Михаил Панасюк: нужна система мониторинга радиационной опасности в космосе

Научно-исследовательский институт ядерной физики имени Д.В. Скобельцына (НИИЯФ МГУ) является одним из крупнейших институтов Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова. В качестве базы физического факультета МГУ он готовит студентов и аспирантов в области ядерной и атомной физики и физики космоса.

Помимо этого, НИИЯФ МГУ изготавливает научные приборы для спутников. Его аппаратура впервые в мире измерила потоки космических лучей за атмосферой Земли и открыла радиационные пояса планеты, она стояла на межпланетных советских станциях, исследовавших Луну, Марс и Венеру. Сейчас научная аппаратура НИИЯФ МГУ работает на нескольких российских спутниках. Например, на запущенном во время первого старта с космодрома Восточный спутнике "Ломоносов" и наноспутниках, собранных воспитанниками образовательного центра "Сириус", один из которых демонстрировался президенту России Владимиру Путину в 2017 году.

О научных результатах действующих научных приборов, о будущих проектах, сотрудничестве с зарубежными учеными и влиянии западных санкций корреспонденту РИА Новости Андрею Красильникову рассказал директор НИИЯФ МГУ, вице-президент международного Комитета по космическим исследованиям (КОСПАР), доктор физико-математических наук, профессор Михаил Панасюк.

– Михаил Игоревич, как работают два школьных спутника "СириусСат", детекторы для которых были созданы вашим институтом?

– В этом проекте мы предложили школьникам из образовательного центра "Сириус" изучить очень интересное физическое явление в космосе – гамма-излучение. Сейчас это очень популярная тема в астрофизике. Существуют различные источники гамма-излучений: транзиентные (кратковременные) всплески из Вселенной, природа которых до конца не выяснена, и Земля, к примеру, грозовые облака.

Оба запущенных в августе спутника функционируют нормально. Получаемая с них научная информация накапливается и анализируется. Думаю, что в скором времени появятся первые научные публикации.

Параллельно с этим проектом мы предложили провести на уровне школ несколько уроков по астрофизике, чтобы привить подросткам интерес к этой науке.

– Есть ли планы предложить исследование гамма-излучения другим организациям?

– С большой степенью вероятности тематика гамма-излучений начнет активно развиваться с инновационным центром "Сколково". Вместе мы затеяли проект создания группировки спутников-кубсатов для изучения явлений, связанных с гамма-излучениями Вселенной. Хотим попытаться локализовать источник на небе, откуда приходит это излучение, а для этого важно обеспечить обмен информацией между спутниками и синхронизировать космические измерения с наземными.

Группировка будет состоять минимум из четырех спутников. Их запуск предполагается на ракете-носителе "Союз" с разгонным блоком "Фрегат" в качестве попутного полезного груза. Головной организацией в этом проекте будет "Сколково", а мы будем отвечать за научную аппаратуру. Отдельные бортовые системы спутников разработают российские университеты, в том числе два из Сибири. Проект уже начался. Сейчас мы в поисках финансирования, надеемся на гранты.

– Какие результаты удалось получить с телескопа ТУС, установленного на спутнике "Ломоносов"?

– Наш ультрафиолетовый космический телескоп ТУС (трековая установка) был нацелен на изучение космических лучей предельно высоких энергий. Впервые в мире мы попытались из космоса зарегистрировать такие частицы. До сих пор их регистрировали только на наземных установках.

С помощью телескопа мы получили более значимые результаты, чем ожидали. Похоже, мы натолкнулись на новые физические явления. ТУС регистрирует транзиентные (кратковременные) световые явления в ультрафиолетовом диапазоне в земной атмосфере. Вся атмосфера Земли светится всплесками ультрафиолетового излучения. Часть из них мы знаем – это спрайты (электрические разряды в мезосфере и термосфере) и эльвы (огромные слабосветящиеся вспышки в верхней части грозового облака), а часть – нет. Мы не знаем пока, какова их физическая природа. Это – совершенно удивительные явления. К примеру, во время полета "Ломоносова" на высоте нескольких десятков километров мы несколько раз регистрировали световой "взрыв" огромной мощности. А под ним все чисто, никаких гроз и облаков! Что вызывает "взрыв" — вопрос открытый.

И еще один интересный момент. Нам казалось, что из космоса легче регистрировать космические лучи предельно высоких энергий. Однако выяснилось, что атмосфера Земли очень "засорена" различными вспышками, которые мешают нам регистрировать космические лучи. Среди таких вспышек есть как природные явления, так и антропогенные – например, мы пролетаем над аэропортом и "видим" сигнальные огни. Наш телескоп регистрирует и огни городов, а также обнаруживает воздействие мощных радиостанций на верхнюю атмосферу. Все это нам, конечно, мешает в поисках следов космических частиц. Но мы научились выделять те природные явления, которые нам нужны.

– Планируется ли продолжить исследования, начатые телескопом ТУС?

– Конечно. В дальнейшем мы должны создавать телескопы с большей светосилой и, соответственно, с более качественными измерениями. И в рамках международного проекта EUSO продолжением исследований ТУС станет телескоп КЛПВЭ (космические лучи предельно высоких энергий). От ТУС он будет отличаться более крупным зеркалом – 3 метра вместо 1,5 метров.

В марте-апреле мы должны сдать в РКК "Энергия" эскизный проект на КЛПВЭ. При условии выделения финансирования и решения всех технических вопросов отправка телескопа на МКС планируется в 2022-2023 годах. Однако с доставкой КЛПВЭ на станцию есть проблема: для грузового корабля "Прогресс" телескоп очень большой, поэтому его придется доставлять по частям.

Кстати, американской стороне в качестве участия в проекте EUSO мы предлагали привезти КЛПВЭ на грузовом корабле Dragon. Но… вместо этого НАСА выдвинуло свой аналогичный проект POEMMA, состоящий из двух спутников с ультрафиолетовыми телескопами. Правда, сроки его осуществления – конец 2020-х годов…

– Какие итоги работы научной аппаратуры "Нуклон", летавшей на спутнике "Ресурс-П" №2?

– Этот эксперимент принес очень значимые для науки результаты. Если ТУС регистрировал космические лучи, приходящие от далеких звезд вне нашей Галактики, то "Нуклон" был нацелен на космические лучи в нашей Галактике. Причем до нас в области энергий, в которой работал "Нуклон", никто состав космических лучей не измерял.

Наиболее популярная теория происхождения космических лучей в нашей Галактике – от взрывов сверхновых звезд, но окончательных доказательств этому нет. И до получения данных с "Нуклона" мы думали, что космические лучи создаются огромным количеством сверхновых звезд – одна взорвалась в одно время, вторая, скажем, через тысячу лет, и вот эти частицы наполняют нашу Галактику. Но, похоже, что эти лучи исходят в том числе и из локальных, близких, источников. То есть, возможно, где-то недалеко звезда взорвалась, и мы наблюдаем космические лучи именно от нее.

Это представляет очень большой интерес и, поскольку не все здесь до конца понятно, то мы планируем следующий эксперимент – ОЛВЭ (орбитальная лаборатория высоких энергий).

– Расскажите о нем поподробнее.

– В космических экспериментах нам надо двигаться в сторону увеличения энергии, чтобы сблизиться с наземными измерениями. А для этого необходимо создание больших приборов, влекущее за собой увеличение их массы и стоимости. Одним из таких проектов является ОЛВЭ. Если наша страна построит ракету-носитель сверхтяжелого класса, то запуск свободнолетающей орбитальной лаборатории – задача как раз для нее. Ведь масса нашего прибора будет где-то 10-12 тонн, и ОЛВЭ надо будет вывести на орбиту высотой 500 километров под радиационным поясом Земли.

Выполнение такого проекта – под силу любому российскому космическому предприятию. У нас были переговоры с РКЦ "Прогресс", и он готов взяться за это.

– Когда планируется доставить на МКС телескоп "УФ атмосфера"?

– Этот небольшой ультрафиолетовый телескоп создается в рамках проекта EUSO. Наш основной партнер – итальянское космическое агентство ASI. Телескоп будет изучать "засоряющие" атмосферу Земли транзиентные явления, которые мешают регистрировать космические лучи.

Оптику и линзы для телескопа изготовили итальянские и японские коллеги, электроника – новая и полностью наша. В НИИЯФ МГУ собирается и сам прибор.

РКК "Энергия" предоставила нам возможность установить телескоп на иллюминаторе модуля "Звезда" — единственном на МКС, который пропускает ультрафиолетовое излучение. Прибор практически готов, и его доставка на станцию кораблем "Прогресс" планируется в этом или следующем году.

– Ранее вы рассказывали о проекте "Универсат-Сократ"? Можно узнать о нем поподробнее?

– Это наш университетский проект, связанный с изучением космических угроз. Он призван обеспечить мониторинг в режиме реального времени опасных явлений в космосе, среди которых радиация, космический мусор, транзиентные явления в атмосфере и солнечные частицы, проникающие в магнитосферу Земли.

Мы работаем над проектом уже два года, и нам очень помогли специалисты НПО имени Лавочкина – нашего промышленного партнера за счет особого гранта, который предусматривал финансирование со стороны как Минобрнауки, так и этого космического предприятия. И часть работ лавочкинцы взяли на себя.

Сейчас есть прообраз эскизного проекта для "Универсата-Сократа" на базе малых космических аппаратов НПО имени Лавочкина. И будет очень обидно, если все прекратится из-за того, что мы не найдем денег на дальнейшее его развитие. Пока мы не встречаем должного понимания в Роскосмосе, но будем вести переговоры с отдельными космическими предприятиями.

– Стоит ли привлечь к проекту иностранных партнеров?

– В качестве дополнения к "Универсату-Сократу" планируются совместные с европейскими странами спутники. Во-первых, вместе с двумя французскими университетами в Гренобле мы создаем два спутника-кубсата для изучения полярных сияний. Оба аппарата планируется вывести на орбиту с космодрома Восточный ракетой "Союз" с блоком "Фрегат". Первый аппарат "Амикал" размером 1U (10х10х10 сантиметров) мы будем стараться успеть изготовить к запуску метеорологического спутника "Метеор-М" №2-2, который намечается в конце июня – начале июля. Платформа спутника – польская, поляки связаны с французами, а мы интегрируем научную аппаратуру. Второй спутник "Атис" имеет размер 3U (30х10х10 сантиметров).

Во-вторых, вместе с немецкой компанией German Orbital Systems (GOS) мы делаем три спутника-кубсата. Первый аппарат целиком связан с изучением радиационной обстановки в околоземном космическом пространстве. Мы хотим установить на этот спутник новый прибор для измерения радиации, новейшую процессорную систему для оценки воздействия на нее радиации и один из элементов перспективной высоковольтной системы. Причем в новом приборе, который представляет собой многопиксельный дозиметр, не только измеряющий радиацию, но и определяющий ее источник, мы хотим объединить наши усилия с несколькими чешскими институтами.

Второй спутник мы ориентируем на исследование гамма-излучений, а третий будет вместе с Амурским государственным университетом. Для этого университета мы предложим совместное изучение радиации или гамма-излучения – неотъемлемые компоненты "космической погоды".

По всем трем спутникам сроки очень жесткие, так как их запуск привязан к аппарату "Метеор-М" №2-2. То есть в апреле-мае мы уже должны поставить научную аппаратуру на космодром Восточный.

– Как обстоят дела с радиационной обстановкой на МКС?

– Надо сказать, что МКС защищена лучше, чем станция "Мир", так как корпуса ее модулей в среднем толще. Наши приборы, которые были на "Мире", обнаружили огромное изменение доз радиации при полете станции, потому что стенки модулей там были достаточно тонкими. А вообще, дозы радиации, получаемые космонавтами на МКС, находятся в пределах допустимых величин, если наше Солнце спокойно и нет сильных геомагнитных бурь.

– Для российской лунной программы институт предложил проект "Нейтроний" — лаборатории по изучению космических лучей с поверхности Луны. Когда он может быть реализован?

– Этот проект был заслушан в РАН и фигурировал в качестве одного из основных для будущей российской долговременной лунной базы. Как и эксперименты "Нуклон" и ОЛВЭ, "Нейтроний" будет регистрировать космические лучи в нашей Галактике.

В ходе него мы хотим применить методы исследования лучей, которые в принципе недоступны на Земле, где нас окружает атмосфера. На Луне космические лучи взаимодействуют с реголитом (лунным грунтом), в результате образуется вторичное излучение в гамма- и радиодиапазонах, а также нейтроны, которые мы и будем регистрировать. Никто до нас такого эксперимента не предлагал. В настоящее время по проекту, который планируется осуществить после 2030 года, выполнена часть научно-исследовательской работы.

Кстати, если говорить об освоении Луны, то, по моему мнению, нужно найти некий баланс между политическими амбициями и научными. Кто-то хочет отправить космонавтов и построить там базу, а кто-то получить научные результаты, которые невозможны на Земле. Кроме того, я убежден, что создание лунной базы должно идти в основном с помощью робототехники. Человек же на Луне нужен лишь изредка, чтобы что-то отремонтировать.

– В свое время вы ратовали за создание спутниковой группировки для наблюдения за Солнцем…

– Нас очень волнует проблема мониторинга "космической погоды" — радиационных условий в космическом пространстве. Ведь сейчас мы не умеем предсказывать появление солнечных протонов от солнечной вспышки, которые спустя некоторое время могут создать радиационную опасность для Земли. Более того, мы видим вспышку на Солнце, но у нас нет уверенности в том, что энергичные частицы придут к Земле. У частиц такие траектории движения в межпланетном пространстве, что они могут пролететь мимо Земли, а могут и попасть.

Вот для того чтобы обезопасить будущие межпланетные полеты, лунную и марсианскую станции, да и МКС, нужна система мониторинга радиационной опасности в космосе. Для этого необходимо сделать три-четыре небольших и недорогих спутника и разместить их на орбитах вокруг Солнца.

Мне кажется, что проблема "космической погоды" заинтересовала и НАСА. Недавно мы получили письмо из Космического центра имени Джонсона от наших американских коллег, работающих в области радиационной безопасности, с предложением обсудить создание системы прогноза радиационной опасности от солнечных вспышек применительно к длительным межпланетным полетам. И, в первую очередь, речь идет о предлагаемой НАСА окололунной станции.

– Институт должен был создать комплект приборов измерения радиации для нового пилотируемого корабля "Федерация". Готов ли он?

– Да, институтом создано новое поколение радиационных дозиметров. На кораблях "Союз" использовались полупроводниковые дозиметры предыдущего поколения. А прообраз новых приборов для "Федерации", так называемая система радиационного контроля, был создан в 1999 году и до сих пор функционирует на российском сегменте МКС. Там стоят четыре полупроводниковых дозиметра. На "Федерации" радиационные дозиметры будут располагаться в разных местах корабля, и информация с них будет автоматически собираться и сбрасываться на Землю.

– На спутнике "Ломоносов" прошли испытания оптические камеры сверхширокого поля зрения (ШОК). Имеются ли планы использовать их в других проектах?

– ШОК, созданный специалистами двух университетских институтов – Астрономического имени Штернберга и нашим, – на "Ломоносове" был уникальнейшим экспериментом. Мы получили шокирующие видео и снимки всего космического мусора и других космических объектов, которые пролетали мимо спутника на разных расстояниях. Программное обеспечение, созданное нашими специалистами, позволило определять координаты этих объектов практически в реальном времени и, тем самым, идентифицировать часть из них.

Предполагается продолжить этот эксперимент в проекте "Универсат-Сократ". Ведь система спутников с такими камерами позволит обозревать большую часть звездного неба в реальном времени.

Кстати, главное в ШОК было не сами мини-телескопы создать, а сделать программное обеспечение для них, которое находит нужные объекты, накладывает их на звездное небо, вычисляет координаты и сразу же передает информацию на Землю. Это уникальное программное обеспечение.

– О каких совместных с зарубежными странами проектах вы еще можете поведать?

– Из наиболее важных – это проект Европейского Союза CRREAT, цель которого исследование космической радиации и изучение ее воздействия на живое и неживое, а также на атмосферу Земли. Головная страна по проекту – Чехия. Мы подписали с чешскими институтами соглашение о сотрудничестве.

Для проекта можем предложить обмен информацией по радиационной обстановке в окружающем космическом пространстве. Наши радиационные дозиметры летают на различных спутниках, находящихся на разных орбитах. К примеру, на низкоорбитальных "Метеорах-М", среднеорбитальных "Глонассах" и геостационарных "Электро-Л".

– Как отражаются на программах института санкции, введенные Западом против России?

– Если говорить о производстве научной аппаратуры, то мы все больше и больше ощущаем отсутствие доступа к американской и европейской электронной компонентной базе. Мы работаем через посредников, и те все чаще и чаще отказывают нам в предоставлении комплектующих. Все боятся этих санкций. Даже несмотря на то, что у нас чисто гражданские проекты. С другой стороны, мы покупаем китайские компоненты, и здесь проблем нет.

В человеческом отношении – между учеными стран – мы не ощущаем существования санкционной политики США. Но эта политика реально пагубно отражается на нашем сотрудничестве. В этом плане просто катастрофа. Я являюсь вице-президентом международной организации КОСПАР – комитета по космическим исследованиям, и когда в прошлом году Генеральная ассамблея КОСПАР проводилась в Пасадене (штат Калифорния), то стоило невероятных усилий, чтобы хоть кто-то приехал из России. Практически все наши ученые получали американскую визу не в России. Уже до предела дошло!

В настоящее время мы буквально горим с участием в международной конференции по космическим лучам, которая пройдет в августе в Мичигане. По-моему, туда вообще никто из наших ученых не поедет. У меня виза заканчивается в марте, и я просто не представляю, как получить ее снова. Ведь записи на собеседование в посольство США в Москве просто нет.

Подчеркну: тут претензии не к организаторам мероприятий в США, которые стараются вовсю и пишут письма, а к госдепу, который имеет четкое указание…

– Каково, на ваш взгляд, состояние исследований в России по космической радиации и космическим лучам?

– В целом мы сохраняем сильные позиции в мире по ряду направлений. Я уже говорил о "Нуклоне". Так вот получилось так, что в этот диапазон энергий в области галактических космических лучей ринулся весь мир. Мы запустили "Нуклон" в 2014 году. А в 2015 году японцы доставили на МКС прибор CALET с аналогичной задачей, и китайцы запустили спутник DAMPE, одна из целей которого была такой же. Наконец, в 2017 году НАСА доставило на станцию прибор ICE-CREAM. Мы были первыми, но после нас в космос выведены три прибора, нацеленных на один и тот же диапазон энергий!

И сейчас, естественно, идет толкотня на поле публикации научных данных. Иногда доходит до анекдота: нормально общаешься с зарубежными постановщиками похожих с нами экспериментов, но как только речь зайдет о полученных данных, то в ответ сразу же молчание…

Более того, мы сейчас ощущаем даже какую-то блокировку. Мои российские коллеги жаловались, что не могут опубликовать интересную статью по "Нуклону" в зарубежном научном журнале. Мотивировка: "Материал не соответствует тематике журнала". Но в то же время мы видим, что в журнале публикуются аналогичные статьи постановщика американского эксперимента по исследованию космических лучей AMS-02 на МКС Сэмюела Тинга и других. Значит, идет подковерная борьба, но мы относимся к этому с пониманием.

В области исследования космической радиации я уже упоминал о том, что Россия создала систему радиационного контроля в околоземном космическом пространстве на разных орбитах – с низких до геостационарных. Это – большое достижение.

А если критиковать самих себя, то нам нужно создавать новые приборы, основанные на современных методах измерений. В институте я поставил такую задачу. Сейчас же не каменный век, надо переходить на совершенно новые технологии. Не только миниатюризировать детекторы для ядерно-физических экспериментов, но и использовать современные типы детекторов, электронику и программное обеспечение. Стараемся изо всех сил это сделать.

– Несколько российских спутников в прошлом вышли из строя при невыясненных обстоятельствах. Можно ли допустить специальное воздействие на них с Земли?

– В принципе, факт антропогенного воздействия на спутники допустить возможно. Но мы не располагаем доказательствами того, что было такое воздействие на нашу аппаратуру, стоящую на спутниках. Чтобы это доказать, надо ставить на спутники специальное оборудование и анализировать достаточно большой объем данных.

Тем не менее, скажу, что странности в поведении нашей аппаратуры на отказавшем спутнике "Вернов" были. Я видел данные по последним минутам его жизни, и детектор электромагнитного излучения вел себя нетипично для этой области пространства и геомагнитной обстановки. Это можно объяснить сейсмическими явлениями, а можно и антропогенным воздействием…