Александр Николаев - Что ищут «археологи космоса»?
В свое время для вертикальных ракет-зондов конструировали простейшие платформы, используемые для наведения научных приборов на Солнце. Потом стали оснащать ими спутники связи. С их помощью направленные антенны могли не отрываясь следить за определенным наземным пунктом.
Но все эти элементарные «подставки под оборудование» не могли бы, разумеется, обеспечить высокой точности наведения исследовательских инструментов, эффективность работы которых сильно зависит от положения в пространстве относительно объекта наблюдения.
Без преувеличения можно сказать, что автоматическая стабилизированная платформа (АСП) открыла новое направление в развитии космического приборостроения. Это сервомеханизм, как его называют конструкторы, массой около 100 кг с двумя степенями свободы, который с минимальной погрешностью может перемещаться в двух взаимоперпендикулярных направлениях. Научная аппаратура массой 80 кг была установлена на раме платформы, которая в течение почти 15-месячного полета к комете Галлея была пристегнута специальными креплениями к расширяющейся части пролетного аппарата. И лишь недели за две до встречи с «косматой звездой» три пиропатрона открепили эту платформу. Распрямляясь, мощная пружина торсиона перевела платформу в рабочее положение. Далее отщелкнулись крышки телевизионных объектов и датчиков наведения. Так платформа обрела «зрение» и, подчиняясь командам бортового микропроцессора, в автоматическом режиме начала разыскивать комету.
Выносная консоль АСП сконструирована таким образом, чтобы в поле зрения датчиков и приборов «телевиков» не попадали панели солнечных батарей, штанги, антенны и другие навесные элементы АМС. В случае необходимости платформа совершала своеобразный «нырок» под днище пролетного аппарата, например, чтобы произвести телевизионную съемку ядра кометы, когда та будет удаляться от станции.
Для облегчения механизмы платформы были выполнены негерметичными. Это кажется невероятным: прецизионные узлы, пробыв почти полтора года в открытом космосе безо всяких дополнительных мер предосторожности, вдруг включаются в работу!
Да, в условиях космического холода и вакуума редукторные шестерни работали без смазки. Обычные масла, как известно, к работе в космосе непригодны. Инженеры пробовали заменить жидкую смазку на графит — и вместо того, чтобы уменьшить трение, он, став в условиях космоса хрупким и твердым, действовал на трудящиеся части как абразивный порошок! Вышли из положения, напылив на трущиеся поверхности дисульфид молибдена. На земле у этой смазки репутация была несколько «подмоченной»: порошок жадно набирал воду. А вакуум, напротив, его обезвоживал — земной минус смазки превратился в космический плюс. Внедрение такой смазки, с помощью которой удалось разгерметизировать и, следовательно, облегчить механизм, позволило в конечном итоге увеличить полезную массу научной аппаратуры на борту АМС.
6. «Белые пятна» кометы
Советские и зарубежные специалисты, с которыми мне довелось беседовать о проекте «Вега», единодушно отмечали такую его отличительную черту: создана исследовательская аппаратная очень широкого диапазона, позволяющая «археологам космоса» рассмотреть малоисследованный объект нашей Вселенной во всем диапазоне его свойств, выяснить глубинные процессы, происходящие в недрах комет.
Есть немало доводов в пользу того, что кометные ядра в основном состоят из водяных, углекислотных, аммиачных и тому подобных льдов. Однако на спектральных пластинках до сих пор находили лишь опознавательные знаки окиси углерода. На этот раз местом опознания «родительских» молекул выбрали спектр флуоресценции в так называемой ближней инфракрасной области, где скорее всего можно было обнаружить колебательное возбуждение первичных молекул. Однако их «вклад» в излучение столь мал, что почти находится на уровне пороговой чувствительности трехканального спектрометра. А если повторить опыт несколько раз? Так удалось перешагнуть этот порог, и в руках ученых оказались до сих пор тщетно разыскиваемые «автографы».
На борту «Веги» работал и инфракрасный спектрометр французского производства, оборудованный тремя оптическими каналами. Два из них предназначены для работы в спектроскопическом режиме, третий — снимал «теневой» портрет ядра кометы в инфракрасных лучах. Для изучения взаимодействия солнечного ветра с атмосферой и ионосферой кометы на борту АМС также работал сконструированный специалистами ВНР, ФРГ и СССР детектор, с помощью которого изучались ионы, ускоренные в районе кометы. Для измерения распространяющихся в комете электромагнитных волн, регистрируемых двумя антеннами, предназначался анализатор плазменных волн, разработанный чехословацкими, польскими, французскими и советскими специалистами.
На первый взгляд может показаться, что ряд приборов просто-напросто дублировал друг друга; больше того, некоторые данные — о скорости образования кометных частиц, об их размерах и параметрах их движения — уже известны специалистам благодаря косвенным измерениям.
На самом деле это не так. До сих пор большинство данных получали в результате спектрометрических измерений, причем только в видимом и ИК-диапазоне. Но кометный эксперимент охватывал всю «радугу» спектра, тем самым закрывая максимум «белых пятен». До сих пор не хватало прямых измерений вблизи ядра кометы.
Чтобы получить такую исчерпывающую информацию о простой кометной пылинке, нужно суметь зарегистрировать удар по мишени каждой отдельной частицы. Специалистам пришлось ломать голову над тем, как перевести вещество пылинки из твердого в плазменное состояние (непременное условие всех спектроскопических методов исследования вещества). Столкновение на скорости 78 км/с приводило к мгновенному испарению объекта исследования. Разумеется, при столкновении испарялась не только пылевая частица: какая-то доля материала мишени тоже уходила в облачко плазмы. Но зная, что мишень сделана из чистого серебра, не представляло большого труда отделить, как говорится, зерна кометного вещества от плевел мишени.
Поскольку объем получаемых прибором сведений исключительно велик (вблизи кометы регистрировалось до 12 ударов в секунду, и всего была собрана информация о нескольких тысячах частиц), а передача этих сведений на Землю ограничена пропускной способностью телеметрических каналов связи, то в составе прибора предусмотрен специализированный микропроцессор, который по нескольким программам производил предварительную обработку информации и самостоятельно отбирал наиболее «информативные» удары.
Но ведь пыль пыли рознь: в космическом пространстве оказывались и частицы, не имеющие никакого отношения к комете. Как в течение долгого пути уберечь чувствительные элементы прибора от их воздействия?
— Мы поступили так же, как автомобилист на пыльном проселке, — рассказывал мне один из разработчиков прибора В. Хромов, — когда, открыв жалюзи, он создает в салоне давление выше атмосферного. Мы закрыли входной патрубок корпуса прибора специальной крышкой и подали внутрь газ. Снаружи — космический вакуум, внутри — почти атмосферные условия. Ни одна посторонняя частица в прибор не попадет: сгорит. А за 10 дней до сближения с кометным ядром по команде с земли крышка открылась и прибор — «Пума» — приступил к работе.
Но вот на мишени «взорвался» мельчайший кусочек кометы — и в миллиардную долю секунды образовался плазменный сгусток. Что дальше? Возникла яркая вспышка. Она регистрировалась фотоумножителем, «запускающим» отсчет времени.
Основной рабочий инструмент «Пумы» — ускоряющее электромагнитное поле. Ионы разных элементов обладают разной массой. Поэтому одно и то же напряжение разгоняло легкие ионы до значительно больших скоростей, чем тяжелые. А значит, на регистрирующий элемент прибора — коллектор — они приходили в разное время. Зная их время в пути, можно сказать, о каком элементе идет речь.
Правда, тут есть одна тонкость. Ускоряющее поле сообщало всем ионам с одинаковой массой одинаковую энергию. Но в начальный момент времени, при ударе разных тяжелых и легких пылинок о мишень, ионы с одинаковой массой приобретали все-таки чуть разную энергию. А это приводило бы к неодновременности их попадания на коллектор, чего быть не должно. Выравнивание скоростей ионов происходило в рефлекторе. Это своего рода электростатическое зеркало обладает свойством притормаживать слишком быстрые и «подгонять» медленные ионы. Принцип его действия можно пояснить таким примером.
Представьте себе шарик на резинке. Бросаете его в сторону — резинка шарик возвращает. Чем сильнее бросок, тем больше возвращающая сила. Замените шарик ионом, возвращающую силу резинки — напряженностью поля, и вы получите представление о том, как работало электростатическое зеркало. Далее, зная химический состав пылинок, их спектр, массу, частоту соударений, можно воссоздать картину их распределения в кометной атмосфере в зависимости от размеров, вычислить, на каком расстоянии от ядра находилась частица той или иной массы.
