Выбор языка |
Главная О КНТС Новости Программы Направления исследований Эксперименты Результаты Информационные ресурсы Приём заявок
Шифр эксперимента: Ионозонд-ТГК
Направление НПИ: 2. Исследование Земли и космоса
Секция КНТС: 4. Солнечная система
Наименование эксперимента: Радиозондирование ионосферы для создания системы мониторинга федеральной службы "Космическая погода"
Цель эксперимента:

• Экспериментальная отработка методов и средств оперативного глобального контроля состояния ионосферы.

• Исследование возможностей совершенствования ионосферной службы.

Описание эксперимента:

Ионосфера как среда, являющаяся частью околоземного космического пространства, занимает ключевое положение в системе параметров и процессов в околоземном космосе. Она представляет собой универсальный и уникально чувствительный элемент, реагирующий на широчайший спектр процессов, протекающих на Солнце, в межпланетном пространстве, в атмосфере, на земной поверхности и даже в литосфере Земли. К давно и хорошо известным фактам отклика состояния ионосферы на солнечные и магнитосферные возмущения, на изменения токовых систем в полярных и экваториальных областях, на динамику циркуляции средней и верхней атмосферы в последние годы добавились сведения о различного рода модификациях ионосферы, обусловленных:

- мощными нагревными стендами коротковолнового диапазона (ХААРП);

- приближающимися землетрясениями (с заблаговременностыо от семи до одних суток);

- наземными химическими и подземными ядерными взрывами,

- запусками и работой на орбите космической техники.

Наконец, исследования, проведенные в самые последние годы, показывают, что ионосферные возмущения (бури и суббури) негативно воздействуют на состояние здоровья больных прежде всего сердечно-сосудистыми заболеваниями при относительно спокойном геомагнитном поле С другой стороны, ионосфера как объект контроля, также находится в исключительном положении в силу того, что один из самых легко доступных методов дистанционной диагностики - радиозондирование дает богатую и беспрецедентную по точности информацию о состоянии и свойствах ионосферы. Следовательно, заведомое большинство факторов, вызывающих те или иные естественные и техногенные возмущения ионосферы могут быть легко (при наличии развитой системы радиозондирования) обнаружены и идентифицированы. Важнейшим прикладным аспектом мониторинга состояния ионосферы является контроль за ее влиянием на технические средства и системы, использующие электромагнитные волны или подверженные их влиянию, в частности средства связи, навигации и т.п. Это обстоятельство привлекает интерес как традиционных потребителей ионосферной информации - организаций, связанных с выполнением оборонных и прикладных задач, учреждений, обеспечивающих дальнюю космическую радиосвязь и навигацию, космические и прогностические службы. Академию наук, так и новых потребителей - государственные структуры по предупреждению чрезвычайных ситуаций, частные и государственные страховые службы, органы здравоохранения и т.д. Основой работы бортового ионозонда является резонансное отражение радиоволн от ионосферной плазмы. При этом используются радиоволны в диапазоне от 1 до 20 МГц, излучаемые радиоимпульсами длительностью около 100 - 150мкс с борта КА Измеряются временная задержка и амплитуда импульсов при их прохождении:

- от КА до ионосферы и обратно - внешнее зондирование;

- от Земли до ионосферы и обратно - вертикальное зондирование;

- от КА до наземной станции - прямое трансионосферное зондирование;

- от Земли до КА - обратное трансионосферное зондирование.

Используются также сигналы, отраженные от Земли - это двойное трансионосферное зондирование. Эксперимент предполагает отработку методики получения информации об электронной концентрации в ионосфере с высот расположения КА и рекомендации по использованию этой информации в службе Росгидромета и других заинтересованных организаций и ведомств. Бортовой ионозонд должен проводить измерения непрерывно для обеспечения глобального и длительного по времени получения параметров ионосферы, с учетом ограничений на энергопотребление, ЭМС, ресурс работы и т.п.

Новизна эксперимента:

Работа ионозонда на ОК «Мир» являлась пионерской. Она выполнена на уровне, опережающем мировой уровень. Доложена на авторитетных международных конференциях (Генеральные Ассамблеи Международного радиосоюза, Франция 1996 г., Канада 1999 г., Голландия 2002 г., Индия 2005 г., 10th International Conference on Ionospheric Radio Systems and Techniques, Великобритания, 2006 г. и др.), где получила признание. Работа представлена в ряде публикаций в международной и отечественной печати. Эффективность настоящей работы, в т.ч. и при сравнении с аналогичным уровнем, имевшем место на начало работ, определяется двумя обстоятельствами. Во первых, в XXI веке основную информацию о состоянии глобальной ионосферы будут приносить космические, а не наземные ионосферные станции. Во вторых, тем обстоятельством, что при создании космической системы глобального контроля ионосферы теперь нет необходимости исходить из необходимости размещения КА системы на высотах 1000 км и более, а можно использовать любые высоты орбит и, следовательно, другие - намного более деш?вые космические аппараты и менее дорогостоящую космическую систему. Кроме того, работа на обитаемых космических комплексах дает возможность реальной циклической замены устаревших или испорченных космических ионозондов и, тем самым, делает е? действительно постоянно действующей.

Научная аппаратура:

В состав НА должны входить:

- ионосферный радиолокатор (ионозонд);

- автономная передающая система.

Конструктивно «Ионозонд» должен быть выполнен в виде отдельных блоков:

- антенный модуль;

- приемо-передающий блок;

- блок управления и обработки информации;

- комплект кабелей.

Аппаратура «Ионозонд» при проведении КЭ должна соответствовать следующим техническим характеристикам:

- диапазон частот, МГц 1 - 20;

- количество дискретных частотных точек до 400;

- шаг перестройки, кГц 50 - 100;

- максимальная дальность, км 2000;

- длительность посылки в каждой частотной точке, мкс 100 — 150;

- длительность цикла измерений, с 6—10;

- пространственное разрешение по высоте, км 10;

- размах диполя передающей антенной системы, м 15;

- диаметр рамочной приемной антенны, м 0,7;

- частота канала передачи ионосферной информации, МГц 137*.

* Примечание: значение частоты канала передачи информации будет уточняться на этапе эскизного проектирования. Общая масса НА «Ионозонд» не должна превышать 30 кг, из них: масса ионозонда - не более 20 кг; масса автономной передающей системы - не более 10 кг. Примечание: массы ионозонда и автономной передающей системы будут уточняться на этапе эскизного проектирования.

Ожидаемые результаты:

Информация с космического ионозонда обеспечивает быстрое получение следующих данных: - критической частоты, высоты максимума электронной концентрации, полутолщины внутренней ионосферы (включая случаи, когда измерения с поверхности Земли невозможны из-за полного поглощения радиоволн и других аналогичных явлений); - пространственного распределения электронной концентрации ионосферы, недоступной при зондировании с поверхности Земли; - пространственного распределения электронной концентрации внутренней ионосферы в модельном приближении; - пространственного и временного распределения электромагнитных полей в околоземном космическом пространстве в указанном диапазоне частот; - диагностика наличия и структуры одиночных ионосферных неоднородностей во внутренней ионосфере естественного и искусственного происхождения, а так же определение их параметров; - количества электронов в столбе от уровня ионосферной станции до высоты КА; (вариации этого параметра определяют качество радиосвязи на трассах "Земля -Космос" во всех диапазонах частот от foF2 до 30 ГГц и более);

- степени возмущенности ионосферы в текущий момент времени и статистических параметров случайных неоднородностей ионизации;

- горизонтальных градиентов электронной концентрации по всей толщине ионосферы.

Получение этой информации позволит обеспечивать потенциальных потребителей в соответствии с данными таблицы 1, а так же позволит подтвердить или опровергнуть выдвинутые после проведения на КС «Мир» гипотезы о внутреннем строении ионосферы, что позволит существенно развить фундаментальное представление об околоземной плазме.

Эксперимент направлен на решение актуальных проблем активных экспериментов в околоземной космической плазме, оперативной глобальной диагностики ионосферы, распространения электромагнитных волн, динамики ионосферных структур, взаимодействия заряженных частиц с электромагнитными волнами. Будет исследована работа бортового ионозонда на орбите с высотой вблизи максимума слоя F2 ионосферы. Кроме того, будут отработаны элементы службы мониторинга глобальной ионосферы, проведены исследования распространения электромагнитных и электростатических волн, ряда линейных и нелинейных физических процессов в плазме, крупномасштабных ионосферных структур, неоднородностей ионосферы, а также исследованы возможности прогноза ионосферных и сейсмических аномалий и взаимодействия ионосферной плазмы с пучками энергичных частиц. Ожидается также получение новых данных по ряду научно-технических вопросов, в том числе: по теории антенн и зондов, по участию экипажа космической станции в управлении экспериментом, и т.п.

Полученные результаты:

 

Сроки проведения:
Состояние эксперимента: Готовится
Организация постановщик: Государственное учреждение Институт прикладной геофизики имени академика Е.К. Ф?дорова (ГУ «ИПГ»)
Организации участники: ОАО РКК «Энергия» им. СП. Королева; Международный научно-технический центр полезных нагрузок космических объектов (МНТЦ ПНКО); Федеральное государственное унитарное предприятие Специальное конструкторское бюро Института радиотехники и электроники Российской академии наук (ФГУП СКБ ИРЭ РАН); Научно-исследовательский институт точных приборов (НИИТП); Научно-исследовательский институт физики Южного федерального университета (НИИФ ЮФУ); Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн (ИЗМИРАН)
Научный руководитель: Данилкин Н. П., Институт прикладной геофизики, д.ф.-м. н., профессор
Публикации по эксперименту:

С.И.Авдюшин, Н.П.Данилкин, Н.Г.Котонаева, Н.А.Арманд, Р.С.Салихов, К.А.Боярчук, «Опыт и результаты радиозондирования ионосферы с борта орбитального космического комплекса МИР в свете использования малых космических аппаратов на низких орбитах», Космонавтика и ракетостроение, 2005 г., вып. 3 (40), с. 9-17.

Danilkin N.P., 2003, «New ionograms observed by satellite radio sounding from below of the F-layer maximum». Buletin INAG, 2003.

Danilkin N.P, Kotonaeva N.G, «Ionogram sequence observed by satellite radio sounding from below of the F2-layer maximum», Buletin INAG, 2004.

Последнее обновление: 15.11.2017

Информационная справка

Программы

Изображения