Об орбитах дружбы и поиска (Академик Сагдеев Р.)

Академик Сагдеев Р. об орбитах дружбы и поиска

Б 1976 году исполнилось 10 лет Совету "Интеркосмос", организации, созданной при Академии наук СССР для координации всех международных программ нашей страны. Юбилей - прекрасная возможность еще раз взглянуть на сделанное, оценить минувшую работу, выделить главное.

Я пришел к космосу несколько позже. Как раз десять лет назад я был в Триесте. В Италии, в международном центре собрались специалисты из нескольких стран. В течение полугода мы обсуждали самые интересные и нерешенные задачи по теории плазмы. Рождались совместные проекты, планы, в том числе и в космосе. У меня был интерес к физике космоса, как у теоретика, которому не суть важно, где идут плазменные процессы - в лаборатории или в естественных условиях.

Интерес к плазме и привел меня в Институт космических исследований, когда появилась возможность экспериментировать не в лаборатории, а в космическом пространстве. Причем в минувшее десятилетие международное сотрудничество в этой области стало бурно развиваться. Можно проиллюстрировать это развитием программы "Интеркосмос". Первые работы ученых социалистических стран связаны с использованием сравнительно простых приборов. Результаты были получены очень интересные, и это вызвало качественный скачок в космическом приборостроении. Родилось новое поколение ученых в социалистических странах - специалистов по космической физике. Некоторые из них получили международное признание. В частности, среди руководителей такой авторитетной организации, как КОСПАР, сейчас представители Болгарии, ГДР, Чехословакии, Польши. Рост авторитета отдельных ученых связан с бурным развитием космических наук в этих странах. Но я вспоминаю начало сотрудничества - тогда немало было скептиков, которые считали, что небольшие страны не смогут на равных работать с "великими космическими державами". Жизнь опровергла это мнение. Ученые любой страны способны участвовать как равноправные творческие партнеры в крупных международных космических программах. И промышленность этих стран вносит достойный вклад в исследование космоса.

Особое место в деятельности Совета "Интеркосмос" принадлежит кооперации ученых социалистических стран. Сначала эксперименты носили камерный характер - проектировались небольшие спутники. Постепенно мы перешли к крупным проектам, в частности по ракетному зондированию верхних слоев атмосферы. Эти ракеты были битком набиты научной аппаратурой. Использовалось огромное количество интегральных схем, электронных приборов. С их разработкой рос уровень точного приборостроения. Ученые социалистических стран стали не "пассажирами" на спутниках и ракетах, они превратились в их полновластных "хозяев". Созданы технические средства эксплуатации космических аппаратов, позволяющие получать научную информацию со спутников непосредственно на приемные станции, расположенные в этих странах. Запуски "Интеркосмосов" второго поколения показали, что рождается качественно новый этап в сотрудничестве ученых социалистических стран.

В орбиты "Интеркосмоса" входят и капиталистические страны: Индия, Швеция, Франция... У нас в Институте космических исследований есть специальный отдел, который занимается систематизацией международных программ, прогнозирует их развитие, обобщает результаты экспериментов.

Лично же мои интересы как ученого связаны с проектом "Араке". Для меня он начинался задолго до переезда в Москву. И. Жулин, заместитель директора ИЗМИРАНА, однажды приехал в Новосибирск, где я тогда работал, чтобы рассказать мне о необычном эксперименте. Вместе с французами началось обсуждение проекта, и нужен был человек, имеющий большой опыт работы с лабораторной плазмой.

В 1970 году проект получил поддержку Совета "Интеркосмос". Вскоре в Ереване встретились наши ученые и французские, чтобы обсудить совместную работу. Название "Араке" означает "искусственное полярное сияние" и в то же время это дань уважения Еревану, где нас так радушно встречали. На ракете в районе острова Кергелен была поднята в космос плазма.

Пучок частиц, следуя вдоль магнитных силовых линий, сначала удалялся от Земли на 25 тысяч километров, а затем возвращался. Его наблюдали в районе Архангельска. Около 80 тысяч километров - такова протяженность пути, пройденного электронами. Пучок шел не по вакууму, а сквозь космическую плазму и поэтому сильно деформировался. Он стал своеобразным скальпелем, вскрывающим неизвестные процессы околоземной плазмы. Эксперимент необычен. Он потребовал таланта многих ученых. Очень трудно подсчитать всех ученых, инженеров, рабочих, которые внесли свою лепту в "Араке". Полностью в течение пяти лет - несколько десятков. И столько же у французов. Но эпизодически число ученых увеличивалось в несколько раз. Особенно когда требовалось решать чрезвычайно сложные технические задачи. К примеру, в Киеве рождалась электронная пушка. Работал Институт имени Патона. Вокруг ракеты нужно было создать "плазменный зонтик" - ведь мы не могли заземлить установку обычными способами. Устройство для создания плазменного облака (роль земли и выполняла ионосфера) было разработано в Институте атомной энергии имени И. В. Курчатова. Таким образом, можно смело сказать, что в международном сотрудничестве принимают участие в той или иной форме очень многие научные учреждения страны.

Космос - это своеобразное зеркало того, что происходит на Земле. Нельзя успешно исследовать ближние и дальние миры без широкой кооперации ученых. Но размах международного сотрудничества в космосе был бы невозможен, если бы планета находилась в тисках "холодной войны". Совместные усилия стран социалистического содружества, Программа мира, Заключительный акт совещания в Хельсинки - вот те пусковые площадки, с которых стартуют в космос многие страны. И те, что уже по праву называются "космическими", и те, ученым которых еще предстоит пережить на космодроме неповторимые мгновения запуска...

Сотрудничество в космосе отражает смягчение международной обстановки, развитие кооперации как в общепланетном масштабе, так и на Европейском континенте. В 1975 году вершиной этого процесса стал полет кораблей "Союз" и "Аполлон" - не только уникальная демонстрация совместимости различных технологий, но и глубокий политический и социальный эксперимент. Он показал, что две великие державы могут и должны вместе работать во имя человечества. С точки зрения науки я вижу в полете "Союза" и "Аполлона" бесспорное достижение в том, что две космические системы, развивающиеся на протяжении многих лет параллельно, соединились. На следующем этапе сотрудничества важно использовать уже накопленный опыт "совместимости" двух космических идеологий.

Мы уже привыкли к кажущейся парадоксальности предмета исследований Земли из космоса. Теперь уже мало кого удивляет, что приборы, поднятые на околоземную орбиту, позволяют получить важные данные не только о состоянии атмосферы и поверхности Земли, но даже о ее недрах.

Способность исследовать явления, находясь на далеком расстоянии от изучаемого объекта, долгое время по необходимости была монополией астрономии. И астрономы развили мощные методы такого дистанционного исследования небесных тел по характеристикам их излучения: сначала видимого, затем радиоволнового и т. д.

Из земных наук первыми воспользовались дистанционными методами метеорологи. Космическая метеорология прочно стала неотъемлемым элементом службы погоды.

Практическую пользу космических исследований в должной мере оценили специалисты и многих других земных служб. Эффективно внедряется анализ космических снимков поверхности Земли в геологии. В частности, наблюдения из космоса позволили открыть целый ряд ранее неизвестных крупномасштабных геологических структур. Быстро растет интерес к использованию космических методов у исследователей Мирового океана, водных ресурсов. Ведется разработка методов исследования растительного покрова земной поверхности. В целом специалисты рассчитывают, что космическая техника может обеспечить в ближайшие годы создание своего рода глобальной космической автоматизированной системы учета и контроля природных ресурсов Земли. Какие же основы заложены в исследовании Земли из космоса, какие проблемы предстоит решить на пути к созданию такой системы?

В основу исследований Земли из космоса легли дистанционные методы измерения ее собственного и рассеянного электромагнитного излучений. Речь идет о широком диапазоне волн - от самых коротких, измеряемых тысячными долями миллиметра, до самых длинных, измеряемых километрами. Правда, при этом приходится учитывать степень прозрачности земной атмосферы для волн той или иной длины. Наибольшей из формативностью обладает видимый диапазон. Он к тому же имеет и самый широкий спектр излучений. Характер отраженной солнечной радиации в этом диапазоне очень чувствителен, например, к таким физико-химическим и биологическим параметрам земных образований, как содержание хлорофилла в зеленой массе, влажность и состав почв, соленость воды и ее загрязненность химическими веществами, степень волнения моря, концентрация в нем фитопланктона и т. д.

Области ближнего и особенно теплового инфракрасного излучения хорошо реагируют на температурные изменения природных образований. В частности, с помощью инфракрасных приборов можно обнаруживать участки растительности, пораженные заболеваниями, а следовательно, имеющие более высокую температуру, выявлять выходы геотермальных вод, глубинные разломы земной коры и многое другое. Важнейшее достоинство теплового инфракрасного диапазона - возможность "видения" как днем, так и ночью.

Радиоволны относятся к более низкочастотному диапазону электромагнитных колебаний и соответственно могут переносить меньшее количество информации, чем инфракрасные и световые волны. Зато они способны проникать сквозь большие толщи земных покровов и льда и очень чувствительны к геометрическим характеристикам поверхностей, а также к содержанию влаги в почве, степени ее засоленности. Наиболее полные данные могут быть получены, если комбинировать изображения и другую информацию, регистрируемую в разных диапазонах, как это имеет место, например, в астрофизике, при изучении Солнца.

Широкое распространение в исследованиях Земли из космоса в настоящее время получает оптический многозональный метод. Суть его - в измерении излучения обследуемых объектов одновременно в нескольких узких спектральных интервалах оптического диапазона. Метод основан на применении многообъективных синхронно работающих фотографических камер или оптикотелевизионных сканирующих систем.

Отснятые фотопленки доставляются на Землю и обрабатываются. Результаты измерений телевизионными системами записываются в цифровом виде и передаются по радиоканалу. На Земле они расшифровываются и также превращаются в серию черно-белых изображений поверхности для каждого из спектральных участков. Затем из этих фотографий, приписав каждому диапазону свой условный цвет, можно синтезировать цветные снимки. Они дают возможность определить по соотношению яркостей характеристики различных земных объектов и извлечь другую полезную информацию.

В нашей стране многозональная съемка в интересах исследования земных ресурсов впервые проводилась с борта кораблей "Союз-12" и "Союз-13". Эти эксперименты показали ее эффективность при изучении растительности и почв, картографировании шельфов, обнаружении загрязнений водоемов и т. п. В частности, по полученным с "Союза-12" снимкам северо-восточного побережья Каспийского моря уточнен рельеф и характер подводной растительности прибрежной и мелководной акватории, составлена карта засоленности почв в районе полуостровов Мангышлак и Бузачи. Там же выявлены структуры, перспективные на поиск нефти и газа.

В эксперименте "Радуга", который проводился на корабле "Союз-22", ставилась задача дальнейшего изучения и отработки методов исследования Земли из космоса с помощью многозональной кадровой фотоаппаратуры высокого разрешения. Таким образом, эксперимент "Радуга" - это еще одна новая ступень в изучении природных ресурсов Земли из космоса. Работа носит и практический характер. Отснято порядка 15 миллионов квадратных километров земной поверхности, то есть две трети территории нашей страны.

Следует подчеркнуть, однако, что появление многоспектрального метода совсем не означает, будто следует отказаться от съемок в какой-либо одной зоне спектра. Они, безусловно, эффективны при решении задач, которые основываются главным образом на геометрическом анализе изображений, например в топографии.

Сейчас, когда исследования Земли из космоса только начинают развиваться, очень важно не разбрасываться, а сконцентрировать внимание на каких-то определенных районах, выбрав их в качестве полигонов и на них отрабатывать методы интерпретации получаемых данных. Структурное изучение спектров таких заранее подобранных эталонных участков земной поверхности, сопоставление информации из космоса с результатами исследований, выполненных наземными партиями, даст возможность изучить спектральные характеристики многочисленных земных образований. И изменения этих характеристик под влиянием внешних факторов. Создание "библиотеки" спектральных признаков различных объектов и явлений на поверхности Земли и в ее атмосфере позволит обеспечить их автоматизированное обнаружение и четкий анализ по результатам космических съемок.

Для исследований, проводимых в разных географических районах и в интересах различных отраслей науки и практики, могут потребоваться неодинаковые области спектра, пространственные и энергетические разрешения. Возможно, в будущем будут создаваться специализированные съемочные приборы и спутники разного назначения - одни для геологии, другие для сельского хозяйства и т. п.

При радиотелевизионной передаче данных из космоса возникнут гигантские потоки информации. Отсюда необходимость создания высокоинформативных цифровых радиолиний и специализированных средств скоростной магнитной и фотографической регистрации передаваемых с космических аппаратов данных.

Стержневой проблемой стала обработка получаемой видеоинформации. Ведь ускорить здесь сроки - значит увеличить ее полезную отдачу. Для этого можно широко использовать современные средства автоматизации, в первую очередь вычислительную технику. Отсюда возникает необходимость специализации ЭВМ применительно к особенностям космической видеоинформации. Эта специализация затрагивает в основном внешние устройства машин. Их состав должен быть дополнен устройствами ввода-вывода изображений и средствами оперативной связи "человек - машина" типа дисплей.

Таким образом, исследования Земли из космоса представляют собой сложную комплексную научно-техническую проблему. Только совместными координированными усилиями многих научно-исследовательских институтов и конструкторских бюро можно выполнить задачу, поставленную XXV съездом партии: расширить исследования по применению космических средств при изучении природных ресурсов Земли, в интересах метеорологии, океанологии, навигации, связи и других нужд народного хозяйства.