Иркутск, Россия
Иркутск, Россия
Иркутск, Иркутская область, Россия
Иркутск, Россия
В рамках совместной работы ФГУП ЦНИИмаш, РКК «Энергия» и ИСЗФ СО РАН в 2007–2015 гг. проводился активный космический эксперимент «Радар–Прогресс» (до 2010 г. «Плазма–Прогресс»). На Иркутском радаре некогерентного рассеяния проводились исследования пространственно-временных характеристик ионосферных возмущений, возникающих вследствие инжекции в ионосферную плазму выхлопных газов бортовых двигателей транспортных грузовых космических коралей серии «Прогресс». В качестве основного эффекта при инжекции продуктов горения в ионосферную плазму рассматривается возникновение новых очагов рекомбинации ионов атомарного кислорода О+ на молекулах воды и углекислого газа, что приводит к образованию области пониженной концентрации плазмы («дыры» ионизации). В условиях ночной ионосферы данная область заполняется ионами водорода из плазмосферы, что меняет ионный состав плазмы и характеристики сигналов некогерентного рассеяния. При наблюдении процессов формирования и релаксации области пониженной концентрации плазмы критическими факторами являются степень заполнения диаграммы направленности радара продуктами горения и скорость термосферного нейтрального ветра, который выносит молекулярные фракции выброса из диаграммы направленности радара. Влияние этих факторов приводит к низкой повторяемости успешных наблюдений эффекта. В успешных экспериментах зарегистрированы уменьшение электронной концентрации до 35 % и длительность существования «дыры» ионизации до 30 мин. Время существования на месте «дыры» области с высоким содержанием ионов H+ может составлять до одного часа.
ионосфера, электронная концентрация, активные космические эксперименты, выброс продуктов горения в ионосферную плазму.
ВВЕДЕНИЕ
Начиная с 2007 г. в рамках активных космических экспериментов (КЭ) «Радар–Прогресс» (до 2010 г. «Плазма–Прогресс») [Potekhin et al., 2009; Khakhinov et al., 2012; Хахинов и др., 2012, 2013] на Иркутском радаре некогерентного рассеяния (ИРНР) [Жеребцов и др., 2002] проводились исследования ионосферных неоднородностей, генерируемых выхлопными газами бортовых жидкостных реактивных двигателей (ЖРД) транспортных грузовых кораблей (ТГК) серии «Прогресс». В 2007–2015 гг. был проведен 91 сеанс КЭ. ИРНР использовался для исследования радиолокационных сигналов как от неоднородностей, генерируемых струей выхлопных газов, так и от ионосферных неоднородностей, возникающих вследствие химической реакции этих выбросов с частицами плазмы.
Активные эксперименты проводились в режиме автономного полета ТГК, после завершения программы работ и отстыковки его от международной космической станции (МКС), и имели следующие особенности:
- относительно малое количество продуктов горения, инжектируемых в ионосферу (скорость сжигания топлива варьирует от 376 г/с до 1 кг/с, длительность работы ЖРД — от 5 до 11 с);
- разные внешние условия экспериментов, такие как фоновая концентрация электронов, гелио-геофизическая обстановка, высота и ориентация ТГК на орбите, тип ЖРД и направление струи выхлопных газов.
Для исследования пространственно-временных характеристик ионосферных возмущений, генерируемых продуктами горения при работе ЖРД, ИРНР включался за несколько часов до сеанса КЭ с целью определения фоновых параметров ионосферной плазмы в области пролета ТГК и продолжал измерения в течение нескольких часов после сеанса КЭ.
Ионосферные эффекты исследовались по методикам, изложенным в работах [Shpynev, 2004; Медведев и др., 2004; Лебедев и др., 2008; Хахинов и др., 2010], в двух частотных каналах для одновременного измерения профиля мощности и спектральных характеристик сигналов некогерентного рассеяния (НР). В спектральном канале измерений использовался прямоугольный импульс длительностью 750 мкс. В канале регистрации профиля мощности в период низкой солнечной активности 2007–2008 гг. для зондирования ионосферы применялся прямоугольный импульс длительностью 150–200 мкс, с 2009 г. — фазоманипулированный импульс (использующий 5- или 11-элементный код Баркера) суммарной длительностью 200 мкс с последующим согласованным приемом. Кроме этого, начиная с 2009 г. в экспериментах использовался режим двух разнесенных в меридиональной плоскости лучей для определения динамики возмущенной области.
1. Вергасова Г.В., Казимировский Э.С. Крупномасштабные вариации преобладающего ветра в нижней термосфере // Изв. АН. Сер. ФАО. 1994. Т. 30, № 1. С. 31–38.
2. Жеребцов Г.А., Заворин А.В., Медведев А.В. и др. Иркутский радар некогерентного рассеяния // Радиотехника и электроника. 2002. Т. 47, № 11. С. 1339–1345.
3. Кринберг И.А., Тащилин А.В. Ионосфера и плазмо-сфера. М.: Наука, 1984. 187 c.
4. Лебедев В.П., Хахинов В.В., Габдуллин Ф.Ф. и др. Исследование методами радиозондирования характеристик плазменного окружения низкоорбитальных космических аппаратов // Космонавтика и ракетостроение. 2008. № 1 (50). С. 51–60.
5. Медведев А.В., Заворин А.В., Кушнарев Д.С., Шпынев Б.Г. Модернизация аппаратно-программного ком-плекса Иркутского радара НР. Основные элементы новой многоканальной системы регистрации // Солнечно-земная физика. 2004. Вып. 5. С. 107–110.
6. Платов Ю.В., Семенов А.И., Филиппов Б.П. Субли-мация ледяных частиц в условиях верхней атмосферы // Геомагнетизм и аэрономия. 2004. Т. 44, № 3. С. 419–423.
7. Платов Ю.В., Семенов А.И., Филиппов Б.П. Субли-мация твердой углекислоты в условиях верхней атмосферы // Геомагнетизм и аэрономия. 2005. T. 45, № 3. C. 416–420.
8. Хахинов В.В., Потехин А.П., Лебедев В.П. и др. Радиофизические методы диагностики ионосферных возмущений, генерируемых бортовыми двигателями ТГК «Прогресс»: алгоритмы, инструменты и результаты // Росс. науч. конф. «Зондирование земных покровов радарами с синтезированной апертурой». 06–10.09.2010, Улан-Удэ: сб. докладов. 2010. С. 553–569. URL: http://jre.cplire.ru/jre/ library/Ulan-Ude-2010/pdffiles/s2_35.pdf (дата обращения 17 ноября 2016 г.).
9. Хахинов В.В., Потехин А.П., Лебедев В.П. и др. Ре-зультаты дистанционного зондирования ионосферных возмущений в активных космических экспериментах «Ра-дар–Прогресс» // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2012. Т. 9, № 3. С. 199–208.
10. Хахинов В.В., Потехин А.П., Лебедев В.П. и др. Некоторые результаты активных космических экспери-ментов «Плазма–Прогресс» и «Радар–Прогресс» // Вестник Сибирского государственного аэрокосмического уни-верситета им. М.Ф. Решетнева. 2013. Спец. вып. 5 (51). С. 160–163.
11. Bernhardt P.T., Huba J.D., Swartz W.E., Kelly M.C. Incoherent scatter from space shuttle and rocket engine plumps in the ionosphere // J. Geophys. Res. 1998. V. 103, N A2. P. 2239–2251.
12. Bernhardt P.T., Huba J.D., Kudeki E., et al. Lifetime of a depression in the plasma density over Jicamarca produced by space shuttle exhaust in the ionosphere // Radio Sci. 2001. V. 36, N 5. P. 1209–1220.
13. Kazimirovsky E.S., Manson A.H., Meek C.E. Winds and waves in the middle atmosphere // J. Atmos. Terr. Phys. 1988. V. 50, N 3. P. 243–250.
14. Khakhinov V.V., Shpynev B.G., Lebedev V.P., et al. Radio-sounding of ionospheric disturbances generated by ex-haust streams of the transport spacecraft “Progress” engines // The 32nd Progress in Electromagnetics Research Symposium. The Electromagnetics Academy, 2012. P. 1168–1171.
15. Potekhin A.P., Khakhinov V.V., Medvedev A.V., et al. Active space experiments with the use of the transport space-craft “Progress” and Irkutsk IS Radar // The 26nd Progress in Electromagnetics Research Symposium. 2009. P. 223–227.
16. Shpynev B.G. Incoherent scatter Faraday rotation measurements on a radar with single linear polarization // Radio Sci. 2004. V. 39, N 3. RS3001. DOI: 10.1029/2001RS002523.
17. Wu B.J.C. Possible water vapor condensation in rocket exhaust plume // American Institute of Aeronautics and Astro-nautics J. 1975. V. 13, N 6. P. 797–802.
