Запуск первого искусственного спутника Земли (ИСЗ) 4
октября 1957 года ознаменовал начало космической эры, благами которой мы
сегодня пользуемся – от спутниковой связи и навигации до изучения Вселенной
уникальными космическими телескопами. Это был не только исторический
технологический прорыв в космос, но и начало фундаментальных научных
космических исследований: с использованием радиомаяка первого ИСЗ Земли был
осуществлен первый в мире научный космический эксперимент – были выполнены исследования
внешних слоев ионосферы и впервые получены уникальные сведения об их строении.
В 1957 стартовал Международный геофизический год
(МГГ). К нему готовились все страны мира – создавались обсерватории, шло
оснащение их приборами, разрабатывались планы совместных международных
наблюдений и т.д. Под руководством основоположника практической космонавтики
Сергея Павловича Королева создавался специальный научный спутник с набором
приборов, который должен был стать первым ИСЗ и важной составляющей советской программы
участия в МГГ. Но эти планы пришлось корректировать.
Начальник отдела длинных радиоволн ИЗМИРАН Яков
Львович Альперт в своей книге (Yakov Alpert. Making waves: stories from my
life. Yale University Press. New Haven & London. 2000) вспоминает, что, получив
информацию о планах американцев по запуску их спутника, С.П. Королев отложил
изготовление большого спутника и сделал ПС-1 («Простейший Спутник – 1») с
единственным прибором на борту – радиомаяком на частоте 20 МГц.
После запуска нашего спутника, как вспоминает Я.Л.
Альперт, появились американские комментарии о том, что русские запустили
«булыжник», лишь бы стать первыми. Но эти комментарии были парированы
научной программой, реализованной под руководством Я.Л. Альперта по инициативе
президента Академии наук СССР Мстислава Всеволодовича Келдыша, с которой к Я.Л.
Альперту обратился вице-президент АН СССР Владимир Александрович Котельников.
В эксперименте использовался эффект задержки,
возникающей между оптическим и радиосигналом при уходе спутника за горизонт или
при его выходе из-за горизонта по причине рефракции радиоволн в ионосфере.
Когда спутник уходил за горизонт и его уже не было видно (свет распространяется
в атмосфере практически по прямой), сигнал его радиомаяка некоторое время
продолжал приниматься, так как траектория радиолучей от спутника в ионосфере
искривлена (см рис.1 , левая часть). При выходе спутника из-за горизонта
соответственно радиосигнал появлялся раньше, чем спутник становился виден в
оптике (см рис.1, правая часть). Таким образом, радиовосход и радиозаход
спутника возникали соответственно раньше и позже оптического восхода и захода
спутника за горизонт.
Рис. 1. Наблюдение радиовосхода и радиозахода
первого ИСЗ, которые возникали соответственно раньше и позже оптического
восхода и захода спутника за горизонт из-за эффекта рефракции радиоволн в
ионосфере.
Используя временную задержку между оптическим и
радиосигналом и теорию распространения радиоволн в ионосферной плазме,
коллективом ученых под руководством Я.Л. Альперта были получены научные
результаты по структуре ионосферы – сглаженное распределение электронной
концентрации по высоте выше главного максимума ионосферы (УФН, т.65, вып. 2,
с.161-174, 1958. ДАН 120, 1958). Такое распределение было получено впервые, и
оно показало, что электронная концентрация выше главного максимума ионосферы не
падает с высотой резко до нуля, как предполагалось до этого, а уменьшается
плавно.
Этот метод спутниковых радиозатменных и
радиомаяковых исследований ионосферы впоследствии был экспериментально и
теоретически развит в ИЗМИРАН под руководством Я.Л. Альперта и нашел важнейшее
практическое применение при разработке высокоточных спутниковых систем
позиционирования (GPS и ГЛОНАСС).
Наряду с этим новым и весьма важным научным
результатом наблюдения радиоволн на частоте 20 МГц от радиомаяка первого ИСЗ
позволили наблюдать так называемый Antipode Effect, предсказанный в 1952 г.
немецким ученым В. Шуманом (W.Schumann. Propagation of Electromagnetic waves in
the Earth-Ionosphere Wave Guide. Zeitschrift fur Naturforschung 7a, 149, 1952),
который заключается в регистрации усиления интенсивности радиоизлучения в
диаметрально противоположной точке Земли от положения источника радиоизлучения
из-за эффекта его фокусировки в ионосфере.
Таким образом, с помощью первого ИСЗ была выполнена
полноценная научная программа по исследованию ионосферы Земли, обеспечившая
приоритет СССР в проведении первого в мире научного космического эксперимента.
Дальнейшее развитие фундаментальные космические
исследования получили благодаря целой серии научных спутников. В 1960 году за
исследование радиационных поясов и магнитного поля Земли и Луны сотрудникам
ФИАН и ИЗМИРАН была присуждена первая Ленинская премия в области
фундаментальных космических исследований. Создание в 1963 году Института
космических исследований позволило сделать фундаментальные космические
исследования неотъемлемой частью отечественной науки и обеспечить их дальнейшее
развитие.
Источник: ИЗМИРАН им. Н.В. Пушкова.