующий контракт с Роскосмосом. Причины этого также неизвестны.

Другая сторона заморозки проекта — технические проблемы, с которыми разработчики столкнулись во время его создания. Перед ними сразу же встали сложности, связанные с массой самого зонда: для его успешного полета масса всех устройств на «Интергелиозонде» должна быть минимальной.

«Были вопросы, связанные с неким избытком массы: надо было выводить на орбиту с определенными характеристиками, с расчетом на определенную ракету, что требовало ограничений по массе. Эти вопросы не были окончательно увязаны, поэтому потребовалась доработка эскизного проекта в части уточнения этих характеристик. На этом мы пока остановились», — так недавно объяснял приостановку финансирования проекта директор ИЗМИРАН Владимир Кузнецов.

Есть еще один нюанс, связанный с разработкой «Интергелиозонда»: еще в конце 2014 года вице-президент РАН Лев Зеленый заявил, что Роскосмос будет уделять большее внимание научным и космическим проектам, которые не дублируют миссии, запущенные другими странами.

А что, есть аналогичные «Интергелиозонду» миссии?

Да! Самой громкой является миссия Parker Solar Probe, которую НАСА запустила к Солнцу 11 августа 2018 года. «Хайтек» подробно рассказывал о ней здесь. Если вкратце — техническая начинка Parker Solar Probe даже на момент запуска была намного лучше, чем у «Интергелиозонда», старт которого намечен как минимум через восемь лет. Зонд практически коснется Солнца — расстояние аппарата до звезды составит менее 6,1 млн км, а теплозащитный экран, закрывающий Parker Solar Probe, будет нагреваться всего на 1 644 °C.

Основной миссией Parker Solar Probe является изучение солнечной короны — области Солнца, где температура превышает 2 млн градусов, однако в этом участке очень низкая плотность пространства — это и позволит аппарату долететь практически до Солнца.

Другая амбициозная миссия — Solar Orbiter, разработкой которой заняты инженеры Европейского космического агентства. Изначально его запуск должен был состояться в 2017 году, однако старт был перенесен на 2020 год — разработчики не были до конца уверены в эффективности теплозащитного экрана.

Понятно. А какая часть Солнца интересует ученых больше всего? Зачем запускать миссии к Солнцу?

На сегодняшний день основной интерес ученых, по крайней мере из НАСА, связан с солнечным ветром и солнечной короной. Дело в том, что за те 146 млн км, которые солнечный ветер добирается за четыре дня до Земли, он множество раз смешивается с другими частицами и теряет огромное количество своих определяющих черт. Поэтому миссия Parker Solar Probe, например, будет изучать именно чистые идентичные горячие частицы.

Сейчас человечество очень мало знает о солнечной короне. Источниками для изучения становились только солнечные затмения, поскольку Луна блокировала самую яркую часть звезды — это позволило наблюдать за тусклой внешней атмосферой Солнца.

Еще в 1869 году астрофизики во время полного солнечного затмения наблюдали зеленую спектральную линию на поверхности звезды. Поскольку различные элементы излучают свет на характерных для них длинах волн, ученые могут использовать спектрометры для анализа света и, соответственно, определения его состава. При этом зеленая линия, наблюдаемая с Земли в 1869 году, не соответствовала каким-либо известным элементам на Земле. Ученые тогда подумали, что обнаружили новый элемент, и назвали его корониумом. И только в середине XX века оказалось, что это не новый элемент, а железо, перегретое до такой степени, что было ионизировано 13 раз — у него осталась только половина электронов атома обычного железа. Такой процесс ионизации может случиться, только если корональные температуры составляют более 2 млн градусов по Цельсию — это в 200 раз больше, чем на поверхности.

За время открытия корональной атмосферы ученые со всего мира пытались понять ее поведение, но даже самые сложные модели и наблюдения со спутников в высоком разрешении лишь частично объясняют такое резкое нагревание. А многие теории противоречат друг другу.

В итоге до конца не известно, как устроена солнечная корона. И, в основном, последующие миссии по изучению Солнца будут посвящены именно ей.

Источник: m.vk.com