В недрах мирового пространства атомные ядра различных элементов ускоряются и приобретают очень большую энергию. Возникшие таким образом космические лучи дают возможность исследовать космос на больших расстояниях от Земли и даже от солнечной системы. На пути от места зарождения к Земле космические лучи испытывают на себе воздействие среды, через которую они проходят. В результате целого ряда процессов изменяются состав и интенсивность этого излучения. В частности, число частиц космических лучей возрастает в том случае, если на Солнце происходят интенсивные взрывные процессы и создаются условия для ускорения атомных ядер до больших энергий. Таким путем возникает дополнительный поток космических лучей, созданный на Солнце.
Солнце является также источником корпускулярного излучения. В потоках корпускулярного излучения имеются интенсивные магнитные и электрические поля, которые воздействуют на космические лучи. С помощью космических лучей можно изучать эти потоки на больших расстояниях от Земли.
Проходя сквозь магнитное поле Земли, частицы космических лучей сильно отклоняются в этом поле. Лишь частицы, обладающие очень большой энергией, могут беспрепятственно достигать любых районов нашей планеты. Чем меньше энергия частиц, тем меньше размер тех областей на Земле, которые оказываются доступными для этих частиц. Частицы малых энергий достигают лишь районов Арктики и Антарктики. Таким образом, Земля как бы окружена энергетическим барьером, причем высота этого барьера, наибольшая на экваторе, уменьшается с ростом геомагнитной широты. Экваториальных районов могут достигать лишь космические протоны, обладающие энергией больше 14 миллиардов электроновольт. Южные районы Советского Союза доступны для частиц с энергией больше 7 миллиардов электроновольт. Наконец, района Москвы могут достигать все частицы с энергией больше 1,5 миллиарда электроновольт. Измерение космических лучей на различных широтах дает возможность определить, сколько частиц и каких именно энергий присутствует в составе космических лучей. Зависимость числа частиц космического излучения от широты, так называемый широтный эффект, определяет распределение частиц по энергиям, т. е. энергетический спектр космических лучей.
В результате ряда процессов, которые происходят в мировом пространстве с космическими лучами, число и состав их изменяются. В некоторых случаях, как, например, при возникновении частиц на Солнце, есть основания ожидать, что увеличивается лишь число частиц, обладающих малой энергией, а число частиц высокой энергии остается без изменений. В противоположность этому изменение магнитного поля Земли и воздействие на космические лучи корпускулярных потоков, испускаемых Солнцем, изменяет не только число частиц, обладающих малой энергией, но и число частиц с большой энергией.
Для того, чтобы выяснить природу изменений, которые происходят с космическими лучами, необходимо не только установить факт возрастания или уменьшения интенсивности космических лучей, но и определить, как изменилось число частиц различных энергий. Двигаясь со скоростью 8 километров в секунду, спутник за очень короткий промежуток времени переходит с одной широты на другую. Таким образом, с помощью измерения космических лучей на спутнике можно определить широтный эффект этого излучения и тем самым распределение частиц этого излучения по энергиям. Особенно существенно то, что такие измерения проводятся большое число раз. Поэтому с помощью спутника можно следить не только за изменением интенсивности космического излучения, но и изменениями его состава.
Частицы, входящие в состав космического излучения, регистрируются на спутнике с помощью счетчиков заряженных частиц. При прохождении сквозь счетчик электрически заряженной частицы возникает искра, дающая импульс на радиотехническую схему на полупроводниковых триодах, назначение которой состоит в том, чтобы сосчитать число частиц космических лучей и дать сигнал тогда, когда сосчитано определенное число частиц. После передачи по радио сигналов о том, что сосчитано определенное число частиц, снова производится регистрация частиц космического излучения, и после того, как сосчитано то же число частиц, подается новый сигнал. Разделив число зарегистрированных частиц на время, в течение которого они были сосчитаны, можно получить число частиц, проходящих через счетчик в секунду, или интенсивность космических лучей.
На спутнике установлено два одинаковых прибора для регистрации заряженных частиц. Оси счетчиков обоих приборов расположены во взаимно-перпендикулярных направлениях.