Выбор языка |
Главная О КНТС Новости Программы Направления исследований Эксперименты Результаты Информационные ресурсы Поиск
Шифр эксперимента: Релаксация
Направление НПИ: 2. Исследование Земли и космоса
Наименование эксперимента: Исследование процессов релаксации в УФ области спектра при высокоскоростном взаимодействии продуктов выхлопа реактивных двигателей с верхней атмосферой Земли, атмосферных оптических явлений при входе тел в разреженную верхнюю атмосферу и ее оптических свойств в УФ- диапазоне на МКС
Цель эксперимента:

Проведение комплексных исследований процессов релаксации и возбуждения продуктов выхлопа реактивных двигателей и их влияние на параметры верхней атмосферы, наблюдение входа космических тел и аппаратов в атмосферу, излучение оптических явлений верхней атмосферы в УФ- диапазоне спектра, в том числе: свечение ночного лимба Земли, входа ТМА в плотные слои атмосферы, образования и эволюции свечения ионосферы под действием нагревных стендов, определения пространственно-временных и оптико-физических характеристик излучения ионосферы после антропогенного воздействия продуктов сгорания выхлопов ДУ, следов РН и естественной крупномасштабной грозовой деятельности, а также гиперспектральный мониторинг системы «атмосфера–поверхность Земли» в особых точках.

Описание эксперимента:

Разработка новых технологий и методик проведения геофизических исследований в области ионосферы и атмосферы Земли, естественных и антропогенных явлений в УФ-, видимой и ближней ИК- областях спектра. Их отработка в условиях космического эксперимента на борту МКС в следующих направлениях:

• Исследование физико-химических и радиационных процессов и фундаментальных констант процессов гиперскоростных столкновений молекулярных потоков с атмосферным кислородом с целью развития моделей взаимодействия выхлопов двигательных установок с верхней атмосферой Земли и уточнение модели собственной внешней атмосферы пилотируемых станций и космических аппаратов (КА)

• Исследование физико-химических и радиационных явлений, сопровождающих вход КА в атмосферу Земли с целью проведение верификации термохимических и радиационных моделей высокотемпературного воздуха по траектории спуска, разрабатываемых и перспективных КА на высотах от 110 до 30 км, а также моделирование фрагментации космического мусора и естественных космических тел (боллидов, метеоров и др.).

• Исследования излучения верхней атмосферы Земли и околоземного космического пространства в УФ, видимом и ближнем ИК диапазонах спектра с целью получения данных, необходимых для моделирования глобальных атмосферных явлений естественного и техногенного происхождения (транзиентных световых явлений в верхней атмосфере Земли в УФ-диапазоне, модификация верхней атмосферы при радионагреве, явление бифуркации и глобальной трансформации высотного распределения и концентраций малых компонент в верхней атмосфере и др.)

В ближайшее время предполагается дооснащение НА «Фиалка-МВ-Космос» новой высокочувствительной видеокамерой и спектрометром (рабочий диапазон – 200-1100 нм, спектральное разрешение 0,7 нм) на ПЗС матрице с обратной засветкой, для решения поставленных задач в широком диапазоне спектра и с более высоким порогом чувствительности.

Новизна эксперимента:

Использование ультрафиолетового диапазона для обнаружения, сопровождения и селекции баллистических и космических объектов, а также фонов атмосферы позволяет по сравнению с видимым и инфракрасным диапазонами:

• увеличить контрастность и отношение сигнал/фон при обнаружении и сопровождении баллистических и космических объектов при входе в атмосферу Земли;

• обнаружить холодное свечение в околообъектовой среде КА и при взаимодействии выхлопов ДУ в верхней атмосфере Земли;

• определить пространственную структуру фонов верхней атмосферы по лимбовым измерениям;

• имеется возможность контролировать глобальное воздействие нагревных радиостендов на ионосферу по свечению лимба в верхней атмосфере Земли.

Научная аппаратура:

В эксперименте используется спектрозональная система «Фиалка-МВ-Космос». Изготовитель – ФГУП ЦНИИмаш. Спектрозональная система «Фиалка-МВ-Космос» представляет собой комплект инструментально-измерительных и вычислительных средств, предназначенный для проведения фундаментальных научных и технологических исследований в диапазоне от УФ до ближнего ИК и используемый при проведении геофизических экспериментов с целью получения и регистрации изображения полей и спектров излучения изучаемых объектов наблюдения и явлений. В настоящее время спектрозональная система «Фиалка-МВ-Космос» состоит из:

• блока УФ-камеры (УФК);

• спектрометров СП №1 и СПМ № 2;

• видеокамеры ВК ЛК-2;

• кронштейна переходного под УФ-камеру;

• адаптера под видеокамеру ВК ЛК-2.

Планируется использование НА «Фиалка-МВ-Космос» в КЭ «Альбедо».

Ожидаемые результаты:

Проведение дальнейших системных и проектно-поисковых исследований естественных и антропогенных глобальных явлений в атмосфере и ионосфере Земли, необходимо для внедрения в перспективных разрабатываемых космических аппаратах дистанционного зондирования Земли, а также в целях новых подходов прогнозирования землетрясений и других катастрофических явлений, разработки перспективных методов гиперспектрального мониторинга Земли, метеоконтроля и газового состава атмосферы и ионосферы, антропогенного влияния на атмосферу и ионосферу Земли космической деятельности при взаимодействии объектов РКТ с атмосферой и ионосферой Земли.

Результаты, полученные в ходе КЭ «Релаксация» являются научно-техническим заделом работ по создание спектрометра для определения газового состава атмосферы СА-МП для КА «МЕТЕОР-МП» № 1 (СЧ ОКР «СА-МП») и разработке технологии создания высокочувствительных многоканальных систем ультрафиолетового и вакуумного ультрафиолетового диапазонов спектра для обнаружения сверхслабых излучений объектов ракетно-космической техники (ОКР «УФИК»)

Полученные результаты:

• Разработаны базовые принципы УФ-мониторинга геофизической обстановки, в основе которых лежит использование цифровой регистрации сверхслабых полей яркости и спектров излучения верхней атмосферы Земли и ОКП с помощью разработанной в ЦНИИмаш аппаратуры высокой чувствительности «Фиалка-МВ-Космос» с использованием технологии усиления яркости и автоматизированного спектрометра с оптоволоконным входом [1, 2].

• Обнаружены и исследованы глобальные области взаимодействия выхлопов реактивных двигателей (РД грузовых кораблей «Прогресс», транспортных кораблей «Союз ТМА») с верхней разреженной атмосферой Земли (Н ~ 350 – 400 км); в результате анализа полей яркости определены фундаментальные константы процессов гиперскоростного взаимодействия атомов кислорода с компонентами выхлопов ДУ [1,2,6].

• Установлено, что при работе бортовых двигательных установок (ДУ) наблюдается яркое УФ свечение собственной атмосферы МКС в молекулярных полосах OH, связанное с распадом и фотолизом паров воды в выхлопах ДУ [1,5,7].

• Получены уникальные натурные экспериментальные данные в УФ-диапазоне спектра по пространственной структуре и интенсивности спектра излучения плазменных образований КА и фрагментов блоков ТК при входе в атмосферу Земли с гиперзвуковыми скоростями по всей траектории спуска на примере наблюдения входа и фрагментации ТК «Союз ТМА» и европейского грузового корабля ATV «Жюль Верн» [1, 2, 6,7,10,12].

• При воздействия мощного модулированного излучения среднеширотного радионагревного стенда «Сура» на ионосферу и атмосферу Земли обнаружено глобальное свечение верхней атмосферы Земли на высотах ~ 100 – 140 км в южном и северном полушариях; вероятный механизм модификации атмосферы – возбуждение альвеновских колебаний ионосферы [9,12,14,15,17].

• По данным систематических измерений полей яркости в верхней атмосфере Земли в УФ- диапазоне спектра обнаружено явление бифуркации высотного лимба на высотах ~100 км и, соответственно, слоя концентрации атомарного кислорода над сейсмоактивным районом схождения тектонических плит в районе Аравийского подводного хребта в Индийском океане [3,4,12].

• Впервые исследованы в УФ- диапазоне спектра пространственно-временные и энергетические характеристики глобальных грозовых явлений в верхней атмосфере Земли (эльфы, спрайты, джеты и др.) и получены в районе экваториальной Африки новые ранее неизвестные данные о природе процессов их возникновения и развития [18].

• Разработана методология и получен большой объем информации по гиперспектральному мониторингу системы «атмосфера–Земля» с борта МКС в УФ-, видимой и ближней ИК- областях спектра по трассе полета станции в различных геогелиофизическх условиях наблюдения (спектральное разрешение – 1,5 нм, полоса обзора – не менее 200 км, пространственное разрешение – от 1,5 до 15 км) [4,11,19].

Таким образом, в серии космических экспериментов «Релаксация», выполненных на борту МКС в 2002 – 2012 гг., показана высокая эффективность использования УФ- диапазона спектра для мониторинга глобальных физических явлений естественного и техногенного характера, геофизической обстановки в атмосфере Земли и околоземном космическом пространстве.

Сроки проведения: 2002 – 2015 гг.
Состояние эксперимента: Реализуется
Организация постановщик: ФГУП ЦНИИмаш
Организации участники: РКК «Энергия»
Научный руководитель: Кандидат технических наук, заместитель начальника отделения, начальник отдела ФГУП ЦНИИмаш Пластинин Юрий Александрович
Куратор от ЦНИИмаш:
Секция КНТС: 4. Солнечная система
Публикации по эксперименту:

1. Карабаджак Г.Ф. Определение эффективного сечения реакции О+Н2О=ОН(А)+ОН(Х) при гиперскоростных столкновениях компонентов по измерениям интенсивности свечения гидроксила в ходе космических экспериментов // Космонавтика и ракетостроение, 2004, вып. 3 (36), стр. 123-130.

2. Анфимов Н.А., Землянский Б.А., Карабаджак Г.Ф., Пластинин Ю.А. Исследования на МКС атмосферы и ионосферы Земли // Полет, 2007, № 12, с.3-10.

3. Карабаджак Г.Ф., Пластинин Ю.А., Сженов Е.Ю., Хмелинин Б.А. Определение профилей концентраций атомов кислорода в верхних слоях атмосферы Земли по экспериментальным данным с пилотируемых космических станций // Космонавтика и ракетостроение, 2007, вып. 1 (46), стр. 38-43

4. Землянский Б.А., Карабаджак Г.Ф., Пластинин Ю.А. Космические эксперименты «Релаксация»: научные задачи, аппаратура и результаты исследований на борту Российского сегмента Международной космической станции. // Космонавтика и ракетостроение, 2007 г., вып. 4 (49), стр. 33-40.

5. Карабаджак Г.Ф., Пластинин Ю.А., Родионов А.В., Сженов Е.Ю., Сипачев Г.Ф., Хмелинин Б.А. Спектрозональные исследования сверхслабых эмиссий естественного и техногенного происхождения в верхних слоях атмосферы и ионосферы Земли // Космонавтика и ракетостроение, 2007, вып. 4 (49), стр. 26-32.

6. Землянский Б.А., Карабаджак Г.Ф., Пластинин Ю.А. Исследование пространственной структуры плазменных образований и интенсивности их излучения в ультрафиолетовой области спектра при входе спускаемого аппарата в атмосферу и фрагментации функциональных блоков транспортного корабля «Союз ТМА» // Космонавтика и ракетостроение, 2008, вып. 1(50), стр. 11-16.

7. Пластинин Ю.А., Карабаджак Г.Ф., Хмелинин Б.А., Землянский Б.А., Залогин Г.Н., Горшков А.Н. Космические исследования с борта МКС плазменных образований. – Тезисы доклада на международной конференции «Современные проблемы газовой динамики», посвященной 100-летию академика Х.А. Рахматулина, 21-23 апреля 2009 г., г. Москва

8. Пластинин Ю.А., Карабаджак Г.Ф., Хмелинин Б.А., Землянский Б.А., Залогин Г.Н., Горшков А.Н. Космические исследования с борта МКС плазменных образований при входе и фрагментации космических аппаратов в атмосферу Земли. – Тезисы доклада на Шестом Международном аэрокосмическом конгрессе IAC’09, г. Москва, 23-27 августа 2009 г.

9. Карабаджак Г.Ф., Комраков Г.П., Кузнецов В.Д., Пластинин Ю.А., Ружин Ю.Я., Фролов В.Л., Хмелинин Б.А. Исследование глобальных пространственно-временных характеристик свечения верхней атмосферы и ионосферы Земли при воздействии на них радиоизлучения при наблюдении с борта МКС // Космонавтика и ракетостроение, 2009, вып. 4 (57), стр. 88-94.

10. Карабаджак Г.Ф, Красоткин В.С., Манжалей А.И., Пластинин Ю.А, Хмелинин Б.А. Наблюдение входа в атмосферу Земли грузового КА ATV спектрозональной системой «Фиалка-МВ-Космос» с борта МКС // Космонавтика и ракетостроение, 2010, вып. 2 (59).

11. Исследования спектральных характеристик облачных образований различного класса по данным измерений по трассе полета МКС ) авторы: Кусов А.Л., Пахомов Д.А., к.т.н. Пластинин Ю.А., Прохоров С.Ю., Ризванов А.А., Саушкин А.М., к.т.н. Хмелинин Б.А.) // «Космонавтика и ракетостроение», 2010, вып. 2(59), с. 156-165.

12. Карабаджак Г.Ф., Пластинин Ю.А. Научно-прикладные исследования на борту Международной космической станции // «Космонавтика и ракетостроение», 2010, вып.4(61), с. 125-132.

13. Пластинин Ю.А., Карабаджак Г.Ф. .Материал в монографию «Космический научный центр»: ЦНИИмаш, 2010.

14. Ruzhin Yu.Ya., Kuznetsov V.D., Karabadzhak G.F., Plastinin Ya.A., Frolov V.L. et al.“ The ionosphere- magnetosphere excitation in the Sura - ISS HF experiments”. 38th COSPAR, 2010, Bremen, Germany, Abstr. C 52-0036-08. (Ружин Ю.Я., Кузнецов В.Д., Карабаджак Г.Ф., Пластинин Ю.А., Фролов В.Л. и др. Исследование ионосферно-магнитосферных процессов в экспериментах «Сура-МКС». 38-я конференция «Коспар», 2010. Бремен, Германия, тезисы C 52-0036-08).

15. Ruzhin Yu.Ya., Kuznetsov V.D., Karabadzhak G.F. Plastinin Ya.A., Kovalev V.I., Frolov V.L. et al.“ New phenomenon observed on board the ISS during a RF ionosphere modification.” Proceed. ISAPE, Int.Symposium 2010, Guanjou, China, ID#ISAPE2010095. (Ружин Ю.Я., Кузнецов В.Д., Карабаджак Г.Ф., Пластинин Ю.А., Ковалев В.И., Фролов В.Л. и др. Новые явления, наблюдаемые с борта МКС во время модификации ионосферы мощным КВ радиоизлучением. Труды ISAPE, Международный симпозиум, 2010, ID#ISAPE2010095.

16. Исмаилов Э.Я., Хмель С.Д. К вопросу оптимизации трансфера критических технологий на примере спектрозональной системы «Фиалка-МВ-Космос» // «Космонавтика и ракетостроение», 2011, вып.2(63), с. 63-66.

17. Карабаджак Г.Ф., Калери А.Ю., Ковалев В.И., Комраков Г.П., Кузнецов В.Д., Пластинин Ю.А., Ружин Ю.А., Фролов В.Л., Хмелинин Б.А. Наблюдения глобальных оптико-физических явлений в верхних слоях атмосферы Земли при воздействии на них мощного радиоизлучения нагревного стенда // «Космонавтика и ракетостроение», 2011, вып.2(63), с. 111-118.

18. Медведева А.И., Пластинин Ю.А., Сжёнов Е.Ю., Сипачёв Г.Ф. Исследование из космоса грозовых образований в верхних слоях атмосферы Земли // «Космонавтика и ракетостроение», 2011, вып.2(63), с. 126-132.

19. Пахомов Д.А., Прохоров С.Ю., Ризванов А.А., Саушкин А.М. и др. Методы и средства гиперспектральных метеорологических наблюдений с борта космических аппаратов // «Космонавтика и ракетостроение», 2011, вып.2(63), с. 133-140.

Последнее обновление: 31.05.2012

Программы

Изображения