Академик Фёдоров Е.К. – основатель Института прикладной геофизики
Академик Фёдоров Е.К. – основатель Института прикладной геофизики
В пятидесятых годах Советский Союз создавал ракетно-ядерный оборонительный щит. В это время выдающийся геофизик, известный полярник, член – корреспондент АН СССР Фёдоров Е.К. в Геофизическом институте АН СССР возглавлял работы по исследованию физики образования облаков и их разрушения, физики формирования и распространения радиоактивных аэрозолей в атмосфере, а также выпадения их на поверхность Земли. Решение поставленной проблемы было весьма важно для проведения ядерных испытаний при метеорологических условиях, обеспечивающих минимальное радиоактивное загрязнение, а также при планировании и размещении атомных электростанций.
Е.К. Фёдоров для выполнения поставленной проблемы создаёт отделение прикладной геофизики при АН СССР и возглавляет его. 6 января 1956 года отделение Решением Академии Наук СССР преобразуется в самостоятельный Институт прикладной геофизики АН СССР, директором Института назначается член-корреспондент АН СССР Фёдоров Е.К. В ИПГ Е.К. Фёдоров развивает три направления:
– воздействие на облака с целью вызывания дополнительных осадков и подавления града;
– контроль и прогноз радиоактивного загрязнения природной среды при ядерных испытаниях с учетом развития атомной энергетики;
– исследование верхней атмосферы и околоземного космического пространства.
К этим работам он привлек известных ученых докторов наук Н.И. Вульфсона, Г.И. Голышева, А.М. Гусева, Р.М. Когана, Л.М. Левина, С.М. Полоскова, Е.Н. Теверовского, Г.Ф. Хильми.
Создавая коллектив ИПГ, Е.К. Фёдоров уделял большое внимание набору молодежи. Из Ташкента он пригласил на работу к себе Ю.А. Израэля и В.Н. Петрова. Он был для молодежи не только руководителем, но и учителем, товарищем. В пятидесятые годы пришли работать: В.А. Варфоломеев, А.Д. Данилов, Ф.Л. Дликман, Г.С. Кирдин, И.А. Колосков, Ю.М. Кулагин, А.Г. Лактионов, В.В. Михневич, И.М. Назаров, М.В. Никифоров, Н.К. Переяслова, Ф.Я. Ровинский, П.М Свидский., Ю.С. Седунов, О.П. Тищенко, Г.Ф. Тулинов, Ш.Д. Фридман, Ф.Я. Яковлев.
Мне тоже посчастливилось влиться в работу коллектива в 1959 году. Летом 1959 года, будучи еще студентом Московского инженерно-физического института, я совмещал учебу с работой в ИПГ. Мне посчастливилось встретиться с Е.К. Федоровым в тот момент, когда завершив работу в отделе Р.М. Когана, я собирался уволиться из ИПГ. Разговор, который состоялся между нами, произвел на меня глубокое впечатление в плане перспектив развития геофизического мониторинга. Было решено, что я остаюсь работать в ИПГ, и Е.К. Федорову пришлось приложить немало усилий, чтобы молодого специалиста МИФИ С.И. Авдюшина направили на работу в ИПГ.
В это время (1959 год) перед ИПГ АН СССР была поставлена задача создания радиационного мониторинга в космосе. С этой целью необходимо было разработать и изготовить бортовую радиометрическую аппаратуру для ракет и ИСЗ и принять участие в испытаниях высотных ядерных взрывах по исследованию радиационных параметров взрыва.
Решение о проведении цикла испытательных высотных взрывов было принято в ответ на американские испытания ядерного оружия в космосе «Операция Аргус». Для представления операции Аргус приведем цитаты из современного издания Энциклопедии «Космонавтика» А.Г. Железнякова. «Одной из самых секретных операций, проведенных армией США во время реализации программы создания ракетно-ядерного оружия, стал эксперимент «Argus». Он был осуществлен в августе-сентябре 1958 года и та завеса секретности, которая окружала операцию, была сравнима, разве что, с подготовкой и проведением первого взрыва ядерной бомбы на полигоне Alamogo (штат Нью-Мексико, США) 16 июля 1945 года. Основной целью проводимого эксперимента являлись исследования действия поражающих факторов ядерного взрыва, произведенного в условиях космического пространства, на земные радиолакаторы, системы связи и электронную аппаратуру спутников и баллистических ракет. Кроме того предполагалось изучить взаимодействие радиоактивных изотопов плутония, высвобождавшихся во время взрыва, с магнитным полем Земли».
Подготовку и участие в испытаниях осуществлял Р.М. Коган с группой молодых ученых, пришедших в Институт после окончания МГУ им. М.В. Ломоносова и МИФИ.
Исходная информация была очень ограниченной. Она сводилась к следующему. Ионизирующие излучения ядерного взрыва имеют «мгновенную» и «запаздывающую» компоненты. Мгновенное гамма-излучение возникает в момент деления ядер, и его длительность определяется временем протекания ценной реакции в веществе боеприпаса, зависящем, очевидно, от конструктивных параметров бомбы, нам совершенно неизвестных. Несколько проще была ситуация с запаздывающим гамма излучением осколков деления, поскольку оно меньше зависит от конструкции «изделия», так как регистрируется после разлета (испарения) этой конструкции.
Разработка и изготовление комплекса аппаратуры «Прочность» для установки на головную часть исследовательской ракеты Р-12 должны быть оригинальными, т. к. аппаратура должна сохранять работоспособность при пролете через эпицентр взрыва и при падении сохранить контейнер с записью результатов измерения.
Руководил разработкой и изготовлением комплекса «Прочность» П.М. Свидский.
Вот как описываются в Энциклопедии «Космонавтика» А.Г Железнякова высотные испытания ядерного оружия в СССР.
«Серия испытаний получила в документах условное наименование «Операция» «К» и была призвана исследовать влияние высотных ядерных взрывов на работу радиоэлектронных средств, в том числе, а скорее в первую очередь, на работу средств системы противоракетной обороны (система «А»).
Первые два эксперимента были проведены 27 октября 1961 года («К1» и «К2»), три других – 22 октября, 28 октября и 1 ноября 1962 года («КЗ», «К4» и «К5»). К этому времени США провели аналогичные испытания в районе атолла Джонстона в акватории Тихого океана.
В каждом эксперименте производился последующий пуск с ракетного полигона в Капустином Яре двух баллистических ракет «Р-12», направленных в «центр обороны» системы «А» (полигон в Сары-Шагане), причем их головные части летели по одной и той же траектории одна за другой с некоторым запаздыванием друг от друга. Первая ракета была оснащена ядерным зарядом, который подрывался на заданной для данной операции высоте, а в головной части второй были размещены многочисленные датчики, призванные измерить параметры поражающего действия ядерного взрыва. Как я уже отметил, «основная партия» в экспериментах принадлежала системе ПРО и именно перед ней ставились основные задачи: обнаружить и сопровождать радиолакационными средствами вторую ракету (без ядерного заряда) и осуществить ее перехват противоракетной «В-1000» (Главный конструктор – Петр Дмитриевич Грушин) в телеметрическом варианте (без боевой части).
Высота взрывов ядерного заряда составляла: в операциях «К1» и «К2» -300 и 150 километров при мощности головной части в 1,2 килотонны. Высота подрыва ядерных зарядов в операциях «КЗ», «К4», «К5» -300, 150, 80 километров соответственно при существенно больших мощностях зарядов, чем в первых двух операциях (300 килотонн).
Кроме системы «А» в эксперименте участвовали специально привлеченные технические средства, сосредоточенные вдоль трассы полета баллистических ракет, здесь же работали ионосферные станции, производились запуски метеозондов и геофизических ракет. На всех радиоэлектронных средствах фиксировались нарушения их работы, вызванные ядерными взрывами.
Информация об этих испытаниях до сих пор остается лишь косвенной. Официальные документы о них не опубликованы и вероятнее всего еще долго останутся закрытыми.
Даты проведения испытаний удалось выяснить, воспользовавшись публикациями в американской серии «Nuclear Weapons Databook Working Papers».
Полученные прямые наблюдательные данные о характеристиках проникающих излучений высотных (космических) ядерных взрывов позволили готовиться к реализации программы подготовки космической системы мониторинга и радиационной обстановки в ОКП с целью контроля за соблюдением моратория о прекращении ядерных испытаний в космосе. Возможность надежного контроля была одним из важных условий для заключения таких соглашений и активно обсуждалась, в частности, на международных переговорах в 1958 году, когда советскую делегацию возглавлял Е.К. Фёдоров. К этому туру переговоров рядом видных советских ученых (В.Л. Гинзбург, Р.М. Коган, Я.Л. Альперт) были подготовлены соображения и оценки по возможным методам обнаружения взрывов.
Поскольку конечный результат работы системы контроля зависит от соотношения величин «полезного сигнала» и уровня помех, уже в 1961 году начали проработку вопросов об измерении таких характеристик космического фона радиационных потоков, которые важны при реализации конкретных методов обнаружения. В институте своими силами были разработаны и изготовлены макетные образцы аппаратуры, которые были использованы для установки на первых спутниках серии «Космос». В частности, 21.12.1961 в 12:30 UTC с космодрома Капустин Яр, стартовый комплекс «Маяк»-2, был осуществлен пуск ракеты-носителя «Космос-63С1», который должен был вывести на околоземную орбиту советский спутник «ДС-1» серии № 2 (1961 1221F), с такой аппаратурой. Аппаратуру к пуску подготовил С.И.Авдюшин. К сожалению, спутник на орбиту не вышел из-за аварии ракеты-носителя на 354-й секунде полета. 20.10.1962 в 4:00 UTCc космодрома Капустин Яр, стартовый комплекс «Маяк-2», осуществлен пуск ракеты-носителя «Космос-63С1» который вывел на околоземную орбиту советский спутник «Космос-11» (00441/1962 Бета Тэта 1). КА типа «ДС-А1», сер.№ 1 выведен на орбиту с параметрами: наклонение орбиты – 49 градусов; период обращения – 96,1 минуты; минимальное расстояние от поверхности Земли (в перигее) – 245 километров; максимальное расстояние от поверхности Земли (в апогее) -921 километр.
Это был первый советский спутник с запоминающим устройством, рассчитанным на запись в течение 800 минут.
В мае следующего года был уже успешный запуск точно такого же спутника, который получил обозначение ИСЗ «Космос-17» (запуск 22 мая 1963 г., высоты 260–788 км, угол наклона 49 градусов). На нем были получены важные данные о величинах и микроструктуре потоков проникающих излучений, возникающих при взаимодействии энергичных космических лучей с веществом аппарата, данные о вариациях интенсивности ГКИ и частиц, захваченных в геомагнитную ловушку. В частности, получены величины потоков энергичных электронов, инжектированных при американском ядерном испытании «Старфиш» 9 июля 1962 года. Работа с материалами этого спутника послужила прологом к развитию в ИПГ нового направления по обеспечению радиационной безопасности полетов пилотируемых космических кораблей.
В начале июня 1963 года по запросу Комиссии по исследованию и использованию космического пространства институту было поручено оценить радиационные условия на трассах пилотируемых КА "Восток". Работа велась с иcпoльзoвaнием данных измерений потоков ионизирующих излучений гейгеровскими и сцинтилляционными счетчиками в составе аппаратуры ИПГ на «Космос-17».
Как выяснилось позже, полученная оценка – 15 миллирад/сутки оказалась близкой к значениям, зарегистрированными бортовыми дозиметрами в последовавших вскоре космических полетах В.Ф Быковского и В.В Терешковой (старты 14 и 16 июня 1963 года, соответственно).
Это был первый опыт ИПГ по радиационному обеспечению пилотируемых космических полетов, послуживший прологом к официально оформленной лишь через 10 лет (в 1973 г.) Службе контроля и прогноза радиационной обстановки в ОКП. Он позволил определить и опробовать некоторые подходы и принципы, реализованные затем в Службе.
В целом, полученные результаты и накопленный опыт, с одной стороны, а также развитие международных отношений в сторону разрядки напряженности, с другой, позволили нам сформулировать новые «мирные» инициативы по созданию регулярной службы прогноза радиационной обстановки в околоземном космическом пространстве для нужд обеспечения космических полетов. Е.К. Федоров, возглавивший к тому времени Гидрометслужбу страны, выступил с таким предложением. Эта инициатива, однако, не встретила должного понимания и поддержки у «космических академиков», возможно, определенную роль при этом сыграли и конъюктурные соображения.
– Ну и шут с ними, – сказал нам Е.К. Федоров – вот сейчас ведется подготовка первого спутника для создаваемой Космической метеорологической системы. Сумеете быстро разработать комплекс бортовой аппаратуры, обеспечивающей регулярные непрерывные измерения необходимых параметров радиационной обстановки, провести наблюдения и оперативную обработку данных, тогда разговор будет другим.
Разработку и изготовление экспериментального радиометрического комплекса (РМК-1) для спутника «Метеор» возглавил Главный конструктор С.И. Авдюшин, так что на первом же спутнике «Метеор-1» № 1 (запущен 26 марта 1969 г., высоты 630–713 км, угол наклона орбиты 82 градуса) начал работать радиометрический комплекс РМК-1. Он впитал в себя идеи и опыт наших прежних разработок и по ряду параметров соответствовал или даже превосходил мировой уровень для того времени. Широкий набор детекторов, включавший гейгеровские и сцинтилляционные счетчики разных размеров, с различной экранировкой и с соответствующим выбором порогов дискриминации выходных сигналов, был рассчитан для получения суммарных и раздельных данных о потоках энергичных электронов и протонов, проникающих за определенные значения защиты, начиная от 4 10 г/кв. см, и до нескольких и более г/кв. см; соответствующие пороговые энергии выбирались по протонам – 5, 15, 25 и 40 МэВ (по электронам это – 150 и 500 кэВ, 1,6 и 3,1 МэВ), а также 65 МэВ и в энергетическом окне 30–80 МэВ. Необходимый широкий динамический диапазон регистрируемых плотностей потоков достигался засчет различия геометрических факторов детекторов излучений и применением электронной цифровой квазилогарифмической системы регистрации скоростей счета импульсов. Созданием оригинальной Бортовой автоматической регистрирующей системы (БАРС), включающей электронные схемы с цифровой регистрацией и сжатием информации и запоминающее устройство с емкость на 800 минут, были разработаны и изготовлены коллективом талантливых разработчиков лаборатории В.О. Вяземского в ЛЭТИ – Ленинградском электро-техническом институте им. Ульянова-Ленина.
Цифровая форма бортовой регистрации передачи данных по телеметрии позволила быстро ввести в действие систему оперативной обработки на ЭВМ (тогда это была «Минск-26») принимаемой с ИСЗ информации.
Первые же результаты наблюдений показали удачность как выбора космической платформы, так и разработанной аппаратуры для мониторинга радиационных условий в ОКП. Уже через четыре дня после запуска, 30 марта 1969 года, была зарегистрирована вспышка солнечных космических лучей, а 11 апреля – еще одно вторжение в магнитосферу Земли потоков энергичных протонов от хромосферной вспышки 10 апреля, продолжавшееся более 10 дней, причем интенсивность в максимуме в тысячи раз превышала обычный фоновый уровень.
14 октября 1970 г. были зарегистрированы повышенные потоки гамма-излучения при прохождении спутника над территорией Китая, что интерпретировалось как излучение радиоактивного облака от проведенного приземного ядерного взрыва.
Были также получены новые данные о динамике потоков электронов и протонов радиационных поясов Земли.
Оперативно обрабатываемая космическая радиационная информация («штормовая» – сразу после приема данного витка и «глобальная» – в форме суточной карты в изолиниях потока на орбите ИСЗ) предоставлялась руководящим органам космической отрасли, в том числе руководству в те времена сравнительно краткосрочными полетами пилотируемых кораблей «Союз», начиная с № 9.
Поэтому, когда Е.К. Федоров повторно в 1973 году обратился в ВПК с предложением о создании при ГУГМС Службы радиационной обстановки в ОКП, это предложение получило поддержку. Было дано Поручение подготовить соответствующее Решение Совета Министров СССР. При согласовании материалов к этому решению от Президента АН СССР М.В. Келдыша, который считал, что Академии следует вести только фундаментальные исследования, поступило предложение передать в ГУГМС из АН действовавшую там Ионосферно-магнитную службу.
Как результат межведомственных согласований, Постановление Совета Министров СССР от 12 ноября 1973 года предусматривало сосредоточение в ГУГМС работ по обеспечению заинтересованных Ведомств и других потребителей оперативной информацией и прогнозами состояния верхней атмосферы и космоса, организации с этой целью Службы контроля и прогноза радиационной обстановки в околоземном космическом пространстве.
Е.К. Фёдорову была свойственна широта и глубина экспериментальных исследований. Он организует высокогорную экспедицию на Эльбрусе, которая затем выросла в Высокогорный Геофизический Институт, филиал ИПГ в г. Обнинске впоследствии преобразованный в Институт экспериментальной метеорологии.
В 1960 г. Е.К. Фёдоров был избран академиком и утвержден ученым секретарем АН СССР, но ИПГ он не покинул и продолжал руководить Институтом по совместительству без оплаты. В период шестидесятых годов в ИПГ бурно развивались работы по исследованию верхней атмосферы и околоземного космического пространства, а также планет Венера и Марс. Началось создание системы и прогноза радиационной обстановки околоземного космического пространства. За космические исследования, выполненные на третьем ИСЗ, четверо сотрудников ИПГ были удостоены Ленинской премии (В.Г. Истомин, Б.А. Миртов, В.В. Михневич, Т.Н. Назарова.)
Продолжались исследования по использованию ядерных взрывов в мирных целях (в народном хозяйстве). Эти работы возглавлял молодой ученый Ю.А. Израэль.
В конце 1962 г. Е.К. Фёдоров был назначен начальником Главного управления Гидрометеослужбы при Совете Министров СССР. В этот же период ИПГ был переведён из АН СССР сначала в Министерство среднего машиностроения, а затем в ГУГМС, т. к. Е.К. Фёдоров понимал, что только в сочетании с гидрометеорологической службой, найдут практический выход те научные результаты, которые уже имелись в Институте.
В 1968 г. Е.К. Фёдоров передаёт пост директора Института в руки ещё молодого ученого, но уже завоевавшего авторитет в научных кругах, Ю.А. Израэля. В этом же году Институт за успешное внедрение геофизических исследований в прикладные проблемы награждается орденом Трудового красного знамени.
До 1972 г. Институтом руководит Ю.А. Израэль. За этот период был сделан большой вклад в развитие системного подхода к изучению природной среды и заложены основы экологического мониторинга окружающей среды. На первом этапе это был контроль и прогноз загрязнённости окружающей природной среды.
В 1970 году Ю.А. Израэль был избран член-корреспондентом АН СССР, а в 1972 году назначен первым заместителем начальника ГУГМС. Временно руководить Институтом было поручено мне.
В 1974 году Е.К. Фёдоров покинул пост начальника ГУГМС, передав его Ю.А. Израэлю, и вернулся на пост директора ИПГ. В семидесятые годы Фёдоров Е.К. с большим энтузиазмом начал работать над проблемой охраны окружающей среды в СССР и во всём мире. Был поставлен вопрос о необходимости развития изучения экологической обстановки у нас в Стране и Мире в целом. С этой целью была организована самостоятельная Лаборатория мониторинга окружающей среды и климата, директором которой является Ю.А. Израэль.
Обрели целостность и направленность исследования, связанные с изучением атмосферы и околоземного космического пространства. Развиваются геофизические службы, которые затем оформились в Службу "Погоды в космосе".
В конце 1981 г. после операции Е.К. Фёдоров скончался. Ушёл безвременно из жизни в расцвете творческих сил. Институт в память о его создателе носит теперь его имя.
Институт прикладной геофизики имени академика Е.К. Фёдорова продолжает работы по пути, начертанному Е.К. Фёдоровым, и успешно внедряет в практику свои научные достижения.
Данный текст является ознакомительным фрагментом.