Социальная история космической физики. Часть I: Период становления

В.В.Темный

Социальная история космической физики.
Часть I: Период становления

Наука вселяет в нас оптимизм.
Надо видеть в науке силу, которая преобразует мир.

Мстислав Келдыш

Новая научная дисциплина – космическая физика возникла в середине прошлого века. Подготовку, проведение и анализ результатов экспериментов на первых искусственных спутниках Земли (ИСЗ) и межпланетных космических аппаратах (КА) осуществили физики-экспериментаторы, специализировавшиеся на изучении космических лучей, потоков заряженных частиц, ультрафиолетового (УФ) и рентгеновского (Х) излучения от Солнца, верхней атмосферы и ионосферы Земли, геомагнитного поля и полярных сияний. Их профессиональные интересы были материализованы после создания новых технических средств – межконтинентальных баллистических ракет (МБР). Планомерное исследование космоса с их помощью стало возможным благодаря совпадению интересов различных социальных групп СССР и США. Военно-промышленные комплексы (ВПК) этих стран состязались в создании надежной МБР – средства доставки ядерного оружия. В период холодной войны политическое руководство каждой из этих стран использовало в своих интересах каждый успех или неудачу в процессе создания такой МБР.

Создатели МБР нуждались в прикладных сведениях о космическом пространстве. Им была нужна модель плотности верхней атмосферы и ее вариаций под воздействием солнечных излучений оптического, УФ и Х диапазонов для обеспечения надежного вывода ИСЗ на долгоживущую орбиту с минимально возможным перигеем. Требовалось обеспечить надежную работу аппаратуры ИСЗ в условиях высоких и низких температур на их поверхности, глубокого вакуума космоса, потоков солнечной и космической проникающей радиации. При распространении командных радиосигналов от наземных пунктов управления к ИСЗ и телеметрических сигналов от них к приемным наземным станциям требовалось обеспечение надежной радиосвязи при распространении радиоволн сквозь малоизученную верхнюю ионосферу Земли. Начинали ставиться задачи обеспечения солнечно-земной и звездной ориентации ИСЗ и КА.

Президенты АН СССР С.И.Вавилов и М.В.Келдыш поддерживали конкретные предложения физиков-экспериментаторов. Они понимали, что фундаментальные исследования космоса не только принесут несомненные открытия, но и выведут отечественные научные исследования на мировой уровень, что, несомненно, будет поддержано политическим руководством страны в пропагандистских целях. В государстве с тоталитарной системой управления все эти конструктивные направленности различных социальных групп на развитие космической индустрии создали предпосылки для подготовки программы научных исследований космоса с ИСЗ и КА. Ее возглавил М.В.Келдыш – будущий президент Академии наук и председатель Межведомственного научно-технического совета по космическим исследованиям (МНТС по КИ), анонимный «главный теоретик космонавтики» из соображений секретности тех времен, часто избыточной, нередко приводившей к потерям национальных приоритетов при открытиях, сделанных с ИСЗ и КА.

Для исследований на первых ИСЗ предложили конкретные эксперименты лишь несколько энтузиастов из 7 научных коллективов: ФИАН, ИПГ, РИАН, ИФА, ИЗМИРАН, НИИЯФ МГУ, ИГАХ (Институт геохимии и аналитической химии АН). М.В.Келдыш сформировал комплексную программу научных экспериментов, подготовил правительственное решение о ее реализации на первом научном ИСЗ и стал руководить ее осуществлением. Экспериментаторы сразу же столкнулись с трудностями изготовления бортовой научной аппаратуры ИСЗ в условиях слабо оснащенных технически академических институтов. Это замедлило подготовку первого научного эксперимента на ИСЗ до конца 1957 года. Тем временем ОКБ С.П.Королева включилось в ракетно-космическую гонку, надеясь опередить США с запуском первого ИСЗ. Не дождавшись своевременной поставки комплекса научной аппаратуры, С.П.Королев принял решение о запуске простейшего спутника (ПС) без научной аппаратуры, а лишь с радиопередатчиком метрового диапазона (20 и 40 МГц). Одновременно он стал готовить следующий ИСЗ с собакой и той научной аппаратурой, которую успеют поставить экспериментаторы.

Политический эффект от запуска первого советского ИСЗ превзошел все возможные ожидания. Его сигналы «бип-бип» смог принимать весь мир на бытовые коротковолновые радиоприемники. По воспоминаниям его создателя, профессора К.И.Грингауза, прохождение 15- и 7,5-метровых длин волн через ионосферу к Земле можно считать первым научным экспериментом на ИСЗ (доклад в ИИЕТ в 1995 г.). Установка на борт первого советского ИСЗ такого радиопередатчика встретила критику известных радиофизиков. Лишь активная поддержка С.М.Рытова и С.П.Королева позволили провести этот эксперимент, обеспечивший огромный политический резонанс на запуск I ИСЗ. Шок от этого события, усиленный запуском II ИСЗ месяцем позже заставил высшее руководство США предельно форсировать национальную программу запусков ИСЗ. Неудачные запуски первых ИСЗ по программе VANGUARD заставили руководство страны обратиться за помощью к группе немецких ракетчиков Вернера фон Брауна. С их помощью только в январе 1958 года был запущен первый американский ИСЗ EXPLORER-1, а спустя 2 месяца – EXPLORER-3. На каждом из них группой Дж. Ван Аллена устанавливался счетчик Гейгера, аналогичный паре примененных ранее на II советском ИСЗ группой С.Н.Вернова. Несмотря на это, приоритет открытия интенсивной радиации в ближнем космосе принадлежит группе Ван Аллена (см. [1–5]).

К моменту первого в истории международного обсуждения научных результатов с первых ИСЗ на V Ассамблее МГГ (Москва, VII-VIII 1958 г.) отечественные космофизики располагали более полными материалами об околоземном космическом пространстве, чем американские [4; 5]. Тем не менее, к концу 1958 года, а затем к середине 1959 года глубина научных представлений американских исследователей о радиационном окружении Земли становилась более полной, чем отечественных. Этому способствовало привлечение в США к космическим исследованиям более широкого круга физиков, чем в СССР, где этот процесс сдерживался избыточной секретностью чисто научных материалов с ИСЗ. Примером обоснованной секретности работ по космической тематике может служить анализ последствий ядерных взрывов в ближнем космосе ARGUS-1, -2, -3 (IX 1958 г.) [5]. Результаты наблюдений с ИСЗ EXPLORER-4 и ракет проводился объединенными усилиями сотрудников группы Дж. Ван Аллена Университета штата Айова, Лос-Аламосской лаборатории, вычислительного центра ВВС в течение 7 месяцев в режиме полной секретности. За это время им удалось установить глобальную картину образованного феномена, подобного ранее обнаруженным «радиационным поясам Земли» естественного происхождения. Этой объединенной команде с помощью таких выдающихся американских специалистов по управляемым термоядерным исследованиям, как Т.Нортроп и Э.Теллер, удалось доказать существование еще одного физического механизма движения в нем захваченных геомагнитным полем заряженных частиц – дрейфового движения вокруг Земли. На пятой Ассамблее МГГ в 1958 году советские космофизики сообщили об обнаружении колебательного вдоль и вращательного вокруг геомагнитных силовых линий движения захваченных частиц.

С темы ARGUS был снят гриф секретности к концу апреля 1959 года. Дж. Ван Аллен 29 апреля в докладе по итогам исследований на объединенном заседании Академии наук, Комиссии по атомной энергии и Министерства обороны США распространил выводы об искусственном радиационном поясе и на естественные пояса. Средства массовой информации не остались в стороне от этого сообщения. Журнал Time опубликовал подробную статью о Ван Аллене как об авторе национального открытия с его портретом на титульной странице. Западные исследователи обратили внимание на эту публикацию, введя в научный оборот термин «радиационные пояса Ван Аллена». С таким научным багажом, дополненным наблюдениями радиационных поясов на КА PIONEER-1, -3, -4, Ван Аллен сделал доклад на Конференции по космическим лучам в Москве летом 1959 года. Его сообщение перекрыло результаты II и III советских ИСЗ и КА ЛУНА-1, -2 отечественных исследователей. Им, правда, удалось сохранить приоритет открытия внешнего пояса. Автору этой публикации удалось в 1993 году убедить академика А.Е.Чудакова в том, что он и академик С.Н.Вернов – руководитель группы космофизиков НИИЯФ МГУ могли бы считаться авторами открытия и внутреннего протонного радиационного пояса по результатам измерений более совершенной аппаратуры III советского ИСЗ, чем EXPLORER-1, -3. Не исключено, что их согласованные с Джеймсом Ван Алленом результаты открытия поясов могли бы претендовать на получение Нобелевской премии. Однако в период холодной войны, в условиях борьбы за национальные приоритеты открытий в исследовании космоса, настойчиво поддерживавшихся руководствами СССР и США, такое развитие событий представляется маловероятным. Более того, налаженные с 1958 года научные контакты между руководителями космических научных проектов двух сверхдержав можно считать несомненным достижением той эпохи. В этом есть несомненная заслуга академиков Л.И.Седова и А.А.Благонравова, пользовавшихся авторитетом в американском научном сообществе.

С 1960 года развитие космической физики в СССР затормозилось из-за того, что ОКБ С.П.Королева почти полностью переключилось на подготовку запуска человека в космос. В 1960–1961 гг. на II и III кораблях-спутниках – прототипах будущего «Востока» была открыта Южно-Атлантическая радиационная аномалия – область, где радиационные пояса опускаются к Земле на высоты ниже 300 км. В это же время в США к 1964 году на многочисленных американских ИСЗ серий EXPLORER (-6, -7, -8, -10, -12, -14, -18, -21), INJUN (-1, -3, -4), DISCOVERER, TRAAC, TELSTAR, OGО-1, RELAY-1 была подробно исследована магнитосфера Земли. Явное отставание отечественных космических исследований от американских после 1960 года побудило председателя МНТС по КИ М.В.Келдыша подготовить и начать активно осуществлять программы космических исследований на 1962–1963 и на 1963–1964 годы [6; 7]. Ограниченные ресурсы ракетной техники, занятой на подготовке первого пилотируемого полета, позволили утвердить правительственное решение о проведении с 1962 года научных космических исследований лишь на малых спутниках (МС) с низкими орбитами серии КОСМОС. Их стали изготавливать в КБ «Южное» (главный конструктор – М.К.Янгель) по разработкам ОКБ С.П.Королева. Первые пять ИСЗ КОСМОС изготовили и вывели на орбиту специалисты ОКБ.

Энтузиазм С.Н.Вернова при активной поддержке М.В.Келдыша и группы его баллистиков позволил убедить С.П.Королева создать оригинальную систему спутников для изучения центральной и внешней магнитосферы Земли. Каждая из двух пар этих ИСЗ (-1, -2 и -3, -4) была выведена в1964 году на орбиты c апогеями 2,1 и 10,5 R_Земли одной ракетой-носителем. На этих ИСЗ первый и последний раз были проведены отечественные исследования центров радиационных поясов, подтверждены ранее сделанные открытия на КА ЛУНА-1, -2: существование плазмосферы Земли и кольцевого тока вокруг нее. После этого советские космофизики были вынуждены довольствоваться низкоорбитальными научными ИСЗ в магнитосфере. До 1969 года они запускались на орбиты с углом наклона 49^º и лишь с 1968 года – на приполярные орбиты. Отдельные ограниченные эксперименты в дальней магнитосфере удавалось проводить на геосинхронных спутниках МОЛНИЯ и ГОРИЗОНТ. КБ Королева перешло на программу запуска космонавтов и подготовку пилотируемой лунной программы, закончившейся в 1971 году после неудач с ракетой Н-1 и полетов американских астронавтов на Луну в 1969 и 1970 годах. В подготовленной Келдышем национальной программе космических исследований приоритет был отдан исследованиям планет земной группы – Венеры и Марса. Она на несколько десятилетий определила основное направление отечественных космических исследований. Высокоапогейный научный ИСЗ, который должен был заменить ЭЛЕКТРОН, начал создаваться в 1965 году. Его вывод на орбиту предполагался лунной ракетой Н-1. Крах ее создания, предельная загруженность Келдыша как Президента Академии наук ее делами, организационные сложности создания Института космических исследований (ИКИ) привели к тому, что первый запуск этого высокоапогейного ИСЗ под названием ПРОГНОЗ состоялся только в 1972 году. И только энтузиазм заместителей директора ИКИ Г.А.Скуридина, Г.С.Нариманова и их помощника С.И.Карманова сделал возможным реализацию этого проекта. Несмотря на скептическое отношение к этой программе будущего директора ИКИ Р.З.Сагдеева, сменившего в 1972 году на этом посту академика Г.И.Петрова, были запущены 13 ИСЗ этой серии, обеспечившие выполнение нескольких крупных научных проектов. Однако эти ИСЗ с высотой апогея более 50 R_Землибольшую часть времени находились вне земной магнитосферы. Быстрые пролеты через нее не давали возможности продолжить ее дальнейшее исследование, начатое на ИСЗ ЭЛЕКТРОН.

Тем временем в США после широко разрекламированных успехов группы Ван Аллена в подготовку экспериментов космической физики стали включаться научно-исследовательские коллективы многочисленных университетов и институтов. Их хорошее техническое оснащение и финансовая поддержка грантами Национального научного фонда и военных ведомств позволяли быстро создавать диагностическую бортовую аппаратуру для ИСЗ и КА. Она совершенствовалась от одного эксперимента к другому. Экспериментальные лаборатории научных организаций, участвовашие в исследованиях по космической физике, становились авторитетными научными центрами космических исследований. Этому способствовало и объективное обсуждение получаемых результатов на такой представительной научной конференции, как Американский геофизический союз (AGU, весеннее и осеннее заседания, публикация тезисов всех докладов до начала конференции), и возможность быстрой публикации получаемых результатов в форме препринтов. Они распространялись всем заинтересованным специалистам. Этого были лишены отечественные исследователи из-за режима необоснованной секретности. Самым ярким примером этого может служить сокрытие «компетентными органами» руководителя отечественной программы космических исследований М.В.Келдыша под анонимной должностью «главный теоретик космонавтики». Его невыездной статус сохранялся до 1963 года – первого выезда в Чехословакию – страну соцлагеря, а лишь затем в 1964 году – в Японию и в 1965 – в Англию и ГДР, и то в качестве Президента Академии наук СССР, а не руководителя советской программы космических исследований. И это после того, как он до 1963 года был заочно избран членом четырех зарубежных Академий наук, к 1965 – уже шести и получил 2 международные научные премии!

Значительное различие в публикациях результатов по космической физике было в СССР и США. Первые отечественные работы представляли академики АН в «Доклады АН». Только в 1963 году были основаны специализированные журналы «Космические исследования» и «Геомагнетизм и аэрономия» объемом до 17 печатных листов, 6 выпусков в год. В них материалы по экспериментальной космической физике занимали меньше четверти объема журнала. Аналогичные материалы западных космофизиков публиковались в таких авторитетных научных журналах, как «Journal of Geophysical Research» (более 20 печатных листов, 12 номеров в год), «Journal of Atmospheric and Terrestrial Physics, Solar Physics», не говоря уже о таких изданиях, как «Science», «Nature», «American Science», «Sky and Telescope». К моменту Первой международной конференции COSPAR (Комиссии по космическим исследованиям) в 1960 году все наиболее значимые результаты по космической физике стали докладываться на этом ежегодном научном форуме. Страны-участники космических исследований стали представлять на COSPAR свои национальные программы. С ролью докладчика советской программы блестяще справлялся академик А.А.Благонравов в условиях все более заметного отставания отечественных результатов научных космических исследований от американских.

Литература

1. Темный В.В. История открытия радиационных поясов Земли: кто же, когда и как? // Земля и Вселенная. 1993. №6. С.69.

2. Темный В.В. Послесловие историка. Эпизоды космической гонки // Природа. 1995. №2 (954). С.114–16.

3. Завидонов И.В. Как американцы искали ветра в поле, а нашли радиационный пояс и как русские искали радиационный пояс, а нашли солнечный ветер, или физические эксперименты на первых искусственных спутниках Земли и открытие ее радиационных поясов // Историко-астрономические исследования. 2002. Вып.XXVII. C.201–222.

4. Темный В.В. История экспериментальных исследований космического пространства: Ч.I. Первое десятилетие космической эры: геокосмос // Историко-астрономические исследования. 2002. Вып.XXVII. C.156–200.

5. Темный В.В. История экспериментальных исследований космического пространства: Ч.II. Естественная и искусственная радиация в магнитосфере Земли // Историко-астрономические исследования. 2002. Вып.XXVIII. C.279–324.

6. Келдыш М.В. Обоснование программы исследования верхних слоев атмосферы и космического пространства на 1962–1963 гг. // Келдыш М.В. Избранные труды: Ракетная техника и космонавтика. М., 1988. С.420–421.

7. Келдыш М.В. О плане научных исследований космического пространства на 1963–1964 гг. // Там же. С.460–462.

Источник: В.В.Темный. Социальная история космической физики.
Часть I: Период становления // ИИЕТ РАН. Годичная научная
конференция 2003 г. М.: Диполь-Т, 2003, с.310-315.