Ещё одна длительная программа NASA подошла к концу после семи лет «орбитального танца» в опасных радиационных поясах (известных как пояса Ван Аллена) Земли. 18 октября учёные отправили последнюю команду на второй аппарат Van Allen Probe. Два спутника этой серии были запущены в августе 2012 года. Они изучали «космическую погоду» — феномен с переменчивой природой, который, в основном, вызывается влиянием Солнца на околоземную среду. Первый космический аппарат Van Allen Probe был отключён в июле 2019 года.
Космическая погода влияет на электрические сети, спутники связи и навигации, а также на здоровье космонавтов на орбите. Космическую погоду можно прогнозировать подобно земной, но у исследователей не было достаточного количества данных для создания точных моделей. Для получения этой информации и была запущена программа Van Allen Probe.
Спутники этой серии стали первыми космическими аппаратами для продолжительной работы в опасных условиях поясов Ван Аллена. Научные данные, которые они собрали, будут ещё долгое время считаться «золотым стандартом» физики радиационных поясов.
Аппараты Van Allen Probe были спроектированы с расчётом на 2,5 года активного функционирования, но проработали более чем в 2 раза дольше. Их стоимость при запуске составила 640 миллионов долларов. Ранее в этом году команда из центра управления программой снизила высоту их орбиты, чтобы подготовить спутники ко дню, когда у них закончатся запасы топлива. Оба космических аппарата ещё в течение 15 лет будут тихо обращаться на орбите вокруг Земли и постепенно приближаться к плотным слоям атмосферы, где они в конце концов безопасно сгорят.
Особую научную ценность программе Van Allen Probe придаёт её продолжительность. Космические аппараты были запущены во время пика 11-летнего цикла активности Солнца и просуществовали вплоть до его минимума. Это позволило спутникам Van Allen Probe провести наблюдения космической погоды во всём спектре её проявлений. С потоком научных данных, который поступал с двух космических аппаратов, учёные смогли определить, как космическая погода видоизменяется во времени и пространстве. Такая подробная информация позволила им улучшить свои модели этого феномена. Это даст возможность создавать более точные прогнозы в будущем.
Учёные строили догадки о радиационных поясах Земли с момента их открытия первым космическим аппаратом NASA Explorer 1 в 1958 году. Поскольку эта область пространства опасна, все её исследования на протяжении последующих десятилетий ограничились кратковременными пролётами.
Радиационные пояса — это похожие на бублик плотные кольца заряженных частиц, которые обращаются вокруг Земли. Они образуются из-за взаимодействия солнечного излучения с магнитным полем нашей планеты. Солнце постоянно испускает потоки энергичных заряженных частиц — плазму. Магнитное поле Земли улавливает её часть, которая формирует радиационные пояса, где заряженные частицы носятся вокруг нашей планеты с огромными скоростями.
Само собой, в этой агрессивной среде спутники выходят из строя. Чтобы обезопасить космические корабли от подобной бомбардировки, инженеры-конструкторы используют радиационно-стойкие компоненты. Траектории искусственных спутников Земли планируются так, чтобы уменьшить время их нахождения в радиационных поясах. Кроме того, во время наиболее сильного радиационного воздействия на космических аппаратах выключается большая часть электрических систем. Однако непредсказуемость космической погоды может сделать все эти меры неэффективными.
Для изучения радиационных поясов спутникам Van Allen Probe приходилось пролетать через их самые опасные области. Чтобы эта научная программа стала реальностью, инженерам-конструкторам пришлось создать технику, способную работать в условиях жёсткого радиационного облучения. Опыт создания настолько выносливых космических аппаратов несомненно пригодится в будущем. Хотя сейчас у NASA нет планов по исследованию поясов Ван Аллена, инженерные ноу-хау этого проекта всё равно будут применяться для создания радиационной защиты новых спутников и космических кораблей.
Для будущих проектов станет полезным и полученное детальное понимание самих радиационных поясов — мы говорим, в том числе, и о пилотируемых программах. Радиация всегда была ключевой угрозой для экипажа МКС. Когда NASA начнёт расширять присутствие человека за пределы низкой околоземной орбиты, защита людей от этой опасности станет одной из самых сложных задач. Астронавты не пересекали пояса Ван Аллена со времен космических кораблей Apollo. Тогда учёные изучали радиационные пояса всего в течение 10 лет и не имели ничего подобного спутникам Van Allen Probe, чтобы понять все опасности этой области.
Перед запуском программы учёные считали пояса Ван Аллена двумя довольно стабильными образованиями, изменения в которых происходят в течение многих часов и дней. Спутники Van Alen Probe опровергли эту точку зрения всего за несколько недель. Оказалось, что радиационные пояса Земли в зависимости от активности Солнца могут менять свой вид от трёх тонких поясов до одного гигантского, и эти изменения происходят буквально за секунды или минуты. Таким образом, с началом этой программы представления учёных о поясах Ван Аллена кардинально изменились.
Источники:
space.com
pdfs.semanticscholar.org
Перевод: Дмитрий Логинов
