В погоне за кварком: 55 лет назад был запущен 17-тонный научный аппарат «Протон-4»
В этот день 55 лет назад на околоземную орбиту отправился научный спутник «Протон-4» – последний и самый тяжелый из серии космических аппаратов для исследования энергетического спектра и химического состава космических лучей. О значимости аппаратов серии «Протон», а также о российских научных аппаратах, которые продолжают исследовать Вселенную, рассказывает Pro Космос.
Самый тяжелый из «Протонов»
Советская тяжелая автоматическая научная станция «Протон-4» была запущена на околоземную орбиту 16 ноября 1968 года с космодрома Байконур с помощью трехступенчатой ракеты-носителя УР-500К, значительно позже получившей название «Протон-К». На тот момент времени это был крупнейший автоматический научный спутник из выведенных к этому времени на орбиту вокруг Земли.
Он стал последним в серии одноименных космических аппаратов, предназначенных для изучения энергетического спектра, химического состава и интенсивности космических лучей. Три предыдущих аппарата запускались двухступенчатой ракетой-носителем УР-500 16 июля и 2 ноября 1965 года, а таже 6 июля 1966 года. «Протон-4» пробыл на орбите 250 дней, после чего вошёл в атмосферу Земли и сгорел в ней 24 июля 1969 года.
Аппарат и ракету-носитель разработало Центральное конструкторское бюро машиностроения (ЦКБМ, ныне - АО «Военно-промышленная корпорация (ВПК) „НПО машиностроения“»). По сравнению с предыдущими аппаратами серии, масса которых составляла 12,2 тонн, «Протон-4» весил около 17 тонн, из них 12,5 тонн составляла масса комплекса научной аппаратуры. Такой значительный вес аппарата обусловлен большим объемом и массой фотоэмульсионных блоков, которые фиксировали пролет высокоэнергетических частиц.
Спутник был цилиндрической формы с четырьмя вытянутыми солнечными батареями и антеннами, выступающими сверху и снизу. Он не имел двигателя коррекции, но стабилизировался с помощью газовых струйных рулей. Связь «Протона-4» с Землей осуществлялась на частоте 19,910 МГц.
Аппараты серии «Протон» были предназначены для исследования частиц высоких и сверхвысоких энергий. В частности, «Протон-4» исследовал первичные космические лучи высоких энергий и энергетический спектр электронов высокой энергии. Он также изучал возможные столкновения частиц космических лучей с ядрами водорода, углерода и железа. Советские ученые надеялись, что во время полёта «Протон-4» будет обнаружена элементарная частица и фундаментальная составляющая материи – кварк.
Научная аппаратура «Протона-4» радикально отличалась от приборов первых трех станций «Протон»: в ней был реализован более совершенный принцип регистрации заряженных частиц, расширен диапазон измеряемых энергий космических лучей. Была расширена и программа измерений характеристик ядерных соударений.
Его основным прибором был ионизационный калориметр, состоящий из стальных стержней и пластиковых сцинтилляторов, который позволял собирать данные о космических лучах и энергетическом спектре, возможных столкновениях частиц космических лучей с атмосферными ядрами водорода, углерода и железа. Помимо него, установленные на борту «Протона-4» гамма-телескоп, сцинтилляторный телескоп, пропорциональные счётчики и газо-сцинтилляторный телескоп Черенкова были способны регистрировать космические лучи в диапазоне до 10 миллионов МэВ.
«Протоны»-предшественники
Предыдущие три аппарата серии «Протон» были запущены в 1965–1966 году. По строению они были практически идентичны, имели одинаковые задачи и дополняли данные друг друга. Цель у аппаратов была та же, что и у тяжелого «Протона-4»: исследование космического излучения сверхвысокой энергии, солнечных космических лучей, их радиационной опасности, первичных космических лучей, а также ядерного взаимодействия космических частиц, электронов и гамма-лучей галактического происхождения. Из отличий – у «Протона-3», старт которого состоялся в июле 1966 года, были значительно увеличены возможности научной аппаратуры, установлены приборы для поиска кварков. Полеты ИСЗ «Протон» открыли новое направление в развитии экспериментальной и теоретической астрофизики, а также физики элементарных частиц.
Для запуска на орбиту столь крупных спутников использовалась двухступенчатая ракета-носитель УР-500, которая позже также получила название «Протон» в честь выводимых аппаратов, хотя изначально ее хотели назвать «Атлантом» или «Геркулесом». Почти сразу началась разработка модификации ракеты – трехступенчатой «Протон-К», которая вывела на орбиту «Протон-4», а позже стала основной советской ракетой для вывода геостационарных спутников и практически всех межпланетных миссий. Исходный двухступенчатый вариант носителя «Протон» стал одним из первых носителей средне-тяжелого класса, а трёхступенчатый «Протон-К» — тяжелого класса. C 2001 по 2012 год «Протон-К» постепенно заменили на новый модернизированный вариант – «Протон-М».
Россия продолжает изучать Вселенную
В настоящее время на орбите работает несколько российских научных аппаратов. Один из самых крупных из них – астрофизическая обсерватория «Спектр-РГ», которая уже пятый год собирает данные о нашей Вселенной. Космический аппарат, разработанный в АО «НПО Лавочкина», был запущен 13 июля 2019 года с космодрома Байконур. Обсерватория оснащена двумя уникальными рентгеновскими зеркальными телескопами: российским ART-XC им. М.Н. Павлинского и немецким eROSITA. Однако с 26 февраля 2022 года по решению германской стороны телескоп eROSITA был переведен в «спящий» режим, а вот российский телескоп продолжает свою работу.
С конца 2019 и по март 2022 года обсерватория «Спектр-РГ» совершила четыре полных обзора неба и получила новые, самые глубокие карты в рентгеновских лучах, а также информацию о переменности обнаруженных рентгеновских источников. Начиная с весны 2022 года телескоп ART-XC проводит глубокий обзор Млечного пути. В ближайшее время будет опубликован каталог источников, зарегистрированных в направлении центра Галактики, наблюдения которого, фактически, стали репетицией программы наблюдений всей Галактики.
«Спектр-РГ» двигается по гало-орбите вокруг внешней точки Лагранжа (L2) системы «Солнце–Земля» на расстоянии 1,5 миллиона километров от Земли. Вращаясь вокруг оси, которая примерно соответствует направлению на Солнце, обсерватория может проводить полный обзор небесной сферы за полгода, при этом Солнце не будет мешать наблюдениям. Сегодня по результатам работы обсерватории на Землю передано более 1,1 терабайт телеметрических данных, которые стали основой дальнейших научных исследований.
Марс не оставили без внимания
Свои наблюдения на орбите вокруг Марса продолжает Trace Gas Orbiter (TGO) – совместный российско-европейский космический аппарат для изучения атмосферы Красной планеты. Два из четырех научных приборов разработаны в Институте космических исследований РАН – это спектрометрический комплекс АЦС/ACS для исследования атмосферы и нейтронный детектор ФРЕНД/FREND. Аппарат был запущен 14 марта 2016 с помощью российской ракеты-носителя «Протон-М» с космодрома Байконур.
Научные наблюдения на борту орбитального аппарата TGO начались весной 2018 года. В его задачи входит наблюдение малых составляющих марсианской атмосферы, в том числе метана, водяного пара и других газов, измерение количества воды в верхнем слое марсианского грунта, а также стереосъёмка.
Аппарат TGO должен был «освоить местность» перед посадкой марсохода «Розалинд Франклин» в рамках второго этапа проекта. Предполагалось, что доставит марсоход на поверхность Марса разработанная в России посадочная платформа «Казачок». Однако в 2022 году ЕКА разорвало отношения с российской стороной и решило продолжать реализацию программы самостоятельно, обратившись за помощью к NASA. Тем не менее, TGO продолжает свою работу на марсианской орбите.
Добиться успехов работая вместе
Еще один проект, который Россия реализует совместно с ЕКА и NASA – Международная обсерватория гамма-лучей INTEGRAL. Это орбитальный аппарат, предназначенный для изучения галактических и внегалактических объектов в жестком рентгеновском и гамма-диапазоне. Она работает на геоцентрической орбите уже 21 год – с 17 октября 2002 года.
Аппарат призван наблюдать остатки древних сверхновых звезд, явления холодного расщепления атомов, новых и сверхновых звезд, в том числе гравитационных сверхновых, компактных объектов (белые карлики, нейтронные звёзды, чёрные дыры), а также галактик, звездных скоплений, активных ядер галактик, блазаров и космического микроволнового фона, выявление источников гамма-лучей, происхождение которых в настоящее время неизвестно.
За столь долгое время своей работы обсерватория INTEGRAL, помимо прочих своих достижений, удвоила число известных в нашей Галактике рентгеновских двойных систем, содержащих аккрецирующие нейтронные звезды, черные дыры и белые карлики. Были открыты две ранее неизвестные популяции массивных рентгеновских двойных: сильнопоглощенные источники и быстрые рентгеновские транзиенты.
Обсерватория впервые зарегистрировала излучение остатка уникальной сверхновой SN 1987A в Большом Магеллановом Облаке в рентгеновских линиях 68 и 78 кэВ от распада радиоактивного изотопа титана-44, синтезированного при взрыве. Кроме того, она впервые зарегистрировала радиоактивное излучение распада кобальта-56, и, предположительно, его родительского изотопа никеля-56, от сверхновой типа Ia — SN 2014J в галактике M82.
Самое популярное
