Прогноз космической угрозы

Разрабатывается комплекс программ, позволяющий за несколько часов предсказывать изменение радиационной обстановки в космосе

Владимир Калегаев: «На основе моделей и экспериментальных данных мы создаём оптимальную, на наш взгляд, систему мониторинга радиационных условий, как в окружающем космическом пространстве в целом, так и на заданных орбитах». Фото с сайта strf.ru

Комплекс программ, позволяющий за несколько часов предсказывать изменение радиационной обстановки в космосе и соответственно обезопасить спутники от воздействия радиации, создают учёные НИИ ядерной физики им. Д.В. Скобельцына МГУ. Работать он будет на основе данных, поступающих с российских и зарубежных приборов, регистрирующих потоки энергичных частиц.

О космических перспективах разработки рассказывает участник этого проекта, заведующий лабораторией анализа и отображения космической информации НИИЯФ МГУ Владимир Калегаев.

Владимир Владимирович, почему так важно следить за радиационной обстановкой в космосе?

Дело в том, что условия в космической среде враждебны как человеку, так и электронной технике, в первую очередь потому, что космос радиоактивен. Это стало известно после первых полётов космических аппаратов и, надо заметить, очень удивило исследователей, хотя в предшествующих гипотезах такое явление предсказывалось. В частности, было известно, что вокруг Земли могут существовать некие области захвата – так называемые радиационные пояса, в которых постоянно присутствуют энергичные частицы, способные оказывать радиационное воздействие на живые организмы и электронную технику.

Экспериментальное обнаружение радиационных поясов стало первым значительным открытием космической эры. Другим источником космической радиации является Солнце.

Активные процессы, происходящие на Солнце, например, вспышки, могут сопровождаться ускорением солнечных энергичных частиц, или, как их еще называют, солнечных космических лучей. При определенных условиях потоки этих частиц резко возрастают. Происходит солнечное протонное событие, это наиболее важное и опасное явление, приводящее к усилению радиационного фона в околоземном пространстве.

Когда всё это подтвердилось в экспериментах, люди чётко осознали, что все эти и многие другие тонкости организации космического пространства необходимо учитывать, если ставится задача работать за пределами атмосферы Земли.

Чтобы предупредить негативное воздействие космической среды, нужно постоянно регистрировать и анализировать потоки частиц высоких энергий или, по-другому, корпускулярную радиацию, способную привести к фатальным сбоям микросхем, а чтобы в какой-то мере прогнозировать радиационные условия, необходимо наблюдать за проявлениями солнечной активности. Без сбора и обработки таких данных, без их постоянного анализа, невозможно обеспечить бесперебойную работу спутников и даже Международной космической станции.

С чем связаны основные проблемы радиационного мониторинга космической среды?

Основные проблемы в этой деятельности связаны с тем, что мы не можем прогнозировать радиационную обстановку на большой период. Например, если наблюдать за процессами на Солнце, то можно ожидать прихода солнечных протонов в течение часа после вспышки.
Таким образом, прогноз по потокам энергичных частиц можно дать не более, чем на час, и он будет не очень надёжен, так как не исключено, что частицы не достигнут областей в околоземном пространстве, которые нас интересуют.

Существуют и другие методы прогнозирования радиационных условий в околоземном пространстве – в частности, на основе наблюдений за процессами на Солнце. Но они до конца не отработаны, и, как правило, не очень удобны для решения оперативных задач. Для прогнозирования радиационных условий в космосе требуется более надёжная мониторинговая система, способная работать самостоятельно, в оперативном режиме.

Что будет представлять собой ваша система мониторинга?

Мы как раз этим занимаемся – на основе моделей и экспериментальных данных создаём оптимальную, на наш взгляд, систему мониторинга радиационных условий, как в окружающем космическом пространстве в целом, так и на заданных орбитах. По сути, эта система позволит нам предсказывать космическую погоду, вернее, тот ее аспект, который отражает радиационное воздействие космической среды на околоземное пространство, на технику, на человеческую деятельность. Система состоит из нескольких разработанных нами комплексов программ, которые аккумулируют данные, поступающие с разных российских и зарубежных источников, хранящих наблюдения в космосе и на Земле. Это специализированные сайты и пункты приема космической информации со спутников.

Информация собирается в базу данных. Она должна обновляться каждые пять минут, программы её анализируют, интегрируют, и, опираясь на созданные нами же модели, дают соответствующие оценки и предсказания. В технологический процесс вовлечены космические аппараты, выполняющие измерения, системы передачи данных на борту и приема данных на Земле, системы первичной обработки информации и ее передачи по линиям Интернет, система космического мониторинга, анализирующая данные практически в реальном времени.

Все это похоже на фантастику: мы не только можем видеть, но и прогнозировать за несколько часов события, источники которых находятся вдалеке от нас на миллионы километров. Солнечный ветер ещё не достиг орбиты Земли, а мы уже знаем его параметры и определяем геомагнитную обстановку в околоземном пространстве.

Это очень важно, потому что магнитное поле управляет движением заряженных частиц, и это знание помогает в дальнейшем предсказать, какая будет радиационная обстановка.

Приведите конкретный пример применения на практике, разработанной вами системы? Что и как вы рассчитываете?

Система еще только разрабатывается, тем не менее мы уже осуществляем непрерывный мониторинг за радиационными условиями в околоземном пространстве по данным измерений на спутниках Электро Л1, Метеор М2 и Рэлек, на которых установлены детекторы энергичных частиц, разработанные в НИИЯФ МГУ. Также мы ведем непрерывное наблюдение за Солнцем по данным американских аппаратов GOES-13 и SDO.

Полученная с этих приборов информация о рентгеновском и ультрафиолетовом излучении Солнца позволяет предсказывать радиационные и геомагнитные условия в околоземном пространстве.

Такие прогнозы необходимы российским организациям, которые занимаются запуском и эксплуатацией космической техники. С одной из них, кстати, – РКЦ «Прогресс» – у нас достигнуто соглашение о совместной деятельности в этой области.

Как должна реагировать компания, владеющая, к примеру, спутником, после получения вашего предупреждения о неблагоприятной радиационной обстановке?

На этот вопрос опять же лучше ответить конкретным примером. Если мы видим, что на Солнце произошла очень мощная вспышка, то в зависимости от ее положения на солнечном диске и условий в гелиосфере можно ожидать, что нас ждёт резкое возрастание потоков солнечных энергичных частиц, которые могут воздействовать на электронную технику.
Повезёт, если пострадает не очень важная микросхема, но могут погибнуть и жизненно важные компоненты аппарата, работающего в космосе. И организация, которой принадлежит прибор, просто потеряет его. Такие случаи уже были.

Если же получить своевременное предупреждение о надвигающихся неблагоприятных условиях, которое может предоставить разрабатываемая нами система мониторинга, то можно к ним подготовиться: например, отключить критически важную электронику. Разумеется, и после этого бортовая техника останется под воздействием энергичных частиц, но при этом она не будет работать, и вероятность того, что в ней произойдёт какое-нибудь повреждение, резко снизится.

Какова сегодня радиационная обстановка в космосе? Как часто вам приходится наблюдать экстремальные события?

В период с 2008 по 2010 года мы переживали затянувшийся минимум солнечной активности, когда никаких серьезных изменений радиационной обстановки вообще не происходило. Сейчас эпоха тоже довольно спокойная, хотя солнечные протонные события и регистрируются.

23 июля 2012 года был зарегистрирован очень мощный выброс солнечного вещества, который, впрочем, никак не сказался на Земле. По этому поводу уже написано несколько статей, в которых показано, что, если бы такое событие произошло в другом регионе на Солнце, у нас могли бы быть большие неприятности. Но это только предположения.

Вы готовы фиксировать такие события?

Разумеется! Центр радиационного космического мониторинга НИИЯФ МГУ уже функционирует. Мы принимаем и анализируем информацию непрерывно в течение суток. При превышении неких критических уровней мы готовы давать предупреждения о неблагоприятных условиях в околоземном пространстве. С другой стороны, хотя всё это очень и очень интересно с научной стороны, было бы лучше, чтобы серьезных изменений радиационных условий в космическом пространстве не происходило.

Ни одна тема сегодня не рассматривается вне политического контекста. Не влияет ли большая политика на доступ к данным, полученным с помощью американских спутников?

Знаете, одно из самых замечательных свойств научной среды состоит в том, что информация в ней используется совместно. Потому что ученые всегда могут договориться. Кроме того, данных, поступающих с различных приборов, очень много. Их сложно обработать самостоятельно. Самих приборов тоже много – американские, российские, европейские, японские инструменты установлены на многочисленных космических аппаратах, работающих в космосе. На их производство затрачены миллиарды долларов. И вся информация, которую они собирают, очень важна. Было бы совершенно неразумно, если бы страны стали дублировать друг друга в осуществлении космических экспериментов и в сборе идентичной информации. Просто непонятно, кому и зачем были бы выгодны такие затраты и усилия.

Проект «Система радиационного мониторинга в окружающем космическом пространстве и на заданных орбитах» поддержан ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технического комплекса России на 2014–2020 годы».

Источник: «Наука и технологии России».