От Марса до Венеры: какие приборы ИКИ РАН работают на космических аппаратах США и Европы
Институт космических исследований (ИКИ) РАН играет важную роль в международном сотрудничестве. По состоянию на октябрь 2025 года, его приборы функционируют на пяти иностранных аппаратах, передавая научную информацию и внося вклад в ключевые открытия — от подтверждения запасов воды на Марсе и Луне до исследований в области астрономии. Эксперт Pro Космоса Игорь Афанасьев подробно рассказывает о каждой из этих миссий.
С момента своего основания в 1965 году ИКИ РАН разрабатывает научную аппаратуру для изучения космоса, планет, их атмосферы и поверхности, а также выступает как головной научный институт в различных космических проектах. В их числе немалую долю занимают проекты, реализованные в международном сотрудничестве, начиная с советской программы «Интеркосмос» и заканчивая современной астрофизической обсерваторией «Спектр-РГ». С другой стороны, многие приборы, созданные в ИКИ, работают на космических аппаратах других стран.
Сегодня научные инструменты, разработанные специалистами института, стоят на зондах NASA, ЕКА, JAXA и готовятся к установке на миссии ISRO и CNSA. Это позволяет российским ученым получать уникальные научные данные даже при ограничениях национальных космических программ. Кроме того, несмотря на сложную геополитическую обстановку, продолжает работу российско-европейская миссия ExoMars-2016 (орбитальный аппарат TGO).
Приборы ИКИ РАН для изучения Марса
ИКИ уделяет особое внимание исследованиям Марса. Российские научные приборы значительно расширили представления о Красной планете, показав, что она не является сухой и безводной пустыней. Совместная работа с учеными NASA и ЕКА позволила получить данные о наличии подповерхностной воды, различных минералах и атмосфере Марса.
На зонде Mars Odyssey
Детектор нейтронов высоких энергий HEND (High Energy Neutron Detector) установлен на орбитальном зонде Mars Odyssey. Космический аппарат, запущенный NASA в 2001 году, предназначен для картирования состава поверхности, изучения геологического устройства Марса, поиска минералов, водяного льда и мониторинга сезонных изменений полярных шапок.
Mars Odyssey запечатлел самый высокий вулкан в Солнечной системе
HEND измеряет поток высокоэнергетических нейтронов, которые возникают под воздействием космических лучей в верхнем слое марсианского грунта (до 1-2 метров). Нейтроны замедляются водородом, поэтому снижение их энергии указывает на наличие воды или льда. HEND входит в состав гамма-спектрометра GRS и работает в пассивном режиме, фиксируя быстрые, тепловые и эпитепловые нейтроны — то есть нейтроны с энергией, превышающей тепловую при комнатной температуре.
Детектор HEND обнаружил большие запасы водяного льда под поверхностью планеты.
Прибор зафиксировал сезонное изменение полярных шапок, показывая, как они трансформируются в зависимости от марсианских времен года. Эти результаты повлияли на планирование миссий Perseverance и ExoMars, указав на перспективные зоны для дальнейших исследований и поисков признаков жизни.
К 2025 году данные HEND позволили создать карты распределения водорода, показав, что на севере и юге Марса присутствуют огромные районы «вечной мерзлоты» с очень высоким (несколько десятков % по весу) содержанием водяного льда.
На зонде Mars Express
На европейском орбитальном зонде Mars Express, запущенном ЕКА в 2003 году, были установлены три научных прибора, изготовленных с российским участием.
Mars Express показал самое большое исчезнувшее озеро на Марсе
Прежде чем описать их, уточним, что сама миссия Mars Express появилась благодаря российскому проекту «Марс-96», который готовился в очень широкой международной кооперации. К сожалению, аппарат «Марс-96» не вышел на траекторию перелета к Марсу, упав на Земле вскоре после запуска. На нем был установлен большой комплекс научных приборов, в том числе созданных в Европе. После гибели «Марса-96» в Европе было принято решение создать их «дубликаты» и повторить миссию, правда, в более скромном масштабе и уже как европейский проект. Однако российские ученые также приняли в нем участие.
Картирующий спектрометр OMEGA (Observatoire pour la Minéralogie, l’Eau, les Glaces et l’Activité) работает в видимом и инфракрасном диапазонах спектра. Он исследует минеральный состав поверхности Марса, анализируя солнечный свет, отраженный от поверхности и рассеянный в атмосфере.
Планетный Фурье-спектрометр PFS (Planetary Fourier Spectrometer) изучает атмосферу Марса, особенно ее температурные изменения на разных высотах. PFS измеряет концентрацию CO2, H2O и метана. Российские ученые участвовали в разработке прибора, его наземной калибровке и обработке данных.
Спектрометр SPICAM (The Spectroscopy for the Investigation of the Characteristics of the Atmosphere of Mars) исследует атмосферу в ультрафиолетовом и ближнем инфракрасном диапазонах. Прибор анализирует озон, аэрозоли и облака. SPICAM разработан во Франции при участии Бельгии, а ИК-спектрометр для него изготовлен в России ИКИ РАН.
Комплекс приборов предоставил важные данные о геохимии и атмосферной химии Марса.
OMEGA впервые обнаружил водяной лед в южной полярной шапке, а также филлосиликаты и сульфаты, свидетельствующие о древних водных средах 3-4 миллиарда лет назад.
По данным PFS было сделано предположение о наличии метана в марсианской атмосфере (до 10 частей на миллиард). Этот газ вызывает интерес как возможный признак жизни или хотя бы геологической активности.
SPICAM обнаружил ночное свечение от NO и O2, а также сезонные колебания озона.
К 2025 году данные подтвердили наличие подповерхностного льда в средних широтах и способствовали моделированию климата Марса.
На марсоходе Curiosity
На американском марсоходе Curiosity, созданном NASA в рамках проекта Mars Science Laboratory и запущенном в 2011 году, установлен прибор «Динамическое альбедо нейтронов» DAN (Dynamic Albedo of Neutrons), разработанный в ИКИ РАН. Этот активный нейтронный спектрометр состоит из импульсного нейтронного генератора и детектора. Генератор испускает импульсы нейтронов с определенной энергией (14 МэВ), которые проникают в реголит на глубину 50-70 см, взаимодействуя с атомами; возвращающийся поток «отраженных» нейтронов регистрируется детектором и анализируется для определения содержания в грунте водорода и, косвенно хлора.
13 лет на Красной планете: марсоход Curiosity осваивает новые навыки
По его данным восстановлено содержание водяного льда и связанной воды на пути движения марсохода в кратере Гейл. DAN фиксирует изменения уровня гидратации минералов, которые коррелируют с геологическими особенностями местности.
С помощью прибора DAN установлено, что концентрация воды в марсианских породах колеблется в диапазоне от 2% до 6% по массе, достигая максимума в зонах с гидратированными минералами, такими как глины, сформированные в древних озерах.
DAN выявил тенденцию к увеличению содержания воды в направлении горы Шарп, что подтверждает наличие в кратере Гейл древнего озера.
Полученные измерения показали присутствие хлора и серы в подповерхностных слоях, что свидетельствует о вулканической активности на Марсе в прошлом.
На зонде Trace Gas Orbiter
Отдельно стоит назвать орбитальный аппарат TGO (Trace Gas Orbiter), который был запущен в 2016 году в рамках совместной (Роскосмос — ЕКА) программы ExoMars для поиска жизни на Марсе или следов ее существования в прошлом. Два прибора из четырех, установленных на аппарате, создали ученые ИКИ РАН: комплекс ACS (Atmospheric Chemistry Suite) из трех инфракрасных спектрометров и нейтронный телескоп FREND (Fine Resolution Epithermal Neutron Detector) с дозиметром «Люлин-МО», созданным в Болгарии.
Основная цель ACS заключается в изучении состава атмосферы и определении концентрации различных газов в атмосфере Марса, таких как метан, водяной пар, озон и другие, а также аэрозолей. Особое внимание уделяется их распределению по высоте и по широте в зависимости от времени суток и сезона.
Спектрометр ACS объяснил исчезновение соляной кислоты из атмосферы Марса
Нейтронный телескоп FREND изучает распределение водорода в грунте Марса, продолжая дело прибора HEND. Однако в отличие от последнего FREND обладает гораздо лучшим пространственным разрешением, что делает его карты более детальными и позволяет искать локальные «оазисы» с повышенным содержанием водяного льда в грунте планеты.
Главный результат работы ACS — получение очень жесткого «верхнего предела» на содержание метана в атмосфере Марса. По данным прибора, его не может быть больше, чем несколько частиц на триллион. Этот результат противоречит более ранним сведениям, полученным Mars Express и прибором SAM на марсоходе Curiosity. Однако сомнений в достоверности данных ACS нет, а значит, надо искать объяснение этому несоответствию в химическим процессах марсианской атмосферы.
ACS впервые за последние двадцать лет обнаружил новый газ в марсианской атмосфере — хлороводород. Его содержание также невелико — до пяти частиц на миллиард.
Прибор FREND обнаружил места с повышенным содержанием водорода в грунте в экваториальных районах Марса, что свидетельствует о наличии подповерхностного льда. К 2025 году собранные данные позволили уточнить климатические модели планеты.
По данным спектрометров и на Mars Express, и на TGO ученые восстановили сезонный круговорот воды на Марсе и открыли, что водяной пар может существовать в его верхней атмосфере в перенасыщенном состоянии. Это означает, что воде гораздо легче покинуть атмосферу Марса, чем предполагалось ранее, а значит, этот процесс в прошлом планеты мог идти быстрее, чем представлялось.
Приборы ИКИ РАН для изучения Луны
На зонде Lunar Reconnaissance Orbiter
Космический аппарат LRO (Lunar Reconnaissance Orbiter), запущенный NASA в 2009 году, предназначен для изучения глобальной топографии Луны с орбиты ее искусственного спутника, измерения уровня радиации на окололунной орбите, исследования полярных регионов и создания точных карт ночного светила. На борту LRO установлен российский коллимированный нейтронный детектор LEND (Lunar Exploration Neutron Detector) для анализа состава реголита.
Прибор используется для поиска водородсодержащих соединений, в том числе водяного льда, в верхнем слое грунта Луны с помощью методов нейтронного зондирования. Он также позволяет оценить параметры радиационных условий будущих пилотируемых лунных экспедиций.
LEND показал, что лед в грунте существует за пределами постоянно затененных зон, усложнив модель лунного «водного цикла».
С помощью детектора удалось подтвердить, что в верхнем слое полярного грунта Луны может быть достаточно много водяного льда, вплоть до нескольких процентов по массе.
На основании буквально первых данных, полученных в эксперименте DAN вскоре после прибытия к Луне в 2009 году, NASA выбрало кратер Кабеус как цель для «бомбардировки» лунной поверхности: в эксперименте LCROSS разгонный блок Centaur, выведенный вместе с LRO, столкнулся с поверхностью, выбросив облако лунного грунта. Состав облака при этом изучали приборы на аппарате LCROSS, следовавшем за Centaur, а немного позже — на LRO, который обращался по орбите вокруг Луны. После успешного эксперимента было показано, что содержание водяного льда в месте падения РБ Centaur составляет около 5,6% по массе.
LEND выявил особенности залегания водяного льда в полярных кратерах Луны
Приборы ИКИ РАН для изучения Венеры и Меркурия
На зонде Venus Express
На европейском орбитальном зонде Venus Express, запущенном ЕКА в 2005 году, в числе прочих научных приборов находился комплекс спектрометров SPICAV/SOIR (Spectroscopy for the Investigation of the Characteristics of the Atmosphere of Venus), созданный при активном участии ИКИ РАН.
Ультрафиолетовый канал спектрометра SPICAV был уникальным прибором, который мог одновременно исследовать распределение по высоте концентраций таких малых газовых составляющих, как озон (O3) и диоксид серы (SO2), в верхней мезосфере Венеры. Он фиксировал звезды в моменты их появления и исчезновения за горизонтом планеты, измеряя спектры излучения, которое проходило через ее атмосферу и поглощалось молекулами.
Благодаря SPICAV удалось впервые обнаружить на Венере озоновый слой на высоте до 90 до 120 км над поверхностью толщиной 5-10 км, уточнить модель суперротации атмосферы и выявить полярные вихри и ночные свечения.
Также на борту Venus Express был планетный Фурье-спектрометр PFS, созданный с участием ИКИ РАН, но из-за неисправности сканирующее устройство прибора не развернулось и осталось направленным вместо поверхности Венеры на калибровочный источник — черное тело. Сам прибор при этом исправно функционировал.
На зонде BepiColombo
В составе аппаратов MPO (Mercury Planetary Orbiter) и MMO (Mercury Magnetospheric Orbiter), запущенных в 2018 году ЕКА и JAXA в рамках проекта BepiColombo, есть несколько приборов, которые в той или иной степени связаны с ИКИ.
Полностью российский спектрометр нейтронов и гамма-лучей MGNS (Mercury Gamma-ray and Neutron Spectrometer) в институте создали для изучения нейтронного альбедо Меркурия, поиска водородсодержащих соединений в его грунте, в том числе воды. Для ультрафиолетового спектрометра PHEBUS (Probing of Hermean Exosphere by Ultraviolet Spectroscopy) и камеры наблюдения в лучах натрия MSASI (Mercury Sodium Atmospheric Spectral Imager) ИКИ РАН изготовил отдельные узлы. А панорамный энерго-масс-спектрометр PICAM (Planetary Ion CAMera), хотя и был создан за рубежом, но с использованием идей, предложенных учеными ИКИ РАН. В этих трех экспериментах российские ученые принимают участие как соисследователи.
После прибытия к Меркурию, которое должно состояться в конце 2026 года, BepiColombo будет изучать состав поверхности планеты, ее экзосферу — очень разреженную газовую оболочку вокруг нее — и магнитосферу.
Кроме того, прибор MGNS уже работает как детектор гамма-всплесков, помогая определять их положение на небесной сфере в рамках межпланетной сети по регистрации гамма-всплесков IPN (туда входит и прибор HEND).
Астрофизические приборы ИКИ РАН и будущие проекты
На обсерватории INTEGRAL
Международная астрофизическая лаборатория гамма-лучей INTEGRAL (INTErnational Gamma-Ray Astrophysics Laboratory) стартовала с космодрома Байконур в 2002 году. Ее основная задача — исследование галактических и внегалактических объектов (в том числе черных дыр и нейтронных звезд) в жестком рентгеновском и гамма-диапазонах. Российская сторона предоставила ракету-носитель и услуги по запуску.
Кроме этого, сотрудники ИКИ предложили схему выведения обсерватории, которая позволила существенно сэкономить топливо и продлить миссию аппарата с пяти до более 20 лет. Наши ученые получили 25% наблюдательного времени этой миссии. В ИКИ РАН находится Российский центр научных данных проекта.
В результате специалисты составили первую детальную карту центра Млечного Пути в жестких рентгеновских лучах, открыли новые популяции источников рентгеновского излучения и многое другое.
Обсерватория зарегистрировала электромагнитные события — два гамма-всплеска, сопровождавшие слияния пар нейтронных звезд, обнаруженные гравитационно-волновыми антеннами LIGO/Virgo.
Работа INTEGRAL завершилась в начале 2025 года, но ее данные продолжают использоваться в исследованиях.
На зонде Venus Orbital Mission
Для будущей индийской миссии к Венере Venus Orbital Mission в ИКИ РАН разрабатывают спектрометр VIRAL для изучения атмосферы планеты. Запуск этого аппарата планируется не ранее 2028 года.
На зондах «Чанъэ-7» и «Чанъэ-8»
Китай для своих будущих автоматических аппаратов «Чанъэ-7» (запуск в 2026 году) и «Чанъэ-8» (запуск в 2029 году), которые должны совершить посадку на Луну, выбрал приборы ИКИ для изучения лунного реголита и ресурсов. Они включают пылевой монитор Луны ПМЛ-Ч7 для первого аппарата, а также ионный энерго-масс-анализатор ALIEN-CE8 и эксперимент по изучению плазменно-пылевой экзосферы Луны LPDE-CE8 — для следующего.
Приборы, разработанные ИКИ РАН и установленные на зарубежных космических аппаратах, эффективно демонстрируют значимость международного сотрудничества, несмотря на сложности, связанные с геополитической обстановкой. Эти инструменты внесли значительный вклад в важные научные открытия, включая обнаружение воды на Марсе и Луне, а также изучение астрономических явлений.
Общий объем собранных данных превышает терабайты.В будущем границы научных знаний продолжат расширять такие миссии, как BepiColombo и «Чанъэ-7».
Помимо Китая, свои автоматические станции для посадки на Луну отправит и Россия. Их данные помогут определить самые подходящие места для лунных баз. Где лучше всего их строить — рассказывали здесь.
Благодарим пресс-службу ИКИ РАН за помощь в подготовке материала.
