Проект "Swarm"

Ссылка: Информация 131205 (2013), Вестник ОНЗ РАН, 5, url: http://onznews.wdcb.ru/news13/info_131205.html
^ Главная страница

Полноценный запуск европейского проекта "Swarm" (переводится с английского как "рой") состоялся 22 ноября 2013 г. в 16:02. Ранее старт ракеты с космодрома "Плесецк" неоднократно откладывался: на протяжении всего 2013 года по инициативе стороны заказчика, а годом ранее по инициативе российской стороны (когда в связи с неудачными запусками выяснились конструктивные недостатки модификации разгонного блока "Бриз-КМ"). В итоге все прошло успешно, и Европейское космическое агентство вполне удовлетворено качеством выведения на орбиту трех спутников "Swarm" на российской ракете-носителе "Рокот" с помощью разгонного блока "Бриз-КМ". Миссия состоит из трёх одинаково оснащенных спутников на различных, проходящих через полюса, практически круговых орбитах высотой от 460 до 530 км. Масса каждого спутника — 472 килограмма. Первоначально два спутника выведены на орбиту высотой 460 километров, затем их высота будут постепенно снижаться до примерно 300 километров, а третий спутник выведен на орбиту высотой 530 километров.

Идея всего проекта состоит в наблюдении за магнитным и гравитационным полями Земли. Форма орбит позволит вести наблюдения с хорошим покрытием земной поверхности, и тем самым проводить съемку глобальных изменений магнитного поля и состояния ионосферы с высокой точностью.

В последнее время возникли лакуны в поставке данных по магнитометрии. В 2010 году немецкий спутник CHAMP (запущенный в 2000 году), завершил свою миссию по магнитной съемке из-за низкой орбиты. Датский спутник Ørsted, запущенный в 1999 году, все еще поставляет информацию, но ее точность и регулярность весьма ограничены. И хотя имеется ряд американских и российских спутников, которые собирают сходную информацию, но соответствующие им проекты курируются исключительно оборонными ведомствами, вследствие чего эта информация фрагментарна и недосягаема для сообщества гражданских исследователей. Вообще вопрос точного картирования магнитных и гравитационных эффектов на поверхности и в глубинах Земли и в ионосфере стоит достаточно давно, и миссия "Swarm", безусловно, не имеет аналогов в истории метрологии. Два спутника из трех летят на близких орбитах, их абсолютные и взаимные положения контролируются интерферометрами, записи сенсоров синхронизированы — все это дает совершенно новый класс точности в измерениях магнитного, электростатического и гравитационных эффектов.

На фотографиях видно, что все три спутника Swarm имеют несколько необычную трапецеидальную форму и длинный шест для размещения датчиков. Этот оригинальный дизайн уменьшает аэродинамическое сопротивление на этапе полета на низкой орбите, дает возможность компактного размещения спутников в крышке ракеты "Рокот" и способствует уменьшению нежелательных обратных связей при работе датчиков в полете. Длина каждого спутника около трех метров, передняя поверхность небольшая (порядка 1 кв. м), что способствует уменьшению аэродинамического сопротивления (штанга-мачта развернута в противоположном полету направлении). Измерительный прибор для анализа электрического поля помещен на переднюю поверхность, что дает возможность исследовать ионосферную плазму без "гидродинамических эффектов", создаваемых основным корпусом спутника. Напротив, скалярные магнитометры установлены на конце мачты: они должны быть максимально удалены от источников помех в основном объеме спутника. На каждом спутнике магнитное поле измеряется комбинацией трех инструментов: векторного магнитометра, измеряющего компоненты магнитного поля вдоль трех взаимно перпендикулярных направлений, оптической камеры, регистрирующей положение этих направлений в системе неподвижных звезд, и абсолютного магнитометра.

Соответствующий векторный и абсолютный магнитометр (работающие на основе квантовых эффектов для изотопа He4 гелия) специально разработаны во Франции для автоматических наблюдений, и их класс точности на порядок выше того, который используется сейчас в обсерваториях. Геофизический центр РАН имеет давние связи с разработчиками — в работах по созданию и тестированию этих приборов активное участие принимали сотрудники французского института Физики Земли в Париже Готье Уло (руководство разработкой схемы анализа данных) и Арно Шулья (тестирование новой аппаратуры в обсерватории Шамбон Ля Форе). Математические принципы автоматической калибровки векторного He4-магнитометра разработаны сотрудником ГЦ РАН А. В. Хохловым.


А. Хохлов, ГЦ РАН