День космонавтики: о вкладе ученых КФУ в освоение космоса

КФУ является одним из ведущих российских и мировых центров в области астрономии и космической геодезии.

Сегодня, 12 апреля, весь мир отмечает Международный день полета человека в космос, учрежденный резолюцией Генеральной Ассамблеи ООН в 2011 году. 12 апреля 1961 года советский космонавт Юрий Гагарин на космическом корабле «Восток-1» впервые в мире совершил орбитальный облет Земли. А с 1968 года в России ежегодно отмечается День космонавтики. За первым полетом человека в космос стоит многолетний труд ученых, в том числе Казанского университета.

О вкладе ученых Казанского университета в освоение космоса рассказал Центру медиакоммуникаций КФУ директор Астрономической обсерватории им. В.П. Энгельгардта Казанского федерального университета, профессор кафедры вычислительной физики и моделирования физических процессов Института физики КФУ Юрий Нефедьев.

Кафедра астрономии Казанского Императорского университета (ныне кафедра астрономии и космической геодезии КФУ) – старейшая в России. Подготовка профессиональных астрономов здесь ведется с 1810 г. В числе первых студентов кафедры были Николай Лобачевский, а также Иван Симонов. В 1838 г. на территории университета была построена обсерватория, где казанские ученые проводили систематические наблюдения за астрономическими явлениями и сделали первые открытия. Например, профессор Мариан Ковальский (c 1854 г. возглавлял обсерваторию Казанского университета) предположил, что наша звездная система вращается. В 1899 г. обсерватория была перенесена за 20 км от Казани. Загородную обсерваторию назвали именем Василия Энгельгардта. В настоящее время комплекс астрономических обсерваторий Казанского федерального университета претендует на включение в список всемирного наследия ЮНЕСКО.

КФУ является одним из ведущих российских и мировых центров в области астрономии и космической геодезии – как в сфере подготовки кадров, так и в сфере фундаментальных и прикладных исследований. В разное время его выпускники были инициаторами создания научных и образовательных центров этого направления и возглавляли крупные творческие коллективы.

Научные данные, полученные казанскими астрономами, были использованы при подготовке запусков космических аппаратов к Луне и Марсу. В связи с этим особенно следует выделить работы в области селенодезии и метеорной астрономии. В области селенодезии проведены наблюдения пяти гелиометрических рядов по привязке кратера Местинг А с целью определения постоянных физической либрации луны (ФЛЛ) и исследования ее фигуры (А.В. Краснов, Т. Банахевич, А.А. Яковкин, И.В. Белькович, А.А.Нефедьев). По гелиометрическим наблюдениям кратера Местинг А построены карты краевой зоны Луны (А.А. Нефедьев). На горизонтальном телескопе также выполнен фотографический ряд наблюдений Луны с целью изучения ФЛЛ (Ш.Т. Хабибуллин). Получено 435 снимков Луны на фоне звезд с целью установления равномерной шкалы эфемеридного времени (Н.Г. Ризванов). Разработан уникальный метод получения крупномасштабных снимков Луны на фоне звезд, на основе которых решен ряд задач селенодезии абсолютным методом (Н.Г. Ризванов, С.Г. Валеев). Впервые доказано, что центр масс Луны расположен на 3.3 км ближе к Земле, чем центр ее фигуры (К.С. Шакиров). Получены ряды фотографических наблюдений площадок звездного неба и небесных объектов в рамках международных и всесоюзных программ (Н.Г. Ризванов, Ю.А. Нефедьев, И. Целищев, В.Н. Киткин, И.А. Даутов, М.И. Кибардина). Изучены тонкие эффекты физической либрации во вращении Луны, связанные с наличием у нее многослойного ядра, развита теория и впервые сделаны оценки периодов возможных свободных либраций и свободной нутации внешнего жидкого и твердого внутреннего ядра (Н.К. Петрова, А.А. Загидуллин). Построен глобальный каталог опорных объектов в небесной системе координат (Ю.А. Нефедьев, Н.Ю. Демина, А.О. Андреев).

В области метеорной астрономии ученые Казанского университета также провели ряд значимых работ. Так, разработана статистическая теория радиолокации ионизированных метеорных следов с учетом случайного положения отражающей точки на следе, его начального радиуса и диффузии за время его формирования (методом математического моделирования – К.В. Костылев, аналитическим методом – О.И. Белькович). Кроме того, разработан метод вычисления распределений плотностей потока спорадических метеорных тел по небесной сфере по результатам наблюдений метеорных следов на радиолокаторе с поворотной антенной (Ю.А. Пупышев, О.И. Белькович). Также разработаны астрономические основы метеорной радиосвязи (К.В. Костылев, О.И. Белькович), методы обработки радиолокационных и визуальных наблюдений метеорных потоков с целью изучения вариаций плотности потока метеорных тел с массой выше 10 в -3 степени г и параметра s распределения их по массам вдоль орбиты Земли как функции долготы Солнца. Это позволило впервые получить эволюцию метеорных потоков Персеид и Леонид на интервале наблюдений 160 лет (О.И. Белькович, Н.И. Сулейманов, В.С. Тохтасьев, М.Г. Соколова, С.В. Сулейманова, М.В. Сергиенко).

Помимо всего, выведена формула преобразования плотности потока спорадических метеорных тел в гравитационном поле движущегося тела (О.И. Белькович, В.В. Андреев), разработаны основы ГОСТ «Вещество метеорное. Пространственное распределение». ГОСТ используется для расчета надежности функционирования человека и технических устройств на КА (О.И. Белькович). Также показано, что гравитационная фокусировка Солнца увеличивает плотность потока межзвездных метеорных тел с радиантом в антиапексе Солнца в миллионы раз (О.И. Белькович).

В последние несколько лет в рамках Государственного оборонного заказа Роскосмоса была разработана система навигационного обеспечения лунных миссий и была решена задача по созданию навигационной имитационной модели для привязки космического окололунного спутника (ОИЛС) к динамической референтной селеноцентрической системе на основе трансформации координат с использованием регрессионного моделирования. Впервые в мировой практике по координатному положению лунного объекта, наблюдаемого ОИЛС, и с использованием программного обеспечения, разработанного авторами, теперь можно вычислять и сравнивать параметры альтиметрии данной точки по отношению к селеноцентрической цифровой карте поверхности Луны.

Также в рамках гранта РНФ «Создание динамической имитационной селенографической модели с учетом параметров внутреннего строения Луны на основе методов космической геодезии, планетологии и многопараметрического анализа» построена численная теория физической либрации Луны (ФЛЛ), являющаяся одним из основных инструментов в изучении внутреннего строения Луны, а также основой для решения задач селенодезии и координатно-временного обеспечения.

В результате получены численные таблицы ФЛЛ для применения на практике для двух моделей: модели твердотельной Луны с учетом 3-й и 4-й гармоник в разложении селенопотенциала и для модели упругой Луны с использованием метода усредненных моментов инерции. Все эти результаты вошли в 2021 г. в перечень важнейших достижений науки по решению Научного совета по астрономии РАН и в 2022 г. опубликованы в Highlighted on Springer Nature. Планируется, что они также будут использоваться при осуществлении лунных российских миссий Луна -25, -26, -27 и 28.

Источник