Холодний космос

У листопаді минулого року за полярне коло в Ненецький автономний округ вирушила незвичайна експедиція. Вчених, які їдуть в Арктику, зазвичай цікавить те, що під ногами: вічна мерзлота і льоди, рослини і тварини — але в цей раз було потрібно арктичне небо. З собою вони везли невеликий мобільний телескоп; завдання експедиції полягала в тому, щоб перевірити можливість спостереження за космічними об’єктами з Арктики. Якщо перші експерименти виправдають надії, в найближчі роки за полярним колом запрацює ціла мережа абсолютно автономних телескопів, які будуть спостерігати за об’єктами на навколоземній орбіті — супутниками, які з території Росії можна побачити тільки з високих широт.

Анастасія Шартогашева

За Арктику в Росії в останні роки взялися всерйоз: на території одного з кращих вузів країни, в підмосковному Долгопрудном, для «полярників» навіть збудували новий корпус, де розмістилися лабораторії, досліджують льодову обстановку, стан Північного льодовитого океану і космічний простір над північними широтами. У корпусі «Фізтех. Арктика» Олександр Родін, керівник лабораторії інфрачервоної спектроскопії МФТІ, розповів «ПМ» про проект створення мережі арктичних телескопів.

Вид з півночі

Розміщувати чутливу оптику в Заполяр’ї — ідея нова і на перший погляд дивна: там немає гір (а телескопи, як правило, встановлюють на великій висоті) і погода майже завжди погана. Насправді деякі переваги у Арктики є: по‑перше, вона велика, і якщо постаратися, можна знайти місце, де буває досить багато ясних днів. По‑друге, області над полюсами досі погано вивчено, і будь-які дані про них дуже цінні, зокрема, дані про склад і поведінці атмосфери. Наземні телескопи, розташованих в інших частинах земної кулі, для спостереження Арктики марні, і навіть для супутників простір над Північним полюсом часто залишається сліпою плямою.

Проект, над яким працюють зараз Олександр Родін і його колеги, створюється для спостереження за об’єктами на орбіті — супутниками чинними і майбутніми та космічним сміттям. У майбутньому він може стати частиною великої системи моніторингу космічного простору. Подібні системи створювалися в епоху холодної війни, в першу чергу для захисту від ракетного удару. Сьогодні моніторинг космічного простору — завдання, важлива для мирного освоєння космосу: від інформації про те, що відбувається на орбіті, залежить безпека супутників зв’язку, наукових апаратів і пілотованих космічних кораблів.

«Сучасний телескоп — це не тільки і не стільки оптика, скільки складна автоматика і потужний обчислювальний центр. В Лабораторії космічної інформатики ми займаємося обробкою інформації, зібраної приладами. даних у нас, загалом, небагато: оптичний телескоп бачить тільки блик — відбите світло від супутника Сонця, і для цих відблисків ми можемо виміряти лише кути і кутові швидкості руху. Щоб, володіючи цими даними, точно визначити параметри орбіти, потрібні дуже точні вимірювання і дуже точна математика. Ми шукаємо способи посилити слабкі сигнали, обчислити орбіту як можна точніше, а головне — скоротити час обробки інформації; тільки тоді наші дані можна буде використовувати для поповнення каталогів космічних об’єктів, необхідних для забезпечення національних інтересів РФ», — Дмитро Дмитрович Ступін, завідувач лабораторії космічної інформатики МФТІ.

По мірі заповнення навколоземного простору супутниками і космічним сміттям (відпрацювали свій термін апаратами і їх фрагментами) відстежувати ситуацію стає дедалі складніше. «Космічний трафік сьогодні регулюється приблизно так само, як дорожній рух на початку XX століття, коли на площі великих міст можна було зустріти і кінь, і конку, і автомобіль, і всі вони самостійно прокладали собі шлях, — пояснює Родін. — З часом ми виробили правила, поставили регулювальників, а зараз поступово відмовляємося і від них, довіряючи спостереження автоматиці. У космосі нам належить зробити те ж саме».Технологія спостереження, яку збираються застосувати в Арктиці, не нова: це звичайні оптичні телескопи, правда захищені від арктичної погоди — сильного вітру і дрібної крижаної крихти, круглий рік літаючій над тундрою навіть в самі ясні дні. Головне завдання вчених — навчитися швидко обробляти зібрану телескопами інформацію. Над алгоритмами обробки, в тому числі елементами штучного інтелекту, працюють співробітники Лабораторії космічної інформатики МФТІ.

Цікаве в мережі

Полюс розуміння

Але крім вирішення прикладної задачі моніторингу супутників і космічного сміття мережа арктичних телескопів дозволить відповісти на важливі наукові питання. «Раніше я вивчав атмосфери інших планет — Марса і Венери, брав участь у розробці апаратури для міжпланетних місій ExoMars, Mars Express і Venera Express, — розповідає Родін. — Коли займаєшся кліматом якої-небудь планети, починаєш розуміти, що його неможливо по‑справжньому зрозуміти, не вивчивши ситуацію в її полярних областях. І з Землею все йде точно так само: Арктика — це ключовий регіон для розуміння земного клімату». Так, відомо, що Арктика стрімко теплішає — набагато швидше, ніж Земля в цілому, і швидше, ніж Антарктида. Але даних про динаміку концентрації парникових газів над Північним льодовитим океаном у кліматологів немає. Сьогодні всього два супутники вимірюють концентрацію вуглекислого газу в атмосфері — японський GOSAT і американський OCO, і жоден з них не спостерігає високі широти, тому будь-які дані — в тому числі і зібрані наземним обладнанням в Заполяр’ї — будуть представляти величезну цінність.

Щоб зробити телескоп повністю самостійним, інженер проекту Ігор Наливних збирає для нього кастомні прилади. Так, вже в цьому році буде випробуваний датчик хмарності; як тільки він дасть сигнал «ясне небо», дах над телескопом автоматично відкриється, і спостереження почнуться. При високій хмарності дах буде закрита, щоб захистити телескоп від снігу і вітру і продовжити термін його служби.

Наступна експедиція МФТІ відбудеться влітку 2019 року: планується, що в неї відправиться не тільки телескоп, але і прилад, зібраний в лабораторії прикладної інфрачервоної спектроскопії, — він збере дані про концентрації парникових газів, а також про швидкості і напрямку вітру в стратосфері. Під час літньої експедиції вчені повинні вибрати майданчики для розміщення майбутніх телескопів — поки мова йде про три, але можливо, що їх стане більше. Після того як телескопи привезуть і встановлять, люди підуть: все управління доручать автоматиці, а дані будуть відправляти відразу в Москву за вже випробуваним каналу супутникового зв’язку.

Ігор Наливних Посада: науковий співробітник лабораторії космічної інформатики МФТІ. Завдання: створення цифрових радіоелектронних приладів і пристроїв для майбутніх роботизованих комплексів телескопів. Освіта: випускник Ярославського вищого зенітно-ракетного училища протиповітряної оборони, інженер.

Стаття «Холодний космос» опублікована в журналі «Популярна механіка»
(№5, Травень 2019).