Все мы знаем, что такое радиационные пояса ван Аллена. Это – своего рода магнитные «фильтры», окружающие Землю. Задача у них такая же, как и у всех фильтров – задерживать нежелательные элементы.
В данном случае в роли «нежелательных элементов», способных нанести вред живым организмам и высокотехнологичным электронным устройствам, выступают прилетающие из глубин космоса элементарные высокоэнергетические частицы и ядра атомов. Часть из них застревает в поясах ван Аллена, благодаря чему пояса эти и получили свое название «радиационные». Они буквально насыщены этими непрошенными «гостями».
У Земли есть два радиационных пояса. Первый, внутренний, был открыт американским ученым Джеймсом ван Алленом в 1958 году благодаря данным, полученным с помощью первого американского спутника «Эксплорер-1». Второй, внешний – советскими учеными Сергеем Верновым и Александром Чудаковым также в 1958 году и также благодаря космическому аппарату (КА), правда, не американскому, а советскому – «Спутник-3». Впрочем, по мнению ряда экспертов, и внешний пояс был открыт командой ван Аллена, в интересах которой в том же 1958 году и был запущен «Эксплорер-4». Главной научной целью той миссии было изучение радиационных поясов Земли.
Но оставим историкам космонавтики спорить о том, кто и что открыл, а сами обратимся к уже известным фактам. Если попытаться графически изобразить эти пояса, то получится что-то вроде окружающего Землю автомобильного колеса, лежащего в плоскости вращения нашей планеты. «Покрышка» – это внешний пояс, «диск» – внутренний, а ось «колеса» – это земная ось. Между «покрышкой» и «диском» есть зазор. Как и в настоящем колесе, чем ближе к краям диска, тем зазор между диском и покрышкой меньше. В тех местах, откуда ось выступает из колеса (то есть Северный и Южный полюс), ни покрышка, ни диск, ее естественно, не покрывают.
Правда, как и автомобильная ось, земная в районе полюсов все-таки покрыта своего рода «колпаками». Дело в том, что магнитное поле Земли, отклоняя поток «вредоносных» частиц к полюсам, одновременно лишает их избыточной энергии. В результате они задерживаются в верхних слоях атмосферы полярных регионов, периодически раскрашивая небо над «шапками» Земли полярными сияниями.
Внутренний пояс, по современным оценкам, располагается на высотах от 1,2 до 3 радиусов Земли (напомним, что радиус нашей планеты составляет 6 371 км.). Внешний – от 3 до 10 радиусов Земли, то есть до высоты превышающий 60 000 км. Зазор между поясами может достигать 2-3 радиусов. А над полюсами высота внутреннего пояса не превышает 200 километров.
Вперед, в «фильтры»!
Какой лучший способ изучить вредные примеси, содержащиеся в воде? Правильно, профильтровать ее и изучить содержимое фильтров. Именно этот принцип и положило НАСА в основу своей миссии под названием «Изучение радиационных поясов в штормовых условиях» (Radiation Belt Storm Probes – RBSP). Слово «штормовых» подчеркивает, что особое внимание будет уделяться исследованию данных поясов в условиях солнечных вспышек, или «штормов», когда в «фильтрах» ван Аллена будет застревать наибольшее количество исторгнутых Солнцем «вредоносных» частиц.
С этой целью сегодня, в 12.05 по Московскому времени НАСА с помощью ракеты-носителя «Атлас-5» запустило в эти «фильтры» два спутника RBSP. Для обычного КА подобная миссия практически уподобилась бы полету камикадзе. Пояса ван Аллена из-за своей чрезвычайно высокой радиоактивности крайне опасны, как для людей, так и для электронного оборудования.
«Мы пытаемся проникнуть в ту область, которую все стараются избегать, – сказал в интервью газете «Вашингтон Пост» Рик Фитцджеральд, руководитель проекта RBSP в Лаборатории прикладной физики при университете имени Джонса Гопкинса. – Эти аппараты являются наиболее выносливыми и совершенными системами, когда-либо использовавшимися для изучения космической радиации».
Каждый из КА представляет собой восьмиугольник около 2-х метров в поперечнике, около 1 метра высотой и весом 664 килограмма. Их «бронезащита» состоит из алюминия толщиной с ломоть хлеба. Исследователь Барри Маук, работающий в рамках проекта RBSP, сравнил данную защиту с корпусом батискафа. «Последнее, что вам хотелось бы на глубине – это проблем с корпусом, – отметил он. – Точно так и с данными аппаратами – если их защита не сработает, у нас будут большие проблемы».
С этим утверждением трудно спорить. Помимо сорванной научной программы, выход из строя КА будет еще и ощутимой финансовой потерей. Их общая стоимость достигает 686 миллионов долларов. Каждый КА несет в себе 5 приборов для изучения радиоактивных частиц – в основном электронов и протонов.
Вращаться вокруг Земли они будут по эллиптической орбите с апогеем почти в 37 000, а перигеем – в 700 километров. Сделано это для того, чтоб данные КА периодически «купались», как во внутреннем, так и внешнем поясах. Но при этом их орбиты будут несколько отличаться друг от друга. Благодаря этому ученые смогут производить одновременные измерения в различных областях поясов, и, сравнивая полученные результаты, делать выводы относительно радиационной активности в разных зонах этих «фильтров». Расчетная продолжительность миссии – 2 года.
А нужно ли это?
Нужно и еще как. Современная цивилизация все больше зависит от высокоточных, насыщенных электроникой приборов, работающих в околоземном пространстве. Некоторые из них (спутники связи) «несут службу» в самих поясах на геостационарных орбитах, другие – GPS, спутники сотовой связи, или те, которые обеспечивают кабельное телевидение, работают в непосредственной близости от радиационных «фильтров».
Подобные условия повышают вероятность отказа этих КА, что периодически и случается. Согласно исследованию, проведенному в 2000 году министерством обороны США, ежегодные потери от неполадок, возникающих по причине солнечных «бурь» на государственных КА, достигают 100 миллионов долларов. Но страдают не только федеральные ведомства. Так, в 1994 году необычно сильный солнечный «шторм» нарушил систему управления двух главных канадских трансляционных спутников. В результате в течение нескольких дней жители Канады испытывали серьезные проблемы с телевидением, радио и с телефонной связью, а медийные компании понесли миллионные убытки.
Миссия RBSP, таким образом, поможет лучше понять «поражающее» воздействие, которое оказывает космическая радиация на КА, а значит – создать более устойчивые к ней системы. Кроме того, ученые надеются, что RBSP поможет лучше прогнозировать космические «бури» и «штормы».
Помимо прикладной, у проекта RBSP есть еще и академическая цель. Ученые надеются, что он поможет в понимании природы магнитосфер других планет Солнечной системы – Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна. Кстати, отсутствие магнитного поля у Марса, по мнению исследователей, и стало причиной того, что он когда-то растерял свою атмосферу.
Но вернемся к прикладной функции миссии RBSP. При всей важности защиты КА от «вредоносных» частиц, главное – максимально уберечь от космической радиации людей. И с этой точки зрения у RBSP есть два «прицела» – ближний и дальний. Ближний – это обеспечение радиационной защиты экипажей МКС. По мнению Фитцджеральда, спутники RBSP смогут стать службой «раннего оповещения», предупреждая хотя бы за сутки о надвигающейся «буре». За это время КA смогут перевести свое наиболее уязвимое оборудование в «спящий» режим, а члены экипажа станции – укрыться в специальном радиационном «убежище» на ее борту.
Что же касается дальнего «прицела», то не будем забывать, что стратегическая цель пилотируемой программы США – это полет к Марсу приблизительно в 2035 году. И миссия RBSP, безусловно, внесет серьезный вклад в решение одной из главных проблем, связанных с осуществлением этой экспедиции – защитой астронавтов от космической радиации.
Агентство изучает, как защитить астронавтов и технику от космической радиации