Ультрафиолетовый дозор

О некоторых результатах экспериментальных исследований на Международной космической станции (МКС) рассказывает кандидат технических наук, старший член Американского института аэронавтики и астронавтики (АIАА), начальник отдела оптико-физических исследований ЦНИИ машиностроения Юрий Пластинин.

– Юрий Александрович, в ряде публикаций об экспериментах на МКС упоминались исследования в ультрафиолетовой (УФ) области спектра. Однако самое интересное, как правило, в подробностях…

– Как я понимаю, вас интересует космический эксперимент «Релаксация». Он имеет свою историю. В конце 1993 года на станцию «Мир» была доставлена уникальная высокочувствительная аппаратура, с помощью которой можно было проводить регистрацию явлений в верхних слоях атмосферы и на поверхности Земли в УФ-области.

Дело в том, что участок вакуумного ультрафиолета 100–200 нанометров – область спектра, которая полностью поглощается молекулярным кислородом атмосферы и не проходит ниже 60 километров к поверхности Земли. А ультрафиолетовое излучение в диапазоне 200–400 нанометров (или от 0,2 до 0,4 микрона) опускается до озонного слоя (высота от 15 до 25 километров), который защищает все сущее на Земле от губительного воздействия УФ-лучей. Правда, ультрафиолет в области 300–400 нанометров полезен, так как способствует синтезу углеводородов.

– Исследования по «Релаксации» охватывают именно диапазон 200–400 наномеров?

– Да, и основная цель эксперимента – освоить этот диапазон для мониторинга верхней атмосферы и самой Земли.

Первое, с чем мы столкнулись, – в отличие от видимого и инфракрасного (ИК) диапазона – в УФ-области очень низка интенсивность излучения. Пришлось создавать прибор, который в основе содержал усилитель яркости изображения. Эти усилители яркости позволяют получать изображение с хорошим разрешением, при этом можно увеличить яркость от 103 до 108 раз, то есть фактически дойти до физического предела, когда с квадратного сантиметра регистрируемого объекта излучается всего несколько фотонов.

Прибор, разработанный в ЦНИИмаше при содействии Физического института РАН с использованием исключительно отечественной технологии, позволяет в режиме онлайн получать изображения в космосе. Технология была отработана еще на орбитальной станции «Мир», а с 2002 года уже новый прибор работает на МКС. Космонавты проходят у нас тренировку на специальном стенде. Аппаратура тщательно калибровалась на стенде, а затем по естественным источникам – Луне и звездам.

– По каким направлениям проводятся ваши эксперименты на МКС?

– Очень важное направление – исследование взаимодействия выхлопов разных двигателей с верхней атмосферой Земли (высота 300–400 километров), в частности, транспортных кораблей «Прогресс» и «Союз». По некоторым оценкам, один двигатель разгонного блока выбрасывает столько вещества, сколько его находится на всей геостационарной орбите.

Другое направление связано с наблюдением объектов и их фрагментов, которые опускаются на Землю из верхних слоев атмосферы. Оказалось, что УФ-диапазон эффективен для наблюдения глобальных оптических явлений, возникающих при спуске. Ультрафиолет (а в нем все эти явления хорошо наблюдаются) реагирует на сильное излучение от ударных слоев, которые определяются скоростью и размером космического аппарата или входящего осколка.

Интересно сопоставить наблюдения входа в атмосферу планеты и фрагментации космических аппаратов, проводимые в УФ и видимой областях спектра. Видимая область дает эффектную картину – огромная полоса пламени от горящего металла, остатков топлива, но сами фрагменты практически не видны. А в УФ-диапазоне пламя не видно, зато четко выделяются твердые объекты, которые могут упасть на землю. Например, недавно мы по просьбе Европейского космического агентства исследовали вход в атмосферу европейского грузовика АТV. Объемы информации огромные – за один эксперимент по входу накапливается около 5 гигабайт.

– А есть направление, связанное с дистанционным зондированием Земли?

– Сейчас в области дистанционного зондирования Земли и атмосферы очень важен переход к аппаратуре нового поколения, с помощью которой можно осуществлять гиперспектральный мониторинг. Этот метод отличается от существующего, что использует не 10–15, а сотни спектральных интервалов. То есть можно получить изображение на любой длине волны. Понятно, что чем лучше разрешение, тем больше информации. А сейчас требуется подробная информация не только о Земле, но и об атмосфере, поскольку мы смотрим на Землю из космоса через атмосферу – своеобразный фильтр.