Солнечная система

Первый магнитометр на спутнике Земли

Sh. Sh. Dolginov, The First Magnetometer in Space,

Issue 40 Years of Cospar, p. 55-62, 1998.

15 мая 2008 года исполнилось 50 лет запуска З-го ИСЗ. На этом спутнике ИЗМИРАН осуществил первый в мире магнитный эксперимент в космосе.

Приводим воспоминания о тех днях основного исполнителя этого эксперимента, руководителя магнитной лаборатории Шмаи Шлемовича Долгинова.

    Участие Института земного магнетизма (НИИЗМ) Гидрометеослужбы уже на первых космических аппаратах было в значительной мере подготовлено участием СССР в первом послевоенном международном проекте – проекте мировой магнитной съемки Земли.

    Сидней Чепмен, излагая историю этого проекта, официально начавшегося в 1957 г., отнес его фактическое начало к 1950 г., когда по предложению директора НИИЗМ Николая Пушкова, началось сооружение немагнитной шхуны «Заря». Шхуна строилась на судоверфи Финляндии, но оснащалась советским оборудованием. Из имевшегося магнитометрического оборудования только двойной компас мог быть использован для точечных измерений горизонтальной составляющей геомагнитного поля. Создание приборов, способных измерять магнитное поле с подвижной платформы, стало острой необходимостью.

    В описании любых типов магнитометров неизменно не сообщались «маленькие секреты». Без их раскрытия невозможно было дальнейшее продвижение. Создание стабильных феррозондовых магнитометров обеспечивалось использованием датчиков типа 2-й гармоники с продольным возбуждением. Но постепенно группа энтузиастов приобретала опыт, и, преодолевая большие материально-технические трудности, начала изготовлять приборы для «Зари», феррозондовые магнитометры для измерения элементов геомагнитного поля  Z, H, T, а также протонный магнитометр. Опыт их эксплуатации на «Заре» был учтен при создании подобных магнитометров на базе завода «Эталон» Института метрологии им. Д.И.Менделеева (Ленинград). Это были довольно громоздкие приборы на электронных лампах. Тем временем стали доступны полупроводниковые приборы.

    В 1954 году в лабораторию поступил выпускник физического факультета Горьковского университета Лев Жузгов. Мы начали последовательный перевод блоков феррозондовых магнитометров с электронных ламп на полупроводниковые элементы. Созданные миниатюрные магнитометры доставляли удовольствие авторам. Мы видели их применение в качестве вспомогательных приборов в физических лабораториях. Однако, как выяснилось, им было предназначено другое применение.

    Весной 1956 года в конференц-зале Института физики Земли АН СССР мне впервые довелось увидеть и услышать Сергея Королева. Он рассказывал о высотных геофизических ракетах. Запомнилась критика в адрес геофизиков о частых недостатках их приборов, о явном отставании геофизических средств и методов от темпов развития ракетной техники.

    Однажды летом 1956 года позвонил Николай Пушков и предложил встретиться с представителями двух учреждений, чтобы проинформировать их о приборах для геомагнитных измерений. Мы встретились в левом крыле здания президиума академии наук (АН СССР). Один из них представлял спецкомиссию академика М.В.Келдыша (Г.А.Скуридин), второй - особое конструкторское бюро (ОКБ-1) С.П.Королева. Я узнал, что НИИЗМ привлекается к проекту первого искусственного спутника Земли. Я рассказал о метрологических и технических свойствах протонного магнитометра и феррозондового прибора, самоориентирующегося по полному вектору. В частности упоминал о возможности определения характера вращения спутника, и даже определения его абсолютной ориентации. Именно это привлекло внимание собеседников, хотя и были достаточно подробно изложены превосходящие метрологические достоинства протонных магнитометров. В изданном сборнике «Творческое наследие академика С.П.Королева», Избранные труды и документы 1981г., впервые опубликованы тезисы его доклада об эскизном проекте первого искусственного спутника Земли. В этом докладе помимо научных задач, перечислялись задачи, решение которых необходимо для создания в будущем более совершенных ориентированных ИСЗ. Среди них получение данных о характере движения спутника относительно центра масс.В лаборатории наступила неповторимая пора увлеченного напряженного труда всего маленького коллектива. Создать автоматический магнитометр в короткие сроки, возможно было, только используя некоторые готовые блоки, имевшиеся в промышленности.

    К изготовлению летных экземпляров магнитометра было привлечено специальное конструкторское бюро (СКБ) «Геофизика» Министерства геодезии СССР. Туда срочно были переданы принципиальные схемы, список покупных изделий, общие рекомендации и натуральный макет блока электроники. В СКБ оказался хороший конструктор Виктор Селютин, который в короткий срок создал конструкторскую документацию, по которой срочно началось изготовление плат, блока электроники и узла ориентации. В феврале 1956 г. я и Жузгов прибыли в СКБ для участия в монтаже плат электроники и феррозондовых датчиков. Наконец был готов первый технологический экземпляр магнитометра. Прибор подвергли вибрационным испытаниям. Никаких видимых поломок не было обнаружено, но магнитометр не работал. Оказалось - все индуктивности, заключенные в экранах, оборваны. Использованный заполнитель не препятствовал их прокручиванию. Об эпоксидной смоле в качестве заполнителя в СКБ просто не знали. Изготовленные комплекты летных образцов магнитометра поступали в лабораторию, где проходили окончательную настройку и юстировку. Завершение операции оказывалось доступно для одного монтажника, и как обычно, им был Александр Климовский. Образцы снова подвергали вибрационным испытаниям и магнитным калибровкам. В испытаниях принимали участия также Л.О. Тюрмина, Е.Г. Ерошенко и другие сотрудники магнитной лаборатории.

    Наступил последний этап в подготовке эксперимента: летный экземпляр магнитометра вместе с его источником питания был установлен на немагнитной площадке совместно с протонным магнитометром, изготовленным В.И.Наливайко. Одновременными отсчетами по протонному магнитометру и бортовому прибору, показания последнего были привязаны к абсолютным значениям поля. Этим этапом были завершены наземные метрологические испытания феррозондового магнитометра. С немалым волнением прибор был передан для окончательной установки на спутнике.Внешний вид магнитометра приведен на рисунке.

    Научная аппаратура, которая разрабатывалась для первого спутника, в том числе и магнитометр, была установлена только на 3-м спутнике.
    Запуск спутника состоялся 15 мая 1958 года. Теперь  наблюдать по телевизору старт космического аппарата - это одно. Видеть стартующий спутник, на котором  установлен магнитометр, собранный своими руками - это совершенно другое. Это волнение довелось пережить мне, Л.Жузгову, А.Климовскому и В.Наливайко.
    На орбиту ИСЗ был выведен массивный аппарат весом около 750 кг. Это был выдающийся результат советской ракетной техники, а сам спутник - предвестник будущих пилотируемых аппаратов. Узел ориентации магнитометра включался на активном участке траектории. Но вот поступили первые орбитальные данные с записями измерительного канала магнитометра и датчиков ориентации, где, прежде всего, мы заметили знакомые нам записи магнитной девиации. Но все же это были признаки нормального функционирования прибора. Вскоре выяснилось, что информация будет поступать только в режиме непосредственной передачи только над нашей территорией.
    В тот же день маршал ракетных войск Неделин устроил прием в своей резиденции в Байконуре в честь участников запуска. Были приглашены и руководители геофизических экспериментов. Нас пригласил в свою машину С.П.Королев. По дороге завязалась беседа. Запомнились следующие его слова «Вскоре ракеты на химических источниках энергии сумеют вывести на орбиты аппараты, способные облететь всю Солнечную систему». На приеме царило оживление, меня подозвал к себе М.В.Келдыш и спросил: «Вы что, надеетесь что-то получить?» Я ответил: «Есть некоторая надежда. Магнитометр фактически измеряет проекции магнитной девиации на направление главного поля, которые меняются по величине и направлению из-за довольно быстрого вращения спутника. Градиенты поля, создаваемые магнитной девиацией резко отличаются от градиентов нормального поля на высотах полета».
    В Институте прикладной математики АН СССР (в институте М.В.Келдыша) была выполнена «очистка» магнитограмм от влияния магнитной девиации.  Эту работу выполнил на ЭВМ Фрязинов. В том же институте по данным датчиков ориентации и аналитической модели магнитного поля Владимир Белецкий и Зонов определили абсолютную ориентацию спутника в пространстве и соответственно ориентацию других геофизических приборов, которые не были приспособлены для функционирования на неориентированном спутнике.