Спутники SWARM займутся изучением земного ядра

Три европейских научных спутника проекта SWARM были успешно запущены с российского космодрома Плесецк 22 ноября 2013 года конверсионной ракетой-носителем «Рокот», оснащенной разгонным блоком «Бриз-КМ». Основной задачей флотилии из 3-х спутников станет измерение параметров магнитного поля нашей планеты. Цель: лучше понять, как это поле рождается в недрах Земли. Проект Европейского космического агентства (ЕКА) SWARM (в переводе с английского «рой») включает в свой состав 3 одинаковых космических спутника, каждый из которых несет на своем борту полезную нагрузку в виде 7 инструментов (служебных и научных).

Стоит отметить, что запуск 22 ноября — это уже 3-й пуск ракеты-носителя «Рокот», который осуществляют воздушно-космические войска России с космодрома «Плесецк». Первоначально планировалось, что запуск спутников будет осуществлен еще в 2012 году, однако в самый последний момент ЕКА перенесло запуск спутников на ноябрь 2013 года. Руководством запуска командовал генерал-майор ВКО Александр Головко. Спустя всего 1,5 часа полета европейские космические спутники были выведены на заданную околоземную орбиту, на которой они будут осуществлять свою работу.

Стоит отметить, что ракета-носитель «Рокот» относится к легкому классу и была построена на базе межконтинентальной баллистической ракеты РС-18. В настоящее время данная МБР проходит процедуру снятия с вооружения российской армии. Сами же спутники SWARM относятся к проекту «Живая планета», который направлен на исследование Земли. Данные спутники на орбите присоединятся к уже работающим здесь космическим аппаратам SMOC, GOCE и другим спутникам, которые заняты изучением океанов, морского льда и гравитации Земли. Сами космические зонды Swarm предназначены для проведения исследований по изучению магнитного поля планеты.

<!-- TBegin --> <!-- TEnd -->

В течение субботы и воскресенья специалисты Европейского космического агентства осуществляли многочисленные тесты установленного на спутниках бортового оборудования и убедились в том, что оно функционирует так, как это было запланировано. После этого спутники благополучно развернули специальные металлические штанги, на которых установлены датчики магнитометров. Данные, которые были получены специалистами ЕКА, продемонстрировали, что полученное соотношение сигнал-шум даже лучше, чем предполагалось ранее. В настоящее время космическая миссия вошла в стадию подготовки аппаратов к штатной работе, эта фаза продлится 3 месяца.

Глобальная задача, которая стоит перед данной группой космических аппаратов, — это исследование изменений параметров магнитного поля планеты, а также ее плазменного окружения и соотношение данных показателей с изменением земного ландшафта. Цель проекта — разобраться в том, как именно устроена «машина» генерации магнитного поля нашей планеты. Сегодня ученые предполагают, что оно появляется за счет конвективных потоков вещества в жидком внешнем ядре Земли. Помимо этого, на него может оказывать влияние состав коры и мантии планеты, ионосфера, магнитосфера и океанические течения.

Интерес к изучению магнитного поля Земли нельзя назвать праздным. Помимо того, что магнитное поле нашей планеты ориентирует стрелку компаса, оно также защищает всех нас от потока заряженных частиц, которые несутся к нам от Солнца — так называемого солнечного ветра. В том случае, если геомагнитное поле Земли испытывает возмущения, на планете происходят геомагнитные бури, которые часто ставят под угрозу космические аппараты и многие технологические системы на планете. Создатели данной миссии надеются установить, что в настоящее время происходит с магнитным полем Земли, величина которого с 1840 года уменьшилась на 10-15%, а также установить, стоит ли нам ожидать, к примеру, смены полюсов.

<!-- TBegin --> <!-- TEnd -->

Главным научным оборудованием на борту аппаратов SWARM специалисты называют магнитометр, предназначенный для измерения направления и амплитуды магнитного поля (его вектора, отсюда и название прибора — Vector Field Magnetometer). Помогать ему снимать показания должен 2-й магнитометр, предназначенный для измерения величины магнитного поля (но не его направления) — Absolute Scalar Magnetometer. Оба магнитометра размещены на специальной достаточно длинной выносной штанге, которая по своей длине составляет большую часть спутника (примерно 4 метра из 9).

Также на спутниках имеется прибор, предназначенный для измерения электрических полей (называется Electric Field Instrument). Он будет заниматься регистрацией параметров околоземной плазмы: дрейф, скорость заряженных частиц вблизи планеты, плотность. Помимо этого, КА снабжены акселерометрами, предназначенными для измерения ускорений, не связанных с притяжением нашей планеты. Получение этих данных имеет важное значение для оценки плотности атмосферы на высоте работы спутников (около 300-500 км) и получения представления о господствующих там движениях. Также на аппаратах будет установлен GPS-приемник и лазерный отражатель, которые должны обеспечить высочайшую точность определения координат спутников. Точность измерений является одним из ключевых понятий при проведении всех современных научных экспериментов, когда речь идет уже не о том, чтобы открыть что-то на самом деле новое, но буквально «по кирпичикам» постараться разобрать известные физические механизмы окружающих людей явлений.

Стоит отметить, что магнитосфера Земли не только довольно сложна, но и изменчива в пространстве и времени. Поэтому достаточно быстро после начала космической эры в истории человечества ученые приступили к проведению многоспутниковых экспериментов, направленных на изучение околоземного пространства. Если у нас имеется ряд одинаковых инструментов в различных точках, то по их показаниям можно довольно точно понять, что именно происходит в магнитосфере нашей планеты, что влияет на нее «снизу» и как магнитосфера реагирует на возмущения, которые происходят на Солнце.

<!-- TBegin --> <!-- TEnd -->

С гордостью можно говорить о том, что «пионером» данных исследований являлся международный проект ИНТЕРБОЛ, подготовкой которого в начале 1990-х годов занималась Россия, проект проработал до начала 2000-х годов. Затем в 2000 году европейцами был осуществлен запуск 4 спутников системы Cluster, которые до сих пор трудятся в космосе. Продолжение магнитосферных исследований в нашей стране также связывают с реализацией многоспутниковых проектов. Первым из них должен стать проект «Резонанс», который включает в себя сразу 4 космических аппарата. Их планируется запускать в космос парами и использовать для изучения внутренней магнитосферы Земли.

Стоит отметить, что все эти проекты довольно сильно отличаются. Запущенный «рой» будет работать на низкой околоземной орбите. В первую очередь проект SWARM направлен на изучение того, как именно происходит генерация магнитного поля Земли. Космические аппараты Cluster находятся в настоящее время на эллиптической полярной орбите, высота которой изменяется от 19 до 119 тыс. км. В то же время рабочая орбита российских спутников «Резонанс» (от 500 до 27 тыс. км.) была подобрана таким образом, чтобы располагаться в определенной области, которая вращается вместе с нашей планетой. При этом каждый из этих проектов принесет человечеству частичку новых знаний, которые помогут нам лучше понять, что происходит с Землей.

Большинство из нас имеет о магнитном поле Земли весьма отдаленное представление, помня что-то из того, что нам преподавали в рамках школьной программы. Однако роль, которую играет магнитное поле, гораздо шире, чем обычное отклонение стрелки компаса. Магнитное поле защищает нашу планету от космических лучей, оно сохраняет в целостности земную атмосферу, держа на дистанции солнечные ветры и позволяя нашей планете не повторить судьбу Марса.

<!-- TBegin --> <!-- TEnd -->

Магнитное поле нашей планеты — это гораздо более сложное образование, нежели это показывается в школьных учебниках, в которых оно схематически изображается как Земля с «воткнутым» в нее стрежневым магнитом. На самом деле земное магнитное поле довольно динамично, а главную роль в его формировании играет вращение расплавленного ядра Земли, которое выступает в роли огромной динамо-машины. При этом динамика изменения магнитного поля представляет сегодня не только академический интерес. Нарушения геомагнитной среды чреваты для простых людей нарушениями в работе систем навигации и связи, отказом энергосистем и вычислительных систем, изменением процессов миграции животных. Помимо этого, изучение магнитного поля позволит ученым лучше разобраться во внутреннем строении планеты и природных тайнах, о которых сегодня мы знаем не так много.

Группа спутников SWARM была создана именно для этих целей. Их проектирование и процесс сборки осуществлялись довольно известной европейской аэрокосмической компанией Astrium. При создании данных спутников инженеры смогли воплотить весь более чем 30-летний опыт по исследованию магнитных полей в открытом космосе, который удалось накопить компании Astrium во время реализации многочисленных космических программа, к примеру, проектов Champ и Cryosat.

3 спутника программы SWARM полностью выполнены из немагнитных материалов, поэтому они не обладают собственным магнитным полем, которое могло бы внести искажения в ход проводимых измерений. Спутники будут запущены на две полярные орбиты. Два из них буду летать бок о бок друг с другом на высоте 450 км, а третий будет находиться на орбите 520 км. Совместными усилиями они смогут осуществить самые точные и тщательные измерения магнитного поля Земли за время исследований, что позволит ученым составить точную карту геомагнитного поля и раскрыть его динамику.