Операция "Омега"

Операция 'Омега'

Электроземно-магнитные грезы А. И. Куприна. - Силовые "мосты" над планетой. - Магнитный меридиан Кергелен - Архангельская область. - Содружество советских и французских геофизиков. - Операция "Омега". - На что похож взлетающий аэростат?

В начале нынешнего века А. И. Куприн написал научно-фантастическую новеллу "Тост". О чем же повествует она?

"Электроземно-магнитной ассоциации" удалось использовать магнитную силу Земли. Неистощимая магнитная сила нашей планеты привела в движение фабрики, заводы, сельскохозяйственные машины, поезда и корабли. Она осветила все улицы, обогрела все дома. "Она сделала ненужным дальнейшее употребление каменного угля, залежи которого уже давно иссякли. Она стерла с лица земли безобразные дымовые трубы, отравляющие воздух. Она избавила цветы, травы и деревья - эту истинную радость земли - от грозившего им вымирания и истребления..." И на Северном полюсе, где прежде по полугоду царствовала полярная ночь, "благодаря действию особых конденсаторов" яркий солнечный свет весело заливал зелень растений...

Действительно, наша Земля - огромный магнит.

По представлениям ученых, магнетизм Земли порожден электрическими токами, текущими в ее жидком ядре. Напряженность геомагнитного поля уменьшается по мере удаления от поверхности планеты обратно пропорционально кубу расстояния до центра земного шара.

Геомагнитное поле спасает Землю от прямой солнечной радиации, губительно действующей на все живое: обладая колоссальной энергией, оно служит преградой на пути солнечного излучения, отклоняя потоки заряженных частиц.

Измерения, проведенные во время полетов искусственных спутников Земли, космических зондов и межпланетных станций, посланных человеком к Луне, Венере и Марсу, позволили нарисовать величественную картину обтекания магнитосферы нашей планеты потоками электромагнитного излучения Солнца, или, как еще говорят, солнечного ветра...

Земной поверхности беспрепятственно достигают лишь те частицы, которые обладают энергией свыше десяти миллиардов электрон-вольт. Частицы с меньшей энергией не могут пробиться к поверхности Земли. Отброшенные магнитосферой планеты, они либо продолжают свой бег в мировом пространстве, либо, захваченные геомагнитным полем, начинают двигаться вдоль его силовых линий.

Словно гигантские арочные мосты, вершины которых взмывают в космическую высь, незримо протягиваются геомагнитные силовые линии из одного полушария в другое.

На концах одной и той же силовой линии, в так называемых магнитно-сопряженных точках, где силовые линии опираются, или, как говорят геофизики, втыкаются в земную поверхность, нередко наблюдаются сходные электромагнитные процессы - если эти магнитно-сопряженные точки находятся примерно на одинаковой высоте над уровнем моря и на них не оказывают заметного воздействия какие-либо местные аномалии. Проводя синхронные наблюдения в магнитно-сопряженных точках, исследователи получают возможность как бы контролировать всю цепочку явлений, происходящих на одной силовой линии.

По образному выражению одного геофизика, Земля представляет собой пульт, подключенный посредством силовых линий геомагнитного поля к самым различным, в том числе и самым удаленным участкам магнитосферы.

Космические частицы, захваченные геомагнитным полем, начинают перемещаться - по спирали - вдоль той или иной силовой линии, стремительно - со скоростью, близкой к световой, - приближаясь к Земле. Однако, дойдя до такой области геомагнитного поля, где все возрастающее напряжение оказывается для них критическим, "плененные" частицы отражаются, словно солнечный луч от зеркала, и начинают обратное движение вдоль силовой линии из одного земного полушария в другое, где, попадая в такие же условия, снова отражаются - и так до бесконечности.

Иными словами, геомагнитное поле образует для заряженных частиц с малой энергией своеобразную ловушку. Попав в нее, они начинают бесконечное число раз перемещаться по замкнутым траекториям. Вследствие этого даже при очень небольшом количестве частиц, оказавшихся в такой ловушке, внутри нее создается высокая плотность излучения, обладающего большой энергией.

Наблюдения в магнитно-сопряженных точках проливают свет на природу многих видов электромагнитных колебаний напряженности магнитного поля Земли и взаимодействие между потоками солнечной плазмы и земной магнитосферой. Они позволяют глубже понять механизм явлений, разыгрывающихся на самом Солнце, которые приводят к изменению интенсивности электромагнитного излучения, помогают исследовать свойства этого излучения и явления, протекающие в ионосфере при бомбардировке ее заряженными частицами.

Всесторонние сведения об электромагнитных условиях и проникающей радиации в ближнем космосе необходимы космонавтам, отправляющимся на Луну, и экипажам орбитальных обсерваторий - от этой информации зависит их безопасность. Без таких сведений не обеспечить бесперебойной дальней радиосвязи и надежной навигации, не добиться точных прогнозов погоды. Поэтому, по мнению ученых, уже сегодня наряду с обычной метеорологической службой должна быть организована и космическая служба погоды.

Силовых линий и соответствующих им магнитно-сопряженных точек в природе великое множество. Однако лишь немногие из них ученые могут выбрать для своих наблюдений. Наиболее интересны те, концы которых втыкаются в высоких широтах, вблизи зоны полярных сияний. Здесь сильные магнитные бури, периодически возникающие при вторжении в магнитосферу Земли мощных потоков солнечной плазмы, наблюдаются довольно часто по сравнению со средними или низкими широтами и вместе с тем реже, чем непосредственно в зоне полярных сияний, где порой почти невозможно разобраться в общей картине явлений.

Кроме того, нужно, чтобы оба конца силовых линий не только имели примерно одинаковую напряженность, но еще и находились на суше, в такой местности, где можно было бы устроить наземный пункт наблюдений.

Одна из таких подходящих во всех отношениях пар областей принадлежит Франции - остров Кергелен в Индийском океане и Советскому Союзу - Архангельская область. Силовые линии, выходящие вблизи научной базы Порт-Франсе на Кергелене, взвившись высоко над Землей, через много тысяч километров втыкаются в северном полушарии вблизи деревни Согра.

Впервые идею использовать этот уникальный магнитный меридиан для изучения наземными средствами и методами процессов, происходящих в околоземном космосе, выдвинули французские ученые. Исследования на Кергелене и в Архангельской области были начаты в 1961 году учеными Полярного геофизического института Кольского филиала АН СССР совместно с Институтом физики Земли АН СССР и Службой аэрономии Национального центра научных исследований Франции. С развитием научного сотрудничества между нашими странами эти исследования все более усложнялись и углублялись, расширялась сеть наземных пунктов наблюдений. (Советским геофизикам удалось, в частности, уточнить размеры и конфигурацию области, магнитно-сопряженной с островом Кергелен.)

Со временем ученых уже перестали удовлетворять лишь наземные методы исследований, и в 1968 году в небесную высь над Кергеленом впервые поднялись три геофизические ракеты с необходимой аппаратурой. Однако ракеты, собирающие информацию в течение каких-то коротких минут, далеко не во всем устраивали ученых.

Остров Кергелен. Геофизики

Как это ни странно покажется на первый взгляд, и ракетам, и даже спутникам Земли исследователи магнитосферы во многих случаях предпочитали аэростаты.

Воздушные шары, плавающие в атмосфере, вращаются вместе с Землей. Поэтому, по сравнению со спутниками, аэростаты могут обозреть значительно большую часть магнитосферы, пространственно неподвижной по отношению к Солнцу: то пространство, в котором они дрейфуют целыми часами, спутник пересекает за несколько минут. Кроме того, непрерывно получая информацию почти из одного и того же географического района в течение достаточно длительного времени, аэростаты передают на землю сообщения о том, какие временные изменения претерпевают потоки электромагнитного излучения светила в данном районе.

Исследования магнитосферы с помощью высотных дрейфующих аэростатов получили название операция "Омега".

Первые наблюдения на магнитном меридиане с борта аэростатов, в дополнение к наземным, ракетным и спутниковым исследованиям, были проведены в марте 1968 года. Затем их повторили в обеих сопряженных областях в марте - апреле 1969 и 1970 годов.

Синхронные запуски аэростатов с гигантскими оболочками из легчайших синтетических пленок оказались нелегким делом.

Аэростаты запускались одновременно под Архангельском и на Кергелене. Прежде всего надо выждать такой момент, чтобы и здесь, и там была подходящая для запусков метеорологическая обстановка. Безупречно, слаженно и синхронно должна действовать аппаратура - поднятая в стратосферу и наземная.

Огромная работа была проделана еще до непосредственных запусков. Надо было развернуть сеть телеметрических и радиолокационных станций: координаты дрейфующих аэростатов должны определяться чрезвычайно точно. И, кроме того, надо было наладить постоянную прямую связь между Кергеленом и Архангельской областью.

В организации и проведении исследований по программе "Омега" приняли участие специалисты Полярного геофизического института, Института физики Земли, Института земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн АН СССР, Московского и Ленинградского государственных университетов, Тулузского центра исследований космических излучений, Центра высотных аэростатов в Эрсюр-Адуре, Национального центра исследований телекоммуникаций, Парижского института физики Земли, Аэрофизического института, Медонской астрофизической обсерватории и ряда других советских и французских научно-исследовательских организаций.

Панорама Эрсюр-Адура

При этом и на Кергелене, и под Архангельском использовались как советские, так и французские научное оборудование и аэростаты с синтетическими оболочками объемом до 130000 кубических метров.

Наиболее широкую известность в нашей стране получили - будем справедливы, не без помощи группы журналистов, энтузиастов-популяризаторов передовых научно-технических идей, - аэростатные исследования, проведенные вблизи Архангельска. Зимой 1970 года сюда прибыла группа французских исследователей во главе с профессором Фрэнсисом Камбу, известным специалистом в области исследования космических излучений. Здесь их тепло встретили руководитель объединенной советско-французской научной экспедиции в Архангельской области Ю. М. Копылов и другие советские ученые.

Устаревший, казалось бы, летательный аппарат благодаря новейшим достижениям в приборостроении и радиоэлектронике стал незаменим в наших исследованиях, - говорит Юрий Михайлович. - Техника старта в настоящее время настолько хорошо отработана, что даже небольшая группа людей в состоянии подготовить и осуществить запуск гигантского аэростата. Мне неоднократно приходилось присутствовать при таких запусках. И каждый раз это зрелище потрясает... Серебристое тело растет и наконец, медленно отрывается от земли, вытягивается, словно обретший силу Илья Муромец, во весь рост, достигая высоты пятнадцатиэтажного дома..."

В кабинете у него стоит телетайп для связи с островом Кергелен. Всего четверть часа требуется для того, чтобы послать туда телеграмму и получить ответ. Часто здесь, как в штабе, встречаются участники интернациональной экспедиции, чтобы обсудить текущие вопросы, план работы на завтра, а то заходят и просто для того, чтобы поговорить и выпить чашечку кофе.

Один из обычных запусков.

Вначале ученым не повезло: из Арктики налетел циклон и, как говорится, спутал все карты. По свидетельству синоптиков, в здешних краях не помнят столь сильного и грозного разгула стихии, и о запуске аэростатов пока не может быть и речи: шторм уничтожил бы их оболочку прежде, чем они наполнятся газом.

Но вот небо прояснилось, ветер спал. Можно начинать. Готовы к подъему и на Кергелене.

Итак, мы на магнитном меридиане. Сейчас здесь идут последние приготовления к старту. Сегодня будет запущен французский аэростат, и потому место самого главного человека на старте занял Арман Субрие, один из руководителей Центра высотных аэростатов Франции, - рассказывает в своем репортаже с места событий корреспондент "Комсомольской правды" Леонид Репин. - Субрие очень подвижен и успевает буквально всюду. Он помогает сгружать с машины стартовую установку, следит, достаточно ли аккуратно распаковывают оболочку, не изменилось ли направление ветра, правильно ли крепят к аэростату приборы. Мороз, но, видно, Субрие сделалось жарко: он сбрасывает ушанку.

Окинув стартовую площадку внимательным взглядом, Субрие отдает команду: Приготовиться к наполнению!" Другая команда: Дать газ!"

Сильное шипение - и полиэтиленовый рукав, который тянется от баллонов с газом к оболочке, вдруг резко вздувается, словно гигантская вена. Оболочка вздрогнула и начала полнеть на глазах. Вскоре она приняла расчетный объем газа. Пока он заполняет только часть оболочки. И лишь поднявшись в верхние слои атмосферы, туда, где давление воздуха всего три - пять тысячных от давления здесь, на поверхности, газ расширится и займет весь объем оболочки. И тогда этот огромный гриб на тонкой ножке превратится в гигантский сверкающий шар.

- Старт!

Движение рукоятки на стартовой установке - и аэростат стремительным скачком вознесся к небу.

На что он похож, взлетающий аэростат? На елочную игрушку из тонкого, полупрозрачного стекла, нестерпимо блестящую в свете дня? Или на гигантского змея из сказки - с большой головой, с извивающимся хвостом - этак с четверть километра длиной?..

Я взглянул на Субрие. Закрыв глаза от солнца ладонью, он смотрел вслед этому змею.

Он стоял так очень долго. Много лет он запускает аэростаты, но, похоже, старт до сих пор волнует его".

Вслед за первым аэростатом над архангельской тайгой взлетает еще целая эскадра автоматических стратостатов, оснащенных новейшей электронной аппаратурой для сбора и трансляции научных данных и управления полетом.

Всего по плану "Омега" под Архангельском было запущено на высоту до 42000 метров десять советских и двадцать семь французских высотных аэростатов, несущих на борту научную аппаратуру весом от 30 до 100 килограммов.

Исследования по программе "Омега" дали интересные и важные результаты. Так, удалось выяснить общую картину развития магнитных бурь. 6-9 марта 1970 года разыгралась магнитная буря, самая мощная за текущий одиннадцатилетний цикл солнечной активности. При подъеме аэростатов в эти дни были получены новые данные о динамике и сопряженности потоков электромагнитного излучения с энергией 15-150 кило-электрон-вольт, обнаружены и изучены короткие вспышки так называемого тормозного рентгеновского излучения в приполуночное время и в ранние утренние часы вблизи зоны полярных сияний.

Во время последней стадии операции "Омега" в январе - феврале 1971 года были организованы наземные и аэростатные наблюдения уже в двух парах магнитно-сопряженных областей: Карпогоры, Согра под Архангельском - остров Кергелен и Мезень, Долгощелье той же Архангельской области - остров Херд в южной части Индийского океана. При этом было получено много новой информации, расширяющей наши знания об электромагнитных явлениях, подтверждающей и уточняющей результаты предыдущих исследований с использованием дрейфующих научных станций в магнитно-сопряженных областях.

Запуски автоматических стратостатов в Заполярье были продолжены зимой 1973-74 года. Кроме советских и французских геофизиков, в исследованиях приняли участие шведские ученые. На этот раз стартовая площадка расположилась возле городка Кируна в Швеции.

Цель этого интернационального эксперимента, как и предыдущих исследований по программе "Омега", говорил его научный руководитель Игорь Алексеевич Жулин накануне отъезда в Скандинавию, - полнее представить физическую картину околоземного космического пространства в те периоды, когда из космоса в полярные широты вторгаются массы заряженных частиц. В такое время над Арктикой полыхают полярные сияния, нарушается радиосвязь, возмущаются электрическое и магнитное поля.

Почему для полетов выбраны зимние месяцы? В это время на севере господствуют устойчивые западные ветры. Друг за другом, с интервалом в несколько часов, в небо взвивается целая серия аэростатов. Подхваченные воздушными течениями, они, словно гребенкой, пройдутся в высоких широтах, исследуя возмущения сразу по всему фронту их дрейфа. Поднявшись в Кируне, летающие лаборатории пересекут границы Швеции, Финляндии, Советского Союза и примерно через двое суток достигнут северных отрогов Уральского хребта. Длина этой трассы равна почти 2000 километров.

Геофизические исследования с помощью воздушных шаров, о которых рассказывает Жулин, к удовольствию ученых, прошли без особых помех и осложнений.

Подобные аэростатные исследования электромагнитных возмущений в стратосфере и околоземном космическом пространстве в разное время проводились также учеными США, Канады, Норвегии.