Содержание
Введение
1. Возможности и ограничения применения спутниковойрадиотомографии
2. Радиотомография исследования ионосферы в различныхширотных областях
3. Научная программа эксперимента «Маяк»
3.1 Научные задачи
3.2 Состав бортовой аппаратуры
4. Мониторинг ионосферы в интересах коротковолновой связи
5. Первые в мире
Заключение
Список используемой литературы
Введение
Исследования по лучевойрадиотомографии (РТ) ионосферы и ее приложениям вызывают заметный интерес вмире. С начала девяностых годов были проведены серии успешных экспериментов пореконструкции структуры ионосферной плазмы с помощью томографических методов вразличных регионах Европы, Америки, Юго -Восточной Азии, Австралии. С тех порлучевая РТ стала одним из основных инструментов исследования распределений электроннойплотности в ионосфере. В докладе представлены и обсуждаются результаты исследованийструктуры и динамики ионосферы методом лучевойРТ по данным экспериментов 1990–2005 гг., выполненных сотрудниками МГУ, ПГИ РАНи совместно с зарубежными коллегами. Метод лучевой РТ ионосферы основан на регистрациии анализе радиосигналов двух когерентных частот 150 и 400 МГц низкоорбитальных(НО ) навигационных российских спутников типа «Цикада» илиамериканских «Транзит » в нескольких приемных точках, расположенныхвдоль траектории восходящих или нисходящих витков орбит спутника и на расстоянияхпорядка сотен километров. Данные навигационные спутники летают на высотах 1000 –1150 км, имеют близкие полярным орбиты и период обращения около 105 мин.Высокая скорость движения спутника (~7.9 км /с) и соответственно быстрое, посравнению с характерными масштабами временных изменений исследуемых ионосферныхпроцессов, пересечение спутником просвечиваемой области позволяютреконструировать двумерные сечения электронной концентрации в плоскости пролетаспутника, характерная длительность РТ регистрации составляет 10–15 мин. Важнымидостоинствами метода лучевой РТ ионосферы является сравнительная простота егореализации и при наличии достаточного количества приемных точек, высокоепространственно-временное разрешение .
1. Возможности иограничения применения спутниковой радиотомографии
К одним из достоинствметода фазоразностной РТ следует отнести возможность простой интерполяцииэкспериментальной доплеровской частоты при разрывах в регистрации в отличие отфазовых методов. В общем случае в задачах лучевой РТ ионосферы путьинтегрирования L определяется траекторией луча и зависит от искомогораспределения N. Проведенные оценки и компьютерное моделирование показали, чторефракционные эффекты определяются вариациями N и малосущественны до значениймаксимальной концентрации ~(1.5 ÷2.5)10 12м –3. В случае учета рефракции решение нелинейной томографической задачи можнореализовать в виде решения последовательности линейных задач, что сводится китерационной процедуре, где для расчета каждого после дующего приближенияэлектронной концентрации используется траектория, полученная из приближенияэлектронной концентрации на предыдущем шаге. Рефракция приводит к отклонениюлуча от прямого и ограничивает размер дискрета и разрешение задачи лучевой РТ влинейной постановке до 30–40 км по горизонтали и до 20–30 км по вертикали.Другим ограничением является эффект дифракции радиоволн, также ограничивающийснизу раз мер дискрета около 10 км (радиус Френеля в данном случае составляетоколо 1 км ). Таким образом, пространственное разрешение метода лучевой РТ ионосферыможно улучшить до 10–20 км, если учитывать рефракцию зондирующих лучей. Принципиальнымограничением для всех вариантов РТ является неединственность задачи. В линейныхзадачах неединственость проявляется в существовании фантомов – отличных от нулязнакопеременных распределений, интегралы от которых по всем лучам равны нулю.Будучи добавленными к реконструированной искомой функции, фантомы искажают ее,но при этом оставляют без изменений сами значения всех интегралов по всемпроекциям.
Примеры таких «невидимых» фантомов рассмотрены, причем размер деталей структуры финитного фантомауменьшается с ростом числа проекций и может стать сопоставимым с разрешениемсистемы. Поэтому при большом числе приемников (более 5–7) фантомы представляютсобой достаточно экзотичные знакопеременные образования с мелкой структурой и специфическойсимметрией, которая определяется приемной системой. В природе существованиеподобных структур маловероятно.
2. Радиотомографияисследования ионосферы в различных широтных областях
Впервые в миреэкспериментальные РТ — реконструкции главного ионосферного провала былиполучены в марте – апреле 1990 г. сотрудниками МГУ и ПГИ РАН. Они представленыв изолиниях в единицах 10 12 м. Проведенные многочисленные экспериментыпоказали сложность и разнообразие форм провала, причем его ширина, наклон иглубина варьируются в широких пределах.
В докладе рассмотреныионосферные проявления нескольких крупнейших бурь периода 1990–2004 гг. Структураионосферы в периоды возмущений была исследована методами РТ в авроральной, субавроральнойи среднеширотной ионосфере над северо-западом России, северо-востоком США, востокомКанады, Аляской и Европой. Выявлен ряд особенностейструктуры распределения электронной плотности в возмущенной ионосфере, не характерныхдля спокойных периодов. В частности, во время сильных возмущений вреконструкциях наблюдались многоэкстремальные структуры с «пятнами „ионизации, а также резкие градиенты в виде “стенок » электроннойконцентрации; выявлены тонкие (поперечная протяженность порядка несколькихкилометров) структуры повышенной электронной плотности, вытянутые вдольмагнитных силовых линий и имеющие протяженность по высоте около сотенкилометров. Обнаружена сложная структура ионосферного провала со смещением полярнойстенки к экватору и ее наклоном, неоднократно наблюдались расслоения провала. Вдокладе проанализированы реконструкции с волновыми эффектами высыпаний низкоэнергетичныхчастиц.
В качестве примера было представленоРТ-сечение ионосферы по трассе Москва – Баренцбург (Шпицберген ) в периодгеомагнитной бури 29–31 октября 2003 г ., которая относится к классуисключительно мощных. За два дня 29–30 октября было зафиксировано тритрехчасовых интервала с максимально возможным Kp = 9 (это случилось впервые вистории Kp-индексов). Как видно из реконструкции, ночью наблюдается сложнаямногоэкстремальная структура с «пятном » повышенной электроннойконцентрации на уровне широты около 70º (максимальное значение порядка1.5·10 12 м –3, что совершенно не типично для субавроральных широт). Сложноесечение ионосферы с достаточно узкой практически вертикальной структурой врайоне 60º наблюдалось 27 июля в 05:46 UT 2004 г. (Kp = 8.7) в районеАляски.
В докладе представленырезультаты РТ-исследований структуры и динамики низкоширотной ионосферы,которые были получены в ходе совместных работ университетов МГУ, Иллинойса,Тайваня и Уханя. В области приэкваториальных широт (приемная трасса Шанхай–Манила ) был выявлен ряд новых структурных особенностей экваториальной аномалии(ЭА):
-сформировавшееся ядро ЭАориентировано вдоль направления магнитного поля Земли;
-существует значительнаяасимметрия между экваториальным и полярным краями ЭА;
-обнаружены характерныечередующиеся области «расширение–сужение » толщины ионосферы в широтномдиапазоне 15–31 °;
-в области ядра ЭАпроисходит «продавливание» и «опускание» нижнего краяионосферного слоя, т.е. проникновение потока плазмы из F-области в нижние слоив районе широт ~25–28º; в области за ядром ЭА (~28–31º) образуется «перетяжка».
Наблюдаемые структурныеособенности могут быть интерпретированы на основе анализа потоков и скоростейплазмы в районе ЭА, обусловленных «фонтан-эффектом». Существующаявосточно-западная компонента электрического поля и квазигоризонтальное магнитноеполе в районе магнитного экватора приводят к вертикальному дрейфу плазмы свертикальной и северной составляющими скорости. В северном направлениипроисходит увеличение потока плазмы, который приобретает все большую составляющую вдоль силовых линий магнитного поля.Вследствие «загибания» к Земле силовых линий магнитного поляпроисходит и «поворот» вниз потока плазмы вдоль силовых линий. Здесь,в области, где поток ориентирован почти вдоль линий, происходит увеличениеплотности плазмы и образование ядра ЭА. Один из примеров РТ -реконструкции ЭАпредставлен в докладе. на котором хорошо видно ядро ЭА, ориентированное вдольнаправления магнитного поля Земли (штрихами отмечены магнитные силовые линии ).Асимметрия ядра ЭА обусловлена тем, что если у север ной границы ядра потокплазмы направлен вдоль силовых линий, то у южной поток имеет поперечнуюмагнитному полю направленную вверх компоненту, что приводит к «размазыванию» южной части ядра. Наличие направленной вверх компоненты потока с южнойстороны ядра обусловливает образование хвоста, в котором плазма втекает с югаи снизу в ядро ЭА. Вертикальная компонента потока плазмы в приэкваториальнойобласти приводит к расширению ионосферы к северу. Последующее «загибание „к Земле силовых линий магнитого поля приводит к “повороту» внизпотока плазмы, вдоль силовых линий и к сужению ионосферы. В области ядра ЭАпроисходит «продавливание» и «опускание » нижнего края ионосферногослоя под воздействием потока плазмы вдоль силовой линии.
Это хорошо видно на РТ-реконструкциях в области Е (h от 90 до 150 км ) на широтах 24–28 °. В областипродавливания и опускания нижнего края ионосферного слоя происходит, по-видимому, торможение плазмы и последующий дрейф «в скрещенных полях „со сменой направления дрейфа. Иными словами, происходит “поворот „потока плазмы почти на 90º, т. е. движение преимущественно вдольмагнитного поля сменяется после торможения движением поперек магнитного поля.Такая структура потока и приводит к образованию области типа “перетяжки »,наблюдаемой после ядра ЭА в районе широт 28–31º. В докладе представлены примерытипичного временного поведения ЭА (рост концентрации ЭА в районе полудня,смещение ЭА к северу и убывание плотности к вечерним часам ) и необычногоповедения ЭА (например, концентрация иногда оставалась почти постоянной втечение 5–7 ч, убывала с полудня или возрастала в вечерние часы – «послезакатный»эффект и т. д .).
Метод лучевой РТпозволяет не только получать двумерные сечения концентрации плазмы, но и определятьпотоки плазмы рассматривая последовательные во времени РТ-сечения.
Проведены РТ-исследованиясильных возмущений ионосферы, вызванных антропогенными факторами, – в частности,возмущений, вызванных стартами ракет. промышленными взрывами, мощным КВ-излучением .
В ходе ряда экспериментовбыли проведены сопоставления РТ -результатов с данными радаров некогерентногорассеяния. Один из первых таких экспериментов был проведен осенью 1993 г. – Российско-Американский томографический эксперимент (RATE’93) по сопоставлению результатовРТ -реконструкций с данными радара некогерентного рассеяния в Миллстоун Хилл(США ).
Результаты RATE’93показали высокое качество РТ -реконструкций и совпадение результатов томографическихи радарных сечений в рамках точностей обоих методов.
3. Научная программаэксперимента «Маяк»
Для мониторинга состоянияионосферы на конкретных протяженных трассах пересекающих сейсмоактивные регионыпредполагается использовать метод спутниковой радиотомографии ионосферы. Дляэтого на борту спутника устанавливается радиопередатчик МАЯК для излучения двухкогерентных частот в УКВ и СВЧ диапазонах. С 1957 г. когерентные передатчики «МАЯК»в различной модификации широко используются в отечественных и зарубежныхспутниковых экспериментах (на низкоорбитальных КА, на геостационарных спутникахи на межпланетных космических аппаратах) Метод радиопросвечивания основан натом, что при распространении радиоволн в столкновительной анизотропнойчастично-ионизированной неоднородной плазме, каковой является ионосфера Земли, происходитвзаимодействие радиоволн со средой распространения вследствие известныхэффектов — рефракции, дисперсии, поглощения, рассеяния на флуктуациях электроннойконцентрации и др. Поэтому принимаемые на Земле радиоволны содержат в себеинформацию о параметрах подспутниковой области, в т.ч. о ее регулярной,волновой и стохастической структуре.
/>
Сечение приэкваториальнойобласти ионосферы (север – слева), полученное на основе радиотомографическойобработки данных радиомаяковых измерений на сети приемных пунктов (6приемников) на частотах 150/400 МГц.
В итоге, высокоточныеизмерения пространственно-временного распределения (регулярной, волновой истохастической) структуры электронной концентрации над регионами природных итехногенных аномалий и катастроф по данным трансионосферного спутниковогозондирования (значения амплитуд и разности фаз радиосигналов когерентныхчастот, зарегистрированные в одном или нескольких наземных пунктах дляконкретных пролетов ИСЗ) позволят проводить:
— выявление аномальныхявлений и характерных признаков изменений в ионосфере, связанных сестественными и искусственными возмущениями ионосферы (вулканическая,сейсмическая, циклоническая и грозовая активность);
— глобальный мониторингионосферы для исследования структуры и динамики ионосферы с целью изученияфизических процессов в ионосферной плазме и уточнения существующих моделей;
— апробацию радиотомографическогометода обработки данных, который дает реконструкцию объемной структурыионосферы над заданным регионом
Сочетание методоврадиотомографии и затменного GPS позволит существенно повысить разрешениерегистрируемых плазменных структур в ионосфере, как по высоте, так и вдольземной поверхности (орбиты спутника).
3.1 Научные задачи
Передатчик 2-х частотный«Маяк» предназначен для радиотомографических измеренийпространственно-временного распределения регулярной, волновой и стохастическойструктуры электронной концентрации над сейсмоактивными регионами по даннымтрансионосферного спутникового зондирования.
3.2 Состав бортовойаппаратуры
Передатчик 2-х частотный «Маяк»( шифр ОКР- «RBE150/400МГц») состоит из передатчика и двух антенн,кабеля питания и кабеля интерфейса.
Передатчик обеспечиваетформирование когерентного непрерывного сигнала на двух частотах: 400±1 МГц и150±1 МГц
Антенны обеспечиваютизлучение радиомаяковых сигналов в надир.№ Наименование параметра
Значение
параметра 1 Рабочая частота первого канала 400±1 МГц 2 Рабочая частота второго канала 150±1 МГц 3
Выходная мощность первого и второго
канала
не менее
27ДбмВт 4 Напряжения питания постоянным током от 9 до 32 В 5 Потребляемая мощность по цепи питания не более 6 Вт 6 Масса передатчика не более 0,8 кг 7 Габариты передатчика
не более
185×140×60 мм 8 Вероятность безотказной работы за срок службы 12 лет, включая срок активной эксплуатации МКА не менее 7 лет не менее 0,98
Управление аппаратурой «Маяк»и прием телеметрической информации выполняется через синхронный,последовательный интерфейс со следующими параметрами:скорость работы 32768 бит/сек; число бит команды 8; логические уровни сигналов 0 и +5 В.
Определены три командыуправления: включение передатчика, выключение передатчика, передача данных осостоянии приборов. Передача на борт для приборов массивов рабочих программ ислужебной информации не требуется.
4. Мониторинг ионосферы винтересах коротковолновой связи
Появление в последниегоды специализированных КВ модемов, способных передавать двоичные файлы иданные в радиоканале со скоростью до 9,6 кбит/сек с малой (до 10-9)вероятностью ошибки на бит информации, возродили коммерческий интерес ккоротковолновой связи. Такие крупнейшие производители, как Harris, Codan,Motorolla и другие, а также некоторые российские предприятия, приступили ксерийному выпуску радиостанций, реализующих алгоритмы автоматического вхожденияв связь (ALE – Automatic Link Establishment), перезапросов фрагментов сообщенийи исправления ошибок в реальном масштабе времени, минимизации участия человекав процессе радиообмена.
Однако проблеманахождения оптимальных рабочих частот для каждого конкретного сеанса остаетсяпо-прежнему актуальной. Дело в том, что системы КВ связи (диапазон частот от 1до 30 МГц) обеспечивают передачу информации на большие расстояния, до 6-9 тыс.км, за счет отражения радиоволн от ионосферы Земли. Нижняя граница ионосферырасполагается на высоте 50-60 км, верхняя на уровне порядка 1000-1500 кмпереходит в плазмосферу или другие магнитосферные плазменные образования.Высота и профиль отражающих слоев испытывают значительные сезонные и суточныеизменения, которые определяются углом солнца в данной точке над линиейгоризонта. Кроме того, на ионосферу существенно влияет Солнце, количественноезначение активности которого выражается числами Вольфа и имеет период около 11лет. В зависимости от этих параметров меняется так называемая критическаячастота (КЧ) – наибольшая из всех частот, которая еще отражается от данногослоя ионосферы при вертикальном распространении радиоволны. В зависимости оттекущих параметров ионосфера в КВ диапазоне может как способствовать передачеинформации на дальние расстояния, вплоть до кругосветных, так и препятствоватьдаже на коротких радиотрассах из-за проявления эффектов многолучевости ичастотной дисперсии. Довольно часто приходится сталкиваться и с полнымразрушением канала связи за счет эффектов аномального поглощения.
Сложное строение средыраспространения, а также непрерывное во времени изменение параметровионосферной плазмы оказывают влияние на распространение радиоволн. Поэтомузадачи исследования процессов в ионосфере связаны как с практическими задачамиобеспечения устойчивой работы систем радиосвязи, так и с не менее важныминаучно-исследовательскими задачами мониторинга околоземного пространства.Экспериментальное и теоретическое изучение связи между изменением параметровраспространяющихся в ионосфере радиоволн и процессами, происходящими втермосфере Земли, являются актуальными, а внимание к ним не ослабевает и впоследние годы.
Отражение радиоволн отобласти атмосферы, расположенной примерно на высоте 100 км над земнойповерхностью было обнаружено еще в 1925 году. Было доказано, что ионосферасостоит из смеси газа нейтральных атомов и квазинейтральной плазмы, в которойсуществует достаточное количество ионизированных частиц, способных влиять нараспространение радиоволн. Вскоре был проведен ряд экспериментов, обнаружившийсложную слоистую структуру ионосферы. Принято считать, что ионосфераподразделяется на области называемые D, E, и F, внутри которых могутсуществовать слои электронов D, E1, E2, Es, F1, F2 соответственно.
Образованиеионизированной части атмосферы связано с целым комплексом разнообразного типаявлений: процессы, протекающие на Солнце, вариации магнитного поля Земли,движения в верхней атмосфере, изменения плотности и состава атмосферного газана различных высотах и географических широтах и тому подобные явления.
Главной характеристикойионосферного слоя является критическая частота. Критической частотой fC, иличастотой проникновения, называется самая высокая частота волны отраженной отионосферного слоя, или самая низкая частота волны, которая проникает сквозьслой. Она является непосредственной мерой максимальной электронной концентрацииNMAX слоя.
В эпоху азбуки Морзе ипервых телеграфных аппаратов критическую частоту определяли на основании чиселВольфа и специальных графиков-прогнозов. В зависимости от выбранногонаправления и дальности трассы, зная координаты точки отражения волны, можнобыло определить МПЧ – максимально применимую частоту данной радиолинии. Затемрасчетные значения МПЧ корректировались по данным ионосферного зондирования.
Для получения информациио структуре ионосферных слоев и динамике ионосферной плазмы Земли используютсяразличные варианты радиозондирования (вертикальное (ВЗ), наклонное (НЗ), />возвратно-/>наклонное (ВНЗ), трансионосферное иразличные виды сигналов (узкополосные (УПС), широкополосные (ШПС), сигналы сразличными видами модуляции). Едва ли можно выделить какой-либо методзондирования ионосферы, обладающий однозначным превосходством над остальными повсем параметрам и обеспечивающий всех заинтересованных потребителей во всехобластях исследований. Различные методы исследования существуют совместно иуспешно дополняют друг друга.
Наибольшую точность вопределении МПЧ имеет метод трассового (наклонного) зондирования. Передатчик иприемник импульсов разнесены на расстояние одного или нескольких скачков. Взаранее установленное время или с каким-то периодом передатчик посылает в эфирсигнал последовательно на нескольких частотах. На приемном конце оцениваетсяслышимость и качество сигналов и делается вывод о подходящих частотах дляданного времени суток и года. Накопленная статистика затем используется впроцессе организации связи. В данном случае точность определения МПЧ будетопределяться шагом перестройки частоты передатчика.
Еще одним способомпрактического определения КЧ и МПЧ являются методы вертикального ивозвратно-наклонного зондирования. В обоих случаях прием осуществляется в точкепередачи.
В ходе вертикальногозондирования (ВЗ) радиоволны передатчика, находящегося в месте исследований,излучаются вверх и затем отражаются от ионосферы. Зная скорость ихраспространения, равную скорости света, и время от момента передачи до моментаприема, можно определить высоту отражающего слоя. Разрешающая способность позадержке при импульсном зондировании определяется длительностьюдиагностирующего импульса и составляет, как правило, 2.5 — 5 км. Помаксимальному значению частоты приема определяется КЧ. Вертикальные ионозондыопределяют состояние ионосферы непосредственно над пунктом расположения.Позволяя получать зависимость распределения электронной концентрации от высоты,они не очень хорошо подходят для исследований динамических процессов вионосфере, а их применение является достаточно затратным из-за необходимостиобеспечения работы радиопередающих систем.
В случаевозвратно-наклонного зондирования (ВНЗ) используется эффект, впервые полученныйрусским ученым Николаем Ивановичем Кабановым. В 1948 году ему впервые в миреудалось зафиксировать отражение радиоволны от Земли в обратном направлении, такназываемое «эхо». Это открытие получило название «эффектКабанова» и в 1957 году было внесено в Государственный реестр открытийСССР под № 1. По существу, ионосфера при ВНЗ выполняет функции огромногопассивного ретранслятора. Прогноз максимально применимых частот возможен наоснове данных о высотном распределении профиля электронной концентрации и,прежде всего, данных о критической частоте и высоте слоя F2 ионосферы. Принявобратную волну, которая образуется при отражении от земли на другом концерадиотрассы, по времени ее распространения и высоте отражающего слояматематическим способом определяется МПЧ конкретной трассы. С помощью ВНЗ можнообнаружить, например, появление в ионосфере спорадических слоев, метеорнойионизации, нерегулярных образований электронной плотности волнового иизолированного типов и другие явления. ВНЗ позволяет экcпepимeнтaльнo подбиратьнаилучшую частоту для радиосвязи на данной трассе в данное время.
На практике зачастуюперед сеансом нет возможности проводить процедуру зондирования по соображениямдефицита времени или иным причинам. Кроме того, для проведения вертикального ивозвратно-наклонного зондирования помимо наличия передатчика и приемной антенныс заданной диаграммой направленности требуются высокая точность определениявремени между моментами передачи и приема радиоимпульсов, а также синхронизацияработы передающих и приемных комплексов. Указанные причины привели к выделениючастотно-диспетчерской службы КВ радиоцентров в отдельное структурноеподразделение и появлению специальных станций зондирования.
В последние годы большуючасть данных о волновых процессах в ионосфере удается получать с использованиемглобальной сети GPS. Учитывая большое количество спутников данной системы,большое число двухчастотных наземных приемников (более 1000), а такжедоступность данных, можно сказать, что метод обеспечивает наилучшеепространственно-временное разрешение и наилучшую возможность получениястатистически значимых наборов данных. Возможности применения метода GPS широкоиспользуются и хорошо освещены в публикациях доктора физико-математических наукАфраймовича Э. Л.
Мониторинг ионосферы сиспользованием навигационных спутников систем GPS и ГЛОНАСС обеспечиваетвозможность определения в реальном масштабе времени пространственногораспределения параметров ионосферы и, тем самым, возможность оперативногопрогнозирования МПЧ с целью эффективного планирования и проведения сеансовкоротковолновой связи.
По результатамспутникового мониторинга, осуществляемого из одного наземного пункта, возможнос дискретностью не более 1 минуты в пределах пространственной области с радиусомпримерно 1000 км оценивать необходимые для расчета МПЧ параметры ионосферы, атакже определять высотные профили распределения электронной концентрацииионосферы в диапазоне высот 80…1000 км (с дискретностью 22 км) и ее полноеэлектронное содержание.
Полученные результатыспутникового мониторинга ионосферы подтверждают адекватность предлагаемогоподхода.
/>
5. Первые в мире
Россия станет первойстраной в мире, где намерены создать грандиозную систему мониторинга состоянияверхних слоев атмосферы. В центре этой системы — Обнинск.
Было время, когдасоветские ученые были «впереди планеты всей» по изучению верхних слоеватмосферы — они тогда запускали метеорологические ракеты, зонды, использовалирадиолокационные станции, акустические и оптические радары. И сейчас это время,похоже, возвращается — в России принята федеральная целевая программа (ФЦП) посозданию системы мониторинга верхней атмосферы.
Внушительная часть этойсистемы создается в обнинском НПО «Тайфун».
…Еще лет 40 назад былпридуман простой, но остроумный способ слежения за скоростью и направлениемветра, а также турбулентностью — на высотах 80-105 км, то есть в мезосфере.
Ежеминутно в земнуюатмосферу из космоса вторгаются «пришельцы» — пылинки, мелкиекамушки. Наверное, всякий видел по ночам, как «звезды» падают с неба- это и есть всякая космическая мелочь, оставляющая при сгорании яркийсветящийся след. Их называют метеорами. Так вот, локаторами можно засечьтрансформацию метеорного следа, отследить то, как он меняется под воздействиемветра, а затем вычислить скорость и направление воздушного потока и еготурбулентность.
Тогда же в СССР былипостроены несколько метеорных радиолокационных станций (РЛС), одна из них досих пор функционирует под Обнинском, недалеко от деревни Вашутино. Но ониустарели, и сейчас в НПО «Тайфун» разрабатывается метеорная РЛСнового поколения. Этот прибор будет значительно превосходить своихпредшественников по точности измерений.
Уже в 2011 годупланируется создать опытный образец станции. А дальше начнется самое интересное- в разных точках страны установят семь современных РЛС и объединят их в единуюсеть с единым центром приема информации.
Одновременная локациязаоблачных высот из разных точек создаст целостную картину происходящего вмезосфере. Но и это еще далеко не все. Будет создана сеть из несколькихоптических локаторов — лидаров. Их задача — следить за состоянием более низкогоатмосферного слоя — стратосферы (до 80 км).
Лидары в стране вообще-тоуже есть, один из них работает в Обнинске на территории высотной метеомачты. Ноони тоже устарели, а новые, которые сейчас также разрабатывают в НПО «Тайфун»,отличаются повышенной точностью измерений температуры, давления, плотности,количества озона, аэрозолей и других параметров.
Всего же в странесоздается более десятка различных сетей по наблюдению за верхней атмосферой.Все сетевые станции планируется сделать максимально автоматизированными, дажедистанционно управляемыми для того, чтобы воздействие человеческого фактора наизмерения свести к минимуму.
Подобной разветвленнойсети мониторинга верхних слоев нигде в мире нет. Столь масштабных наблюдений непланировала еще ни одна страна, Россия станет первой. И что замечательно — единый информационный центр, куда потечет поток данных со всех наблюдательныхстанций, расположится в Обнинске, на территории НПО «Тайфун», длянего уже выделено место.
По планам, все сетидолжны начать работу в 2015 году, и график работ, несмотря на кризис,выдерживается. Финансирование ФЦП хотя и сокращается, тем не менее, сейчасденег на проектирование станций хватает. Но «прощупывания» атмосферырадарами мало, картина получится все-таки неполной. Поэтому уже через 4 годавозобновятся запуски метеорологических ракет, которые в нашей стране не леталиуже 12 лет. Это будет новая твердотопливная двухступенчатая ракета МР-30,способная подниматься на высоты более 300 км.
Обнинскому «Тайфуну»поручена разработка научной аппаратуры для новой ракеты — ее «мозгов».Как говорит Владимир Иванов, ракетное зондирование атмосферы очень важно длянауки: «Во-первых, это контактные измерения, при которых аппаратуранепосредственно контактирует с изучаемым объектом, а во-вторых, ракетапозволяет получить практически одномоментный вертикальный „срез“ всейтолщи атмосферы».
Стартовать в околоземноекосмическое пространство ракета МР-30 будет с полигона в поселке Тикси наТаймыре. Его начали создавать еще в 90-е годы: построили стартовые площадки,склады, системы энергообеспечения. И все это из-за нехватки денег пришлосьзаконсервировать. А сейчас уже началась «реанимация» полигона.
Первый старт МР-30назначен на 2011 год. И это еще не все. Наши ученые собираются вести контрольнад состоянием верхних слоев атмосферы не только наземными средствами,локаторами и ракетами, но и космическими. В 2011-2015 годах запустят несколькоспутников, которые станут следить за количеством озона в атмосфере. И НПО «Тайфун»дано задание разработать и изготовить соответствующую аппаратуру. Федеральнаяцелевая программа дала обнинскому институту столько работы, что там непомышляют ни о сокращениях, ни об уменьшении зарплаты. Наоборот, со словВладимира Иванова, даже было принято несколько молодых специалистов. А средняязарплата тех, кто работает по этой программе, — 25 тыс. руб.
Заключение
В настоящее времясуществует около десятка действующих сетей (линеек) приемников на базе НО спутниковыхнавигационных систем в различных регионах мира (России, Великобритании,Скандинавии, на Финляндии, Гренландии, Карибском бассейне, на Аляске), которыеактивно используются для исследовательских целей. Начаты работы по созданиюРТ-цепочки в Индии, планируется продолжение работ в Юго -Восточной Азии с запускомспециализированных спутников. К настоящему времени получено много новойгеофизической информации.
Были исследованы какинтересные формы хорошо известных структур (провал, перемещающиеся ионосферныевозмущения, ЭА и т. д.), так и малоизвестные структуры («пальцеобразные „структуры, наклонный провал и др.). Часть РТ-результатов невозможно получитьдругими методами. Например, узкий наклонный провал не виден ионозондом, “пальцеобразные» неоднородности на больших высотах не выделяются методом некогерентногорассеяния и т.д. Если измерения проводить на нескольких приемных цепочках,расположенных на расстояниях порядка нескольких сотен километров друг от друга,можно исследовать трехмерную структуру ионосферы. Основным существенным ограничениемметода НО РТ является необходимость создания систем со многими линейкамиприемников. Принципиальное отличие НО РТ–системы от традиционных средствионосферной диагностики состоит в том, что это распределенная система: перемещающиесяИСЗ и сеть приемников дают возможность непрерывно зондировать среду по всем возможнымнаправлениям и восстанавливать пространственную структуру ионосферы. Внастоящее время созданы томографические системы регионального мониторингаионосферы в ряде стран. Подобные НО РТ -системы приемников могут стать основойсети глобального мониторинга ионосферы .
Список используемойлитературы
1. Андреева Е.С., Гохберг М.Б., Куницын В.Е., Терещенко Е.Д.и др. Радиотомографическая регистрация возмущений ионосферы от наземных взрывов// Космические исследования. 2001
2. Андреева Е.С., Куницын В.Е., Терещенко Е.Д. и др.Томографическая реконструкция провала ионизации околоземной плазмы // Письма вЖЭТФ. 1990
3. Куницын В. Е., Терещенко Е.Д., Андреева Е.С. Радиотомографияионосферы. М.: Наука, 2006
4. Ораевский В. Н., Куницын В.Е., Ружин Ю.Я. и др.Радиотомографические сечения субавроральной ионосферы на трассе Москва–Архангельск // Геомагнетизм и аэрономия. 1995