Первые оптические наблюдения искусственных спутников земли: как это было д.ф.-м.н. Рыхлова Л.В. rykhlova@inasan.ru Институт астрономии РАН, г. Москва Материалы доклада, представленного 27 сентября 2007 года на юбилейном научно-техническом семинаре "Проблемы обнаружения и сопровождения космических объектов в околоземном космическом пространстве" "Русское чудо" - первый советский искусственный спутник Земли открыл космическую эру человечества 4 октября 1957 года. Ещё в начале 1957 года при физико-математических факультетах университетов и педагогических институтов страны (СССР), при астрономических обсерваториях АН СССР и Академий наук союзных республик начали создаваться станции визуальных наблюдений искусственных спутников Земли. Руководство этими работами (организацией станций и оптическими наблюдениями) было возложено на Астрономический совет АН СССР. Создать с нуля сеть станций, оснастить их достаточно простыми инструментами для наблюдений и научить студентов, преподавателей, научных сотрудников - астрономов наблюдать неизвестно где пролетающий и что собой представляющий объект - задача не из легких. Выдающаяся роль в проведении этой работы принадлежит А.Г. Масевич (рис. 1.). Благодаря её яркому организаторскому таланту уже к первому октября 1957 г. было готово к работе 66 станций оптических наблюдений ИСЗ. Рис.1. А.Г. Масевич – руководитель и организатор всех работ по созданию и оснащению станций наблюдений ИСЗ, заместитель председателя Астросовета АН СССР Летом 1957 года участники программы прошли специальную подготовку на курсах, организованных при Ашхабадской астрофизической обсерватории. Занятия проводили сотрудники Астросовета и Ашхабадской обсерватории. Разумеется, астрономы имели опыт наблюдений звезд, планет, метеоров, но никто и никогда не имел дела с искусственными космическими объектами. Многое было неясно, и слушатели вместе с преподавателями старались воссоздать хотя бы похожие условия видимости будущего спутника и как-то суметь его пронаблюдать. Придумали такую имитацию: один из участников прикреплял зажженный фонарь к длинному шесту, взбирался вечером на гору и быстро шел, стараясь не раскачивать фонарь. Внизу наблюдатели видели на фоне звездного неба движущийся яркий огонек и определяли его положение относительно звезд с помощью биноклей или небольших астрономических трубок, специально созданных для этих целей. Позже стали использовать для учебных тренировок самолеты с имитирующими спутник огнями. Это была более совершенная иллюзия летящего спутника. По заказу Астросовета АН СССР были изготовлены оптические трубки АТ-1 (рис. 2). Это небольшие широкоугольные телескопы с диаметром входного зрачка 50 мм, шестикратным увеличением и полем зрения 11°. Такое поле зрения позволяло наблюдателю следить за прохождением спутника в течение нескольких секунд и успеть отметить с помощью секундомера и магнитофона момент прохождения спутника около какой-либо яркой звезды или группы звезд. А это уже, используя звездную карту, позволяло определить положение спутника (его координаты) в зафиксированный момент времени. Позже, в 1958 - 1960 гг. оборудование станций было пополнено рядом других приборов. Среди которых были командирские зрительные трубы ТЗК (рис. 3) и трубы БМТ 110 (рис. 4) с диаметром объектива 110 мм, 20-кратным увеличением и полем зрения 5°. Эти инструменты позволяли фиксировать положения быстродвижущихся объектов на фоне звезд с точностью определения координат 6 угловых минут и времени - 0,1 секунды.      Рис.2. Трубка АТ-1 Рис.3. Бинокуляр БМТ-110 (станция Ташкент, Узбекистан) Рис.4. Прибор ТЗК (станция Рига, Латвия) К октябрю 1957 г было подготовлено к наблюдениям около 70 станций на всей территории Советского Союза: самая северная станция - в Архангельске, самая южная - в Ереване, самые западные - во Львове и Ужгороде, самая восточная - в Якутске и Южно-Сахалинске. Рис.5. Станция Архангельск (Россия). Самая северная станция. Установка трубок ТЗК перед наблюдениями. Рис.6. Самая южная станция – Ереван (Армения). В центре – начальник станции Б.Е. Туманян. Рис.7. Львов, Украина. Слева – начальник станции А.А. Логвиненко Рис.9. Ужгород, Украина. В центре – руководитель станции М.В. Братийчук 3 октября 1957 года, т.е. накануне запуска первого в мире искусственного спутника Земли (о дате запуска, разумеется, не сообщалось заранее), небольшая делегация Академии наук СССР в составе академика Л.И.Седова, двух докторов физико-математических наук Л.В. Курносовой и А.Г. Масевич и сотрудника Иностранного отдела АН отправилась в Барселону на Ассамблею Международной астронавтической федерации (МАФ). В своих воспоминаниях А.Г. Масевич очень интересно описала события этих двух дней, 3 и 4 октября 1957 года. Дипломатических отношений с Испанией у СССР не было, поэтому делегация прилетела в Париж, где им были обещаны визы для полета в Барселону. В советском посольстве сказали, что визы могут сделать только через 2 недели. Но Ассамблея открывалась на следующий день, и несмотря на запрет нашего консульства, Л.И. Седов решил обратиться непосредственно в испанское посольство. Испанский посол принял Л.И. Седова и А.Г. Масевич, попросил объяснить значение слова "астронавтика" и распорядился о немедленной выдаче виз. Устроились в гостинице, ожидая утреннего рейса на Барселону. А в 5 часов утра хозяин гостиницы разбудил Аллу Генриховну, сообщив, что Би-Би-Си передало сообщение о запуске искусственного спутника Земли в СССР и спросил, не грозит ли этот запуск спокойствию человечества. Позвонили в советское посольство, чтобы получить подтверждения факта запуска. Там еще ничего не знали. Из-за всей возникшей суеты и затянувшейся процедуры обмена аэрофлотовских билетов на билеты "Эр Франс" делегация опоздала на самолет. Тем временем в аэропорту уже возник ажиотаж, продавались экстренные выпуски газет с заголовками "SPUTNIK", набранными большими буквами. Слово "спутник" сразу стало международным. Служащие аэропорта, узнав, что делегация Академии наук СССР опоздала на самолет, вернули самолет после 20 минут полета с перепуганными пассажирами! "Ведь у вас сегодня такой день - спутник", - сказал служащий аэропорта, подвозивший на "джипе" делегацию к месту, где уже садился самолет. Пассажирам объяснили: "Как вы не понимаете, это же русские, они сегодня запустили спутник Земли". И в полете для пассажиров была проведена первая пресс-конференция. В Барселоне делегацию встречала толпа корреспондентов и представители испанского астронавтического общества. Больше всего интересовались весом спутника. Поскольку в прессе обсуждались в основном американские проекты, в которых речь шла о маленьких спутниках весом около 1 килограмма (их называли в прессе "апельсинами"), то объявленный вес советского спутника 83,6 кг казался невероятным. Спрашивали, нет ли ошибки в сообщении ТАСС, где вместо 83,6 кг должно быть 0,8 кг. Намеченную программу ассамблеи пришлось переделать, т.к. в основном во всех докладах обсуждались возможности и проблемы запуска спутников Земли. Многие сняли свои доклады. Американцы с трудом скрывали разочарование. Они, как и вся мировая общественность, верили, что первый искусственный спутник Земли будет запущен в США. Вот как это было. Подготовленные к наблюдениям станции по всей стране приступили к наблюдениям. Астрономический совет АН СССР стал центром сбора информации не только от советских станций наблюдения. Отчеты о наблюдениях советских спутников начали регулярно поступать из 33 стран всех континентов. Рис.10. Наблюдение первого ИСЗ, 1957 г. Первые зарубежные наблюдения ракеты - носителя первого спутника Земли были присланы в Астрономический совет в начале октября 1957 г. из Королевской астрономической обсерватории в Эдинбурге (Шотландия) и школьной обсерватории в Родевише (ГДР). 10 октября 1957 года в Пулковской обсерватории на двойной короткофокусной камере АКД (D = 100 мм, F = 70 см) Т.П. Киселевой был получен фотографический снимок ракеты - носителя первого спутника (рис.11.). Снимок был сделан в меридиане двумя неподвижными камерами, развернутыми по склонению на 10°, так что общее поле на пленках было 20°х30°. Рис. 11. Первый профессионально сделанный фотографический снимок ракеты - носителя первого спутника. Получен Т.П. Киселевой 10 октября 1957 года в Пулковской обсерватории на двойной короткофокусной камере АКД. Фотографирование производилось с перерывами различной длительности для фиксации моментов прохождения ракеты. На снимке виден один из таких перерывов длительностью около 2 секунд. Перед этим промежутком идет семисекундный интервал экспозиции, которому предшествует 3-х секундный перерыв. Середина 2-х секундного перерыва соответствует положению спутника - ракеты: α1950 = 18h00m46s, ε1950 = +76°02.'4 на момент декретного времени 5h15m15.s4. Угловая скорость движения ракеты спутника, полученная на фотографии, оказалась равной 0.°82±0.°02 за 1 секунду. Сравнение фотографической траектории полета ракеты с визуальными наблюдениями показало, что точки визуальных наблюдений не уклоняются от фотографической траектории более чем на 0.°5. Была произведена фотометрия 9-ти точек следа спутника. В качестве звезд сравнения приняты 12 звезд каталога HD (спектральные типы G5 - K0, 5.m5 - 7.m5), расположенные вблизи траектории ракеты. Фотометрия производилась на микрофотометре МФ-6. Уравнение поля исключено в процессе обработки. Звездные величины получены с учетом поправки к закону взаимозаместимости. Использована аэрофотопленка Т-10, чувствительность ГОСТ 300. Таблица 1. Измерение яркости ракеты- носителя первого спутника: Время декретное mv 5h15m07s.0 +1m.00 5h15m11s.0 -0m.10 5h15m14s. 0 -0m.20 5h15m16s.0 -0m.20 5h15m18s.5 +0m.10 Время декретное mv 5h15m21s.0 +1m.72 5h15m24s.0 +0m.91 5h15m26s.0 +1m.52 5h15m28s.0 +1m.81 Рис. 12. Для координации работ фотографических станций, обучения наблюдателей, совершенствования методики наблюдений и создания новой аппаратуры была создана Звенигородская экспериментальная станция Астросовета (1958 г.). Фотографические наблюдения с камерами ВАУ и АФУ-75, СБГ позволили получать снимки летящего светящегося объекта на фоне звездного неба с точностью 6 угл.мин. по положению и по времени - 0.001 сек Все материалы наблюдений, поступавшие со станций, использовались координатно-вычислительным центром для эфемеридной службы и публиковались в специальных бюллетенях "Результаты наблюдений искусственных спутников Земли", издававшихся Астрономическим советом АН СССР (рис.13 и 14).    Рис.13. Обложка первого номера "Бюллетеня станций оптического наблюдения искусственных спутников Земли" с автографом Ю. Гагарина. Издание Астросовета АН СССР. Рис.14. Издания Астросовета АН СССР "Бюллетени станций оптического наблюдения искусственных спутников Земли" и "Научные информации Астрономического совета". Станции наблюдений ИСЗ сыграли большую роль в улучшении преподавания астрономии, оборудование станций использовалось не только для наблюдений спутников, но и для других астрономических работ. На многих станциях проводились научные исследования, выполнялись студентами курсовые и дипломные работы. Интересно, что в течение многих лет руководителями 26 станций бессменно работали первые слушатели ашхабадских курсов. Визуальные наблюдения очень важны на последнем этапе жизни спутника, когда он начинает входить в земную атмосферу. В это время изменения его орбиты происходят настолько быстро и нерегулярно, что предсказывать их сколько-нибудь надежно не представляется возможным. Между тем, движение спутника в атмосфере Земли позволяет изучать плотность воздуха на различных высотах. Для наблюдений в этих условиях создавался так называемый "оптический барьер", для чего большое количество трубок устанавливалось таким образом, чтобы их поля зрения взаимно перекрывались и все трубки охватывали достаточно большой участок неба, чтобы не пропустить спутник. Такие барьеры применялись в последние дни существования всех наших спутников и ракет - носителей. Много предложений по улучшению качества наблюдений вносили сами наблюдатели на станциях, на станциях же велась большая работа по созданию новых автоматизированных приборов для наблюдений спутников. Первые научные программы с использованием наблюдений ИСЗ (60-70 годы XX века). В марте 1962 г. на Варшавской встрече представители Академий наук социалистических стран проблема «Научные исследования с помощью наблюдений ИСЗ» была включена в планы многостороннего сотрудничества. Рис. 15. Станция Родевиш, ГДР. Наблюдения с малоформатной камерой: Союз-7 и -8 во время сближения 14 октября 1969; Союз-6, 13 октября 1969; Последняя ступень ракеты-носителя Союза 8, 14 октября 1969. Рис. 16. Станция Ольштин, Польша Рис. 17. Станция Варшава, Польша Рис. 18. Клуж, Румыния Анализ эволюции орбит спутников по результатам наблюдения их движения позволил достаточно уверенно определить плотность атмосферы Земли для высот от 180 до 800 км. Такие работы с конца 1957 года начали проводиться в СССР, Англии, Болгарии, Венгрии и др. странах. Существенным с научной точки зрения результатом было обнаружение вариаций плотности атмосферы, связанных с активностью Солнца. Для их изучения необходимо было проводить наблюдения по специально разработанной программе, учитывающей много различных факторов. Такой программой стала в 1962 году международная программа ИНТЕРОБС - программа базисных визуальных наблюдений повышенной точности одновременно двумя или более станциями для определения короткопериодических изменений плотности атмосферы по изменения высоты перигея спутников, движущихся на разных высотах (300 - 400 км). Корреляция кратковременных вариаций плотности атмосферы с колебаниями солнечной и геомагнитной активности впервые была выявлена в августе 1963 года по наблюдениям спутника "Кабина 1-го космического корабля". Работа по изучению вариаций плотности атмосферы стала первой научной программой, использовавшей результаты визуальных наблюдений ИСЗ. Рис. 19. Конференция по программе «Атмосфера», Вологда Рис. 20. Конференция по программе «Атмосфера», Лесосибирск, 1981 г. Фото А.И.Назаренко. В дальнейшем появились программы синхронных фотографических наблюдений для целей геодезии, методом космической триангуляции, при котором одна из вершин каждого треугольника совпадает с положением спутника в данный момент времени. Первые опыты синхронных фотографических наблюдений относятся к концу 50-х годов. Позже были предложены грандиозные проекты "Арктика - Антарктика" и "Большая хорда". Цель этих проектов состояла в измерении направлений и длин хорд, соединяющих станции векторного хода от Арктики до Антарктики с длиной результирующего хода около 12000 км (рис. 23). Использовались синхронные фотографические наблюдения спутника «Пагеос». Научным руководителем проектов был профессор И.Д. Жонголович. Рис. 21. Профессор И.Д. Жонголович – научный руководитель геодезических программ «Арктика-Антарктика» и «Большая хорда». Рис. 22. Ю.В.Батраков во время бурной дискуссии о научных путях спутниковой геодезии. Рис. 23. Станции, участвовавшие в проекте «Большая хорда». И еще одна задача появилась в конце 50-х годов. Это проблема изучения изменения блеска искусственных спутников. Видимый блеск зависит от изменения фазы спутника, т.е. доли его видимой поверхности, освещенной Солнцем, от изменения расстояния до наблюдателя, поглощения света на пути от спутника до наблюдателя, вращения и кувыркания спутника, изменения состояния его поверхности. Эта проблема в современной науке играет особо важную роль. Но все эти новые научные задачи начинались тогда же - с конца 50-х годов прошлого века. Размещено 1 июля 2008 При перепечатке наличие гипертекстовой ссылки на сайт "ПулКОН" и "Низкочастотная РСДБ-сеть" обязательно.