От Марса до Венеры: какие приборы ИКИ РАН работают на космических аппаратах США и Европы
Институт космических исследований Российской академии наук (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 атмосфер и поверхности, а также выступает как головной научный институт в различных космических проектах. В их числе немалую долю занимают проекты, которые были 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 учёными NASA и ЕКА позволила получить данные о наличии подповерхностной воды, различных минералах и атмосфере Марса.
На зонде Mars Odyssey
Созданный в России 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 нейтронов, которые возникают под воздействием космических лучей в верхнем слое марсианского грунта (до 1-2 метров). Нейтроны замедляются водородом, поэтому вариации их энергии указывает на наличие или отсутствие воды или льда. HEND входит в состав гамма-спектрометра GRS, но работает как самостоятельный прибор. Он регистрирует 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 времён года. Эти результаты повлияли на современные представления о Марсе и планирование дальнейших миссий роверов NASA Curiosity и Perseverance, 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.
В 2007 году к работе лётного образца прибора HEND на борту американского марсианского спутника Mars Odyssey присоединился запасной образец-дублер этого прибора. Он вошёл в состав эксперимента «БТН-Нейтрон» на борту Международной космической станции (МКС). В этом эксперименте проводятся исследования нейтронного излучения от верхней атмосферы Земли и радиационного фона на борту станции.
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 начале 90-х годов прошлого века в очень широкой международной кооперации. К сожалению, аппарат «Марс-96» не вышел на траекторию перелёта 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 учёные также приняли в нём 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, отражённый от поверхности и рассеянный в атмосфере. В России изготовлено сканирующее устройство прибора, исправно работающее все эти годы.
Планетный Фурье-спектрометр PFS (Planetary Fourier Spectrometer) изучает и поверхность, и атмосферу Марса. Измеряя излучение атмосферы в полосе углекислого газа, PFS, подобно метеорологическим приборам на околоземных орбитах, может видеть изменение температуры с высотой. Также он измеряет концентрацию водяного пара и других атмосферных газов. Российские учёные 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 содержание озона, наличие аэрозолей и облаков. SPICAM разработан во Франции при участии Бельгии, а ИК-спектрометр для него изготовлен в России в ИКИ РАН.
Комплекс приборов предоставил важные данные о геохимии поверхности и атмосферной химии Марса.
OMEGA впервые детально исследовал состав льдов (водяного и углекислотного) в полярных шапках. Он впервые обнаружил филлосиликаты (род глин) и сульфаты, свидетельствующие о древних водных средах 3-4 миллиарда лет назад: от теплого влажного к сухому и холодномк, вероятно - через эпоху вулканических катаклизмов.
По данным PFS было сделано предположение о наличии метана в марсианской атмосфере (до 10 частей на миллиард). К теме метана мы будем возвращаться не раз, пока же скажем, что этот газ вызывает интерес как возможный признак жизни или хотя бы геологической активности.
По данным SPICAM сделан ряд открытий в области атмосферной химии, исследована взаимосвязь озона и водяного пара, открыты новые атмосферные свечения.
Полученные в результате многолетней работы приборов к 2025 году данные способствовали моделированию палеоклимата и современного климата Марса.
На марсоходе Curiosity
На американском марсоходе Curiosity, созданном NASA в рамках проекта Mars Science Laboratory и запущенном в 2011 году, установлен российский прибор «Динамическое альбедо нейтронов» DAN (Dynamic Albedo of Neutrons), разработанный в ИКИ РАН совместно с Институтом автоматики имели Н.Л.Духова Госкорпорации «Роскосмос». Этот активный нейтронный спектрометр состоит из импульсного нейтронного генератора и детектора. Генератор испускает импульсы нейтронов с определённой энергией (14 МэВ), которые проникают в реголит на глубину 50-70 см, взаимодействуя с ядрами; возвращающийся поток «отражённых» 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 адсорбированной и связанной воды в грунте 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 её существования в прошлом. Два прибора из четырёх, 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 продолжает изучать 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 — на экваторе и на умеренных широтах.
Главный результат работы ACS — получен очень жёсткий «верхний предел» на содержание метана в атмосфере Марса. По данным прибора, доля метана не может быть больше, чем несколько частей на триллион. Этот результат противоречит более ранним сведениям, полученным с помощью в том числе Mars Express, а также измерениям с помощью прибора SAM на марсоходе Curiosity. Однако сомнений в достоверности данных ACS нет, а значит, надо искать объяснение этому несоответствию в химических процессах марсианской атмосферы.
С помощью ACS впервые за последние двадцать лет обнаружен новый газ в марсианской атмосфере — хлороводород. Его относительное содержание также невелико — до 5 частей на миллиард.
Прибор FREND позволил существенно улучшить карту распределения химически связанной воды и водяного льда в грунте Марса по сравнению с полученной в более раннем эксперименте HEND. И, что особенно важно, были обнаружены места с повышенным содержанием водорода в грунте в экваториальных районах Марса. Так было установлено, что на дне гигантского каньона Valles Marineris массовая долы водяного льда в грунте может достигать нескольких десятков процентов. Это говорит о том, что даже на современной планете в экваториальных областях могут существовать ледники.
По данным спектрометров и на Mars Express, и на TGO был исследован сезонный круговорот воды на Марсе и открыто, что водяной пар в сильно перенасыщенном состоянии может достигать самых верхних слоев атмосферы. Это означает, что молекулам воды 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 полярного реголита.
Прибор предназначен для поиска водородсодержащих соединений, в том числе водяного льда, в верхнем слое грунта в окрестности полюсов Луны с помощью методов нейтронного зондирования. Он также позволяет оценить параметры радиационных условий будущих пилотируемых лунных экспедиций.
LEND показал, что лёд в грунте существует за пределами постоянно затенённых зон, усложнив первоначально предложенную простую модель, предполагавшую присутствие водяного льда только в «холодных ловушках» на дне полярных постоянно затененных кратеров.
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, которые были получены в эксперименте LEND 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 пролетевшие сквозь него приборы на аппарате LCROSS, следовавшем за Centaur и также столкнувшиеся с Луной, а немного позже — на LRO, с орбиты вокруг Луны. После успешного совместного эксперимента с «высокоточным наведением» блока Centaur в кратер Кабеус по данным прибора LEND и прямым измерениям состава вещества кратера приборами аппарата — «камикадзе» LCROSS 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 был установлен 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 мог одновременно исследовать распределение по высоте концентраций таких малых газовых составляющих, как озон (O3) и диоксид серы (SO2), в верхней мезосфере Венеры. В одном из режимов он фиксировал звёзды в моменты их появления и исчезновения за горизонтом планеты, измеряя спектры излучения, которое проходило через её атмосферу и поглощалось молекулами. Другие два канала — полностью российский SPICAV-IR, и созданный по концепции и при участии ученых ИКИ РАН спектрометр высокого спектрального разрешения SOIR. Три канала прибора исследовали атмосферу от поверхности до свечения в самых верхних слоях.
Благодаря SPICAV/SOIR удалось впервые обнаружить на Венере озоновый слой на высоте до 90 до 120 км над поверхностью толщиной 5-10 км, выяснить вертикальное распределение SO2, водяного пара, измерить отношение дейтерия к водороду — индикатора атмосферных потерь за всю историю планеты.
На зонде BepiColombo
В двух аппаратах MPO (Mercury Planetary Orbiter) и MMO (Mercury Magnetospheric Orbiter), запущенных в 2018 году ЕКА и JAXA в рамках проекта BepiColombo, установлены 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) был создан для регистрации гамма-излучения и нейтронного альбедо Меркурия, изучения элементного состава вещества планеты, поиска водородсодержащих соединений в его грунте, в том числе воды. Для совместных приборов,ультрафиолетового спектрометра PHEBUS (Probing of Hermean Exosphere by Ultraviolet Spectroscopy) и камеры наблюдения в лучах натрия MSASI (Mercury Sodium Atmospheric Spectral Imager) в ИКИ РАН были созданы ключевые оптические 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 этом эксперименте российские учёные принимают участие как соисследователи.
После прибытия к Меркурию, которое должно состояться в конце 2026 года, будет изучаться состав поверхности планеты и её экзосфера — очень разреженная газовая оболочка вокруг неё — и магнитосфера.
Кроме того, во время перелета к Меркурию прибор MGNS уже работает как детектор космических гамма-всплесков, помогая определять их положение на небесной сфере в рамках межпланетной сети по регистрации гамма-всплесков IPN (туда также входит и прибор HEND на орбите вокруг Марса).
Аналогично опыту применения запасного лётного образца марсианского прибора HEND на борту МКС, запасной лётный образец межпланетного прибора MGNS в 2024 году начал исследования радиационного фона гамма-лучей и нейтронов в составе научного лабораторного модуля Российского сегмента МКС. Так опыт создания планетных научных приборов способствует проведению перспективных научных исследований на околоземной орбите.
Астрофизические приборы и будущие проекты
Обсерватория INTEGRAL
Международная астрофизическая лаборатория гамма-лучей INTEGRAL (INTErnational Gamma-Ray Astrophysics Laboratory) была запущена с космодрома Байконур в 2002 году. Её основная задача — исследование галактических и внегалактических объектов (в том числе черных дыр и нейтронных звёзд) в жёстком рентгеновском и гамма-диапазонах. Хотя на борту обсерватории не было российских приборов, наша страна внесла значительный вклад в успех этого проекта. 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 5 до более 20 лет. Отечественные учёные получили 25% наблюдательного времени этой миссии. В ИКИ РАН находится Российский центр научных данных проекта.
В результате была составлена первая детальная карта центра Млечного Пути в жестких рентгеновских лучах, открыты новые популяции источников рентгеновского излучения и многое другое.
Обсерватория зарегистрировала два гамма-всплеска, сопровождавшие слияния пар нейтронных звезд, обнаруженные гравитационно-волновыми антеннами LIGO/Virgo.
Работа INTEGRAL была завершена в начале 2025 года, но его данные продолжают использоваться в исследованиях.
На зонде Venus Orbital Mission
Международное сотрудничество в планетных исследованиях продолжается. Для будущей индийской миссии к Венере Venus Orbital Mission в ИКИ РАН разрабатывается спектрометр VIRAL для изучения атмосферы планеты. Запуск этого аппарата планируется не ранее 2028 года.
На зондах «Чанъэ-7» и «Чанъэ-8»
Для будущих китайских автоматических аппаратов для посадки на Луну «Чанъэ-7» (запуск в 2026 году) и «Чанъэ-8» (запуск в 2029 году) выбраны приборы ИКИ РАН для изучения лунной экзосферы. Пылевой монитор Луны ПМЛ-Ч7 для «Чанъэ-7» уже поставлен в Китай.
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 в веществе поверхности Марса и Луны, оценки содержания метана и хлороводорода в марсианской атмосфере.
Особо следует отметить высокий технологический уровень и исключительную надёжность российских космических научных приборов для планетных исследований. Так, прибор HEND трудится на борту аппарата NASA Mars Odyssey «штатно и без замечаний» уже более 23 лет, а активный нейтронный спектрометр DAN демонстрирует на борту марсохода NASA Curiosity современный мировой уровень космических ядерно-физических исследований. 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.
PS. Благодарим пресс-службу ИКИ РАН за помощь в подготовке материала.
