Для описания внешнего поля, помимо магнитных, нужны электрические измерения. Их проведет цифровой измеритель ионного потока DIDM (Digital Ion Drift Meter) из Исследовательской лаборатории ВВС США. Этот прибор состоит из двух ионных детекторов, способных измерять продольные и поперечные скорости ионов набегающего потока. Совместно с DIDM работает планарный лэнгмюровский зонд PLP, главная функция которого – определение потенциала КА. В результате цифровой обработки на борту реконструируется вектор трехмерной скорости ионов (погрешность – 1° по направлению, 130 м/с по скорости) и определяется скорость дрейфа ионов, напряженность электрического поля, плотность и энергия ионов. Предполагается также наблюдать движение ионосферных токов под действием атмосферных волн и ветров в термосфере. Будет изучена связь электрических полей с магнитной активностью, с местным временем, с временем года и с фазой солнечного цикла.
   Следует отметить, что надежной модели распределения электрических полей в ионосфере все еще нет, и по данным CHAMP будут впервые построены глобальные карты для всех широт с достаточным разрешением. Кроме того, найденные электрические поля и токи являются важными входными параметрами для моделирования «космической погоды».
   Высокоточная гравитационная съемка является основной задачей CHAMP и обещает наибольшие «дивиденды». Параметры гравитационного поля Земли определяются по эволюции орбит КА – для этого наземные станции ведут тщательное наблюдение примерно за 30 аппаратами. В результате по-строена модель, описывающая земной геоид (поверхность равного гравитационного потенциала, близкая к уровню океанов) с точностью порядка 1 м. Задача КА CHAMP – довести точность определения радиуса геоида до 1 см при пространственном разрешении 550–650 км, то есть улучшить существующую модель на два порядка.
   За счет чего? Во-первых, CHAMP оснащен 16-канальным бортовым GPS-приемником и может самостоятельно определять свое текущее положение. Приемник TRSR-2 (Лаборатория реактивного движения, США) использует две всенаправленные антенны (основная зенитная и запасная хвостовая) и две спиральные антенны с шириной диаграммы 45° (хвостовая и надирная). Через зенитную антенну принимаются сигналы до 12 спутников GPS, после чего с интервалом 10 сек решается бортовая навигационная задача – получаются компоненты вектора положения (погрешность не выше 60 м) и скорости и временная отметка. (Данные также накапливаются и сбрасываются на Землю для точного восстановления орбиты с погрешностью в единицы метров при отсутствии загрубления сигналов GPS.) Еще четыре канала прибора используются для экспериментов по радиопросвечиванию атмосферы и по GPS-альтиметрии.
   Во-вторых, проект CHAMP предусматривает тщательный учет всех негравитационных возмущений орбиты КА: импульсы двигателей, аэродинамическое сопротивление, давление солнечного излучения, отраженный от Земли свет и др. Для этого КА оснащен акселерометром STAR Национального центра космических исследований Франции (изготовлен Национальным управлением аэрокосмических исследований ONERA), который установлен вблизи центра тяжести КА. За счет симметричного расположения баков азота чувствительный элемент акселерометра всегда находится не далее 2 мм от центра тяжести. Динамический диапазон акселерометра – ±10-4 м/с2, разрешение по осям Y и Z – 3x10-9 м/с2, временное разрешение – от 10 до 10000 сек. Для определения текущей ориентации акселерометра на корпусе КА установлен еще один двухканальный звездный датчик ASC (угол между каналами – 90°).
   Модель CHAMP выявляет только среднемасштабные детали гравитационного поля. Однако к ней можно привязать результаты наземных измерений и данные альтиметрии над океанами, добавив необходимые детали. 
   Появится также возможность пересчитывать высоты, измеренные космическими навигационными системами относительно земного эллипсоида с погрешностью в несколько сантиметров, в «обычные» высоты относительно уровня моря. Тем самым отпадет необходимость в дорогостоящих геодезических измерениях.
   Особый интерес представляют временные изменения гравитационного поля, вызванные глобальным перераспределением масс – в атмосфере, в результате океанской циркуляции, с таянием или накоплением льда и т.п. 
   Спутниковая альтиметрия дает уровень океанов также с погрешностью порядка 1 см. Однако уровень океана не только отражает радиус геоида, но зависит и от температуры и плотности воды. Вычитая один уровень из другого, можно немедленно получить картину океанской циркуляции (важнейшее неизвестное в глобальных моделях климата) и поле гидростатического давления. Длительные наблюдения выявят влияние глобального потепления на объем воды и обмен массы между водой и льдами.
   В области геофизики модель CHAMP позволит выбрать правильные сейсмические томографические модели и тем самым «прощупать» структуру и поведение границы кора-мантия, структуру и особенности конвекции верхней мантии. Здесь результаты гравитационной и магнитной съемки взаимно обогащают друг друга.
Работа CHAMP станет новым словом в исследовании геопотенциалов и важным вкладом в т.н. «Десятилетие геопотенциалов». Дополнительные исследования будут проведены на космической системе GRACE (2001) и затем в проекте GOCE (2005).
   На CHAMP впервые будут проведены исследования атмосферы и ионосферы посредством радиозатменных наблюдений с использованием бортового GPS-приемника и хвостовой GPS-антенны – эксперимент AIP (Atmospheric/Ionospheric Profiling). Впервые подобный эксперимент был поставлен на американском КА Microlab-1 в 1995–1997 гг. Во время радиозахода КА GPS ведутся записи его сигналов L1 и L2 с высоким временным разрешением (50 Гц), а параллельно записываются сигналы с не заходящего в данный момент спутника. По искаженным радиосигналам можно определить вертикальные профили температуры, давления и влажности с разрешением около 1 км и с точностью (по температуре) лучше 1°, а сравнив два сигнала разной частоты – рассчитать электронную плотность в ионосфере. Измерения проводятся в зоне наземной станции GPS, чтобы свести к минимуму временные ошибки. При 150–250 заходах в сутки глобальная карта атмосферных параметров будет формироваться дважды в неделю.
   В поисковом эксперименте по альтиметрии с использованием отраженного GPS-сигнала используется надирная спиральная антенна. Исследователи будут проверять условия отражения GPS-сигнала от воды, снега и льда и возможность точного определения высоты полета, а также определять электронную концентрацию ниже орбиты CHAMP до высоты 60 км. В сочетании с наземными измерениями это позволяет восстановить состояние ионосферы в пространстве и во времени с высоким разрешением.
   Задачи полета требуют точного определения положения КА наземными средствами. Для этого на нижней плоскости КА установлен лазерный отражатель LRR (Laser Retro Reflector). Отражатель из четырех призм с апертурой 38 мм крепится на скобе в 250 мм ниже центра тяжести КА. Благодаря малому размеру отражателя расстояние до КА измеряется с точностью 1–2 см.
   Помимо точного определения орбиты и калибровки бортового GPS-приемника, отражатель будет использоваться для эксперимента по «двухцветной» лазерной локации. Цель постройки новых лазерных станций с лазерами на двух частотах та же, что и при двухчастотном радиозондировании: устранить погрешности, связанные с неоднородностями атмосферы.

   CHAMP заработал

   29–30 июня CHAMP был доставлен самолетом в Архангельск, а оттуда вертолетом в Плесецк. 11 июля спутник и адаптер с дополнительными ПН были установлены на РН и закрыты обтекателем. 14 июля в 02:30–06:00 ДМВ носитель вывезли на старт и к 11:00 установили в вертикальное положение. 15 июля в 06:45 Госкомиссия приняла решение на пуск. С 09:20 до 11:50 носитель был заправлен, а в 15:00 состоялся запуск.
   Управление КА осуществляется Германским центром космических операций GSOC (г.Оберпфаффенхофен; руководитель полета Петер Мюльбауэр) через наземную станцию Вайльхайм. Сброс записанных данных на скорости 1 Мбит/с (служебная и научная телеметрия общим объемом 141 Мбайт за 4–5 сеансов в сутки) проводится на 7.3-метровую антенну станции DFD (г.Нёйштрелитц). (При необходимости Вайльхайм также может принять записанную информацию, а зоны радиовидимости двух станций частично перекрываются.) Для работы с CHAMP также используется радиолокатор FGAN под Бонном. Архив научных данных формируется в Потсдаме, но данные по ионосфере хранятся в Нёйштрелитце. 
   В первые 60 часов полета к приему данных были привлечены станции NASA (МакМёрдо, Шпицберген, Уоллопс-Айленд и Покер-Флэт). Первая телеметрия с CHAMP была принята в МакМёрдо через 50 мин после запуска, а в первом сеансе через Вайльхайм проверили прохождение команд на борт. Первая проверка служебного борта заняла первые сутки. Был зарегистрирован отказ одного, а затем второго грубого солнечно-земного датчика. Первоначально германская сторона объяснила отказы соударением КА с головным обтекателем, затем появилась версия об их перегреве. Перепрограммирование датчиков позволило восстановить их штатную функцию – обеспечение перехода в защитный режим.
   Анализ первых сброшенных данных показал также ненормальное поведение блока заряда аккумуляторной батареи – вероятно, вследствие мощной магнитной бури 15–16 июля. Замечание удалось устранить введением в бортовое ПО защиты блока по температуре. Для более оперативной ликвидации последствий отказов полярные станции NASA работали с CHAMP до 30 июля.
   На 9-м витке была развернута штанга с магнитометрами, и к 17 июля спутник был переведен в режим точной ориентации. Первые лазерные измерения дальности провела станция Рига (Латвия); последующие измерения со станции Грац (Австрия) показали не-определенность измерений дальности менее 4 мм. 
К 19 июля были включены шесть научных приборов из семи, а 26 июля после дегазации включили высоковольтный режим измерителя дрейфа DIDM. Первые данные со всех приборов подтверждают их нормальную работу. Техническая приемка спутника и его научной аппаратуры должна закончиться к середине августа. Калибровка приборов и подтверждение их характеристик займет несколько месяцев.
   Заключительный этап работы CHAMP предусматривает съемку с высоты 300 км и ниже. К сожалению, невозможно предсказать, насколько за время максимума солнечной активности в 2000–2001 гг. снизится орбита CHAMP – это может быть и 50 км, и 200 км. Поэтому в ходе полета предусмотрена возможность однократной коррекции орбиты КА – либо на подъем, либо на торможение. Коррекция будет проведена по решению GFZ с использованием двух газовых сопел OC, вектор тяги которых проходит точно через центр тяжести КА. За 30 часов непрерывной работы сопла израсходуют 10 кг азота, которых достаточно для изменения высоты орбиты на 40 км.

   MITA

   На орбиту высотой 470 км «Космос-3М» выводит до 1100 кг. Большой запас по грузоподъемности позволил поставить в качестве попутного груза спутник MITA и аппаратуру BIRD-Rubin. Эти ПН размещены на адаптере массой около 100 кг, разработанном OHB-System и ПО «Полет» и изготовленном в Омске.
   Спутник MITA (Microsatellite Italiano a Technologia Avanzata – Итальянский микроспутник перспективных технологий) разработан в 1998–2000 гг. компанией Carlo Gavazzi Space SpA (Милан, Италия) при поддержке швейцарской фирмы Oerlikon Contraves по заказу Итальянского космического агентства. Carlo Gavazzi входит в германскую Fuchs Gruppe вместе с Cosmos International и OHB-System GmbH – партнером омского ПО «Полет» по маркетингу РН «Космос-3М».
   Спутник MITA создан с целью летной отработки дешевой платформы для проектов по изучению Земли из космоса и для проведения технических и научных экспериментов. Платформа с трехосной ориентацией разрабатывается для работы как на низкой околоземной орбите (3 года), так и на геопереходной (1 год). На ее базе предполагается создать итальянские малые научные спутники Refir, Stratus, Sage и Agile.
   Масса КА – 169.9 кг (в ряде сообщений ошибочно приводится масса 50 кг). Корпус КА MITA выполнен в виде параллелепипеда размером 145х40х62 см, габаритные размеры с учетом солнечных батарей – 180х140х60 см. Электропитание обеспечивают две панели СБ площадью по 1.33 м2: в среднем – 75 Вт, в пиковом режиме – 95 Вт. В состав СЭП входит также никель-водородная аккумуляторная батарея. Терморегулирование пассивное, с использованием трех радиаторов. Система стабилизации имеет два датчика горизонта и два грубых солнечных датчика и с помощью маховика и трех магнитных катушек обеспечивает ориентацию в надир с точностью 1°. Бортовой компьютер использует многозадачную ОС реального времени. Бортовой передатчик мощностью 1 Вт передает телеметрию в диапазоне S (2.2 ГГц) со скоростью 1 Мбит/с (по другим данным, 512 кбит/с). Командная радиолиния имеет пропускную способность 
4 кбит/с. Бортовое ЗУ рассчитано на 64 Мбит. Наземные станции – Трапани (Италия), Малинди (Кения) и Кирана (Чад).
   В качестве опытной полезной нагрузки MITA несет технический экземпляр спектрометра NINA, разработанного Национальным институтом ядерной физики Италии совместно с МИФИ (Москва). Летный образец NINA был установлен на российском КА «Ресурс О1» №4, запущенном 10 июля 1998 г. (НК №15/16, 1998). Космический телескоп NINA представляет собой кремниевый детектор и предназначен для изучения космических лучей солнечного и галактического происхождения в энергетическом диапазоне 10–200 МэВ/нуклон. Прибор позволяет идентифицировать ядра до железа включительно и различать изотопы до азота включительно, что позволяет решать важную задачу исследования состава и энергетического спектра галактических и солнечных КЛ. Кремниевый детектор состоит из 32 чувствительных пластин размером 60х60 мм и толщиной 380 мкм, каждая из которых разделена на 16 полос шириной 3.6 мм. Он регистрирует частицу в виде двух независимых треков (по оси X и Y), записывая энергию, выделенную в каждой пластине. Вторая NINA, доработанная для полета на КА MITA, будет выполнять 117312 измерений за виток, что соответствует 10 Мбит данных.
   На КА MITA также установлена ПН MTS-AOMS (MicroTechSensor for Attitude and Orbit Measurement System) Европейского космического агентства. Этот микродатчик предназначен для определения ориентации КА и параметров орбиты. В его состав входят датчик с активной пиксельной матрицей для регистрации Земли и неба и двухосный магнитометр. ПН изготовлена компанией Astrium в рамках новой экспериментальной программы ЕКА по летной отработке технологий. Расходы сторон в этой программе делятся следующим образом: на разработку и управление – изготовитель, на интеграцию и запуск – ЕКА. Еще два подобных эксперимента запланированы в период до января 2001 г.

   BIRD-Rubin

   Неотделяемый по-лезный груз (блок научной аппара-туры) BIRD-Rubin массой 36.8 кг установлен на ферме на 2-й ступени РН. Интересна история этого изделия. Первоначально второй попутной ПН для CHAMP'а должен был стать микроспутник наблюдения BIRD (Bispectral Infrared Detection – Двухспектральное ИК-обнаружение, bird (англ.) – птица) массой 85 кг, оснащенный стереосканером WAOSS и ИК-камерами MWIR и LWIR. 
   Однако компания OHB-System не успевала сделать спутник BIRD к запуску – потребовалась замена. По предложению фирмы, студентами Университета прикладных наук в Бремене под руководством д-ра Индулиса Калнинса была разработана экспериментальная командно-измерительная система BIRD-Rubin. Этот неотделяемый ПГ с питанием от аккумуляторов регистрирует некоторые параметры полета и передает файлы данных на сеть американских спутников Orbcomm, с которых через шлюз файлы поступают в Интернет и по электронной почте доставляются разработчику. Часть «железа» изготовили в Омске на «Полете».
   По сообщению OHB-System от 24 июля, ПГ BIRD-Rubin работал успешно в течение шести суток и д-р Калнинс получил около 1600 файлов данных. В обратном направлении на борт передавались и приходили команды.

   По сообщениям Пресс-службы РВСН, Пресс-службы начальника космодрома Плесецк, GFZ, GSOC, ЕКА, Astrium GmbH, Fuchs Gruppe, Cosmos International, OHB-System, Carlo Gavazzi Space SpA.