Solnechno-Zemnaya FizikaSolnechno-Zemnaya FizikaСолнечно-земная физика2712-96401187010.12737/19634Результаты исследованийResults of current researchРезультаты исследованийGeomagnetic effects caused by rocket exhaust jetsЭффекты в магнитном поле Земли от работы двигателей космического корабляЛипкоЮрий ВладимировичLipkoYuriy Vladimirovichlipko@iszf.irk.ruПашининАлександр ЮрьевичPashininAleksandr Yuryevichpash@iszf.irk.ruРахматулинРавиль АнатольевичRakhmatulinRavil Anatolyevich
Институт солнечно-земной физики СО РАНИркутскРоссияInstitute of Solar Terrestrial Physics SB RASIrkutskRussian FederationИнститут солнечно-земной физики СО РАНИркутскРоссияInstitute of Solar Terrestrial Physics SB RASIrkutskRussian FederationИнститут солнечно-земной физики СО РАНИркутскРоссияInstitute of Solar Terrestrial Physics SB RASIrkutskRussian FederationИнститут солнечно-земной физики СО РАНИркутскРоссияInstitute of Solar Terrestrial Physics SB RASIrkutskRussian Federation2709201627092016233340https://zh-szf.ru/en/nauka/article/11870/view
В рамках космического эксперимента «Радар–Прогресс» на магнитоизмерительных комплексах, расположенных в обсерваториях Института солнечно-земной физики Сибирского отделения Российской академии наук, и магнитотеллурической аппаратуре мобильного комплекса проведено 33 сеанса регистрации колебаний магнитного поля Земли во время включений бортовых двигателей космических грузовых кораблей серии «Прогресс» на околоземной орбите. Предполагалось, что работа двигателя может стимулировать возмущения геомагнитного поля в силовых трубках, пересекаемых космическим кораблем. При анализе экспериментального материала учитывались факторы космической погоды: параметры солнечного ветра, суммарный за сутки Kр-индекс возмущенности геомагнитного поля в средних широтах, АЕ-индекс возмущенности магнитного поля в авроральной зоне, глобальная магнитная возмущенность.
Результаты эксперимента показали, что в 18 из 33 сеансов наблюдались геомагнитные пульсации в различных диапазонах периодов.
In the space experiment Radar–Progress, we have made 33 series of measurements of geomagnetic variations during ignitions of engines of Progress cargo spacecraft in low Earth orbit. We used magneto-measuring complexes, installed at observatories of the Institute of Solar-Terrestrial Physics of Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, and magnetotelluric equipment of a mobile complex. We assumed that engine running can cause geomagnetic disturbances in flux tubes crossed by the spacecraft. When analyzing experimental data, we took into account space weather factors: solar wind parameters, total daily mid-latitude geomagnetic activity index Kр, geomagnetic auroral electrojet index AE, global geomagnetic activity.
The empirical data we obtained indicate that 18 of the 33 series showed geomagnetic variations in various time ranges.
Активный космический эксперимент «Радар–Прогресс»геомагнитные пульсацииколебания магнитного поля Земликосмическая погодаActive Radar–Progress space experimentgeomagnetic pulsationsgeomagnetic field variationsspace weather
ВВЕДЕНИЕС началом эры освоения ближнего космического пространства многие исследователи обратили внимание на возможное влияние техногенных факторов на атмосферу Земли. Наиболее существенными способами активного искусственного воздействия на геофизические процессы в атмосфере и магнитосфере Земли являются ядерные взрывы, выбросы химических соединений и нагрев электромагнитным излучением [Наумов и др., 2014].Локальные геомагнитные возмущения природного и технического генезиса широко известны с момента первых высотных ядерных взрывов [Фаткуллин, 1982]. Изучение ядерных технофизических процессов, генерирующих локальные геомагнитные возмущения, приводит к предположению о том, что старты ракет-носителей могут также создавать цепочку ионосферных процессов, способных вызывать специфические геомагнитные вариации [Смирнова и др., 1995].В рамках исследований активных воздействий на геофизические процессы неоднократно проводились эксперименты по созданию в ионосфере искусственных плазменных образований. Их эволюция может способствовать генерации потоков заряженных частиц, возникновению локальных токовых систем и магнитогидродинамических возмущений. Активно воздействуют на геофизические процессы также выбросы химических плазмогасящих веществ, инжекция в ионосферу потоков заряженных частиц, лазерного излучения [Наумов и др., 2014].В работе [Дмитриев и др., 2002] был проведен эксперимент по мониторингу вариаций магнитного поля Земли (МПЗ), которые могли возникнуть в период после запуска ракет-носителей. Исследование показало, что после большинства пусков ракет-носителей через 8-18 ч наблюдалось аномальное понижение напряженности МПЗ (полного вектора T и вертикальной Z-составляющей). Интенсивность максимального понижения МПЗ варьировала в пределах от 20 до 200 нТл. Градиент понижения изменялся в пределах 7-28 нТл/ч. Время полной релаксации МПЗ также варьировало в широких пределах от 8 ч до суток и более [Дмитриев и др., 2002].Данное исследование вариаций МПЗ проводилось в рамках активного космического экспери-мента (КЭ) «Радар-Прогресс» [Лебедев и др., 2008; Хахинов и др., 2010; Khakhinov et al., 2012; Potekhin et al., 2009]. Постановщиком КЭ выступило Федеральное государственное унитарное предприятие Центральный научно-исследовательский институт машиностроения (ЦНИИмаш). Ракетно-космическая корпорация (РКК) «Энергия» им. С.П. Королева отвечала за разработку программно-методического обеспечения и техническую реализацию КЭ. В сеансах КЭ были задействованы наземный пространственно-разнесенный комплекс радио-технических, оптико-электронных, магнитометрических и навигационных средств наблюдений и измерений Института солнечно-земной физики Сибирского отделения Российской академии наук (ИСЗФ СО РАН) и транспортные грузовые корабли (ТГК) серии «Прогресс» в фазе автономного полета после выполнения основной миссии по доставке грузов на МКС.Во время пролета ТГК в зоне ответственности Иркутского радара некогерентного рассеяния в предварительно рассчитанное время включался на 8-10 с бортовой сближающе-корректирующий двигатель (СКД), потребляющий 1 кг топлива в секунду. Высокоэнергичные выхлопные газы могли стимулировать развитие в магнитосферно-ионосферной плазме электромагнитных возмущений, которые могли быть зарегистрированы на поверхности Земли магнитометрической аппаратурой.В связи с этим в обсерваториях ИСЗФ СО РАН и в точке проекции на поверхность Земли силовой трубки геомагнитного поля, в которой по расчетам находился ТГК «Прогресс», работали индукционные магнитометры и производился мониторинг вариаций геомагнитного поля в различных диапазонах периодов.Настоящая работа посвящена исследованию возможных магнитных возмущений в период работы двигателей ТГК «Прогресс».
Дмитриев А.Н., Робертус Ю.В., Шитов А.В. К проблеме локальных геомагнитных возмущений при пусках ракет-носителей // Физические проблемы экологии (Экологическая физика). М.: МАКСПресс, 2002. № 8. С. 32-42.Dmitriev A.N., Robertus Yu.V., Shitov A.V. On the problem of local geomagnetic disturbances during launches of carrier rockets. Fizicheskie problemy ekologii (Ekologicheskaya fizika) [Physical Problems in Ecology (Ecological Physics)]. Moscow: MAKSPress Publ. 2002, no. 8, pp. 32-42. (In Russian).Липко Ю.В., Вугмейстер Б.О., Рахматулин Р.А. Ионосферные проявления геомагнитных пульсаций в высоких широтах // Геомагнетизм и аэрономия. 2001. № 3. С. 332-336.Fatkullin N.N. Physics of the Ionosphere. Itogi nauki i tekhniki. Geomagtetizm i vysokie sloi atmosfery [Results in Science and Technology. Geomagnetism and high atmospheric layers]. Moscow: VINITI Publ., 1982, vol. 6, 224 p. (In Russian).Наумов Н., Никольский В., Перцев С., Руденко В. Военно-прикладные аспекты геофизических исследований за рубежом // Зарубежное военное обозрение. 2014. № 1. С. 24-31.Khakhinov V.V., Potekhin A.P., Lebedev V.P., Medvedev A.V., Kushnarev D.S., Shpynev B.G., Zarudnev V.E., Alsatkin S.S., Ratovsky K.G., Podlesny A.V., Bryn’ko I.G. Radiophysical methods of diagnostics of ionospheric disturbances generated by on-board engines of transport spacecraft “Progress”: Algorithms, instruments and results. Rossiyskaya nauchnaya konferetsiya “Zondirovanie zemnykh pokrovov radarami s sintezirovannoi aperturoi” [National Scientific Conference Earth Surface Sounding by Radars and Synthetic Aperture]. 2010, pp. 553-569. (In Russian).Рахматулин Р.А. Суббуря в геомагнитных пульсациях. Эксперименты на меридиональных цепочках станций Евразийского континента 1973-2003 гг.: автореф. дисс. … д-ра физ.-мат. наук. Иркутск: ИСЗФ СО РАН, 2010. 42 с.Khakhinov V.V., Shpynev B.G., Lebedev V.P., Kushnarev D.S., Alsatkin S.S., Khabituev D.S. Radiosounding of ionospheric disturbances generated by exhaust streams of the transport spacecraft “Progress” engines. PIERS Proc. Moscow, Russia, August 19-23, 2012, pp. 1168-1171.Рахматулин Р.А., Петровский М.А. Исследо-вание динамических спектров высокоширотных Pi2-пульсаций // Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца. М.: Наука, 1994. Вып. 103. С. 49-56.Lipko Yu.V., Vugmeister B.O., Rakhmatulin R.A. Ionospheric manifestations of geomagnetic pulsations at high latitudes. Geomagnetizm i aeronomiya [Geomagnetism and Aeronomy]. 2001, no. 3, pp. 332-336. (In Russian).Смирнова Н.В., Козлов С.И., Козик Е.А. Влияние запусков твердотопливных ракет на ионосферу Земли. 2. Области E, E-F // Космические исследования. 1995. Т. 33, № 2. С. 115-123.Naumov N., Nikolsky V., Pertsev S., Rudenko V. Military-applied aspects of geophysical research abroad. Zarubezhnoe voennoe obozrenie [Foreign Military Review]. 2014, no. 1, pp. 24-31. (In Russian).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.Potekhin A.P., Khakhinov V.V., Medvedev A.V., Kushnarev D.S., Lebedev V.A., Shpynev B.G. Active space experiments with the use of the transport spacecraft “Progress” and Irkutsk IS Radar. PIERS Proc. Moscow, Russia, August 18-21, 2009, pp. 223-227.Фаткуллин Н.Н. Физика ионосферы // Итоги науки и техники. Геомагнетизм и высокие слои атмосферы. М.: ВИНИТИ, 1982. Т. 6. 224 с.Rakhmatulin R.A. Subburya v geomagnitnykh pulsatsiyakh. Eksperimenty na meridional’nykh tsepochkahk stantsy Evraziyskogo kontinenta 1973-2003: aftoreferat diss. [Substorm in geomagnetic pulsations. Experiments at meridional chains of Eurasia continent stations 1973-2003. Abstract of dissertation… Dr. Phys. and Math. Sci.]. 2010, 42 с. (In Russian).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 // Российская научная конференция «Зондирование земных покровов радарами с синтезированной апертурой» (6.09-10.09.2010, Улан-Удэ): электронный сборник докладов. 2010. С. 553-569.Rakhmatulin R.A., Petrovsky M.A. Research into dynamic spectra of high-latitude Pi2 pulsations. Isslelovaniya po geomagnetizmu, aeronomii i fizike Solntsa [Research on Geomagnetism, Aeronomy and Solar Physics]. Moscow: Nauka Publ.,1994, iss. 103, pp. 49-56. (In Russian).Khakhinov V.V., Shpynev B.G., Lebedev V.P., et al. Radiosounding of ionospheric disturbances generated by exhaust streams of the transport spacecraft “Progress” engines // PIERS Proc. Moscow, Russia, August 19-23, 2012. P. 1168-1171.Rakhmatulin R.А., Pashinin A.Yu. Influence of the ionosphere on the observation of the mid-latitude Pi2 pulsations at the global scale. Chinese J. Space Sci. 2005, vol. 25, no. 5. pp. 447-449.Potekhin A.P., Khakhinov V.V., Medvedev A.V., et al. Active space experiments with the use of the transport spacecraft “Progress” and Irkutsk IS Radar // PIERS Proc. Moscow, Russia, August 18-21, 2009. P. 223-227.Smirnova N.V., Kozlov S.I., Kozik E.A. Effect of launches of solid-propellant rockets on the Earth’s ionosphere 2. Regions E, E-F. Kosmicheskie issledovaniya [Cosmic Research]. 1995, vol. 33, no. 2, pp. 115-123. (In Russian).Rakhmatulin R.А., Pashinin A.Yu. Influence of the ionosphere on the observation of the mid-latitude Pi2 pulsations at the global scale // Chinese J. Space Sci. 2005. V. 25, N 5. P. 447-449.Lebedev V.P., Khakhinov V.V., Gabdullin F.F., Korsun A.G., Tverdokhlebova E.M., Laletina E.A., Manzhelei A.I., Research into characteris-tics of plasma surroundings of low-orbit space-craft by radio sounding methods. Kosmonavtika i raketostroenie [Cosmonautics and Rocket Engi-neering]. 2008, no. 1 (50), pp. 51-60. (In Rus-sian).URL: http://www.swpc.noaa.gov/ftpmenu/lists/ace.html (дата обращения 12 марта 2016 г.).URL: http://www.swpc.noaa.gov/ftpmenu/lists/ace.html (accessed March 12, 2016).URL: http://ipg.geospace.ru/ (дата обращения 12 марта 2016 г.).URL: http://ipg.geospace.ru/ (accessed March 12, 2016).URL: http://wdc.kugi.kyoto-u.ac.jp/ae_provisional/index. html (дата обращения 12 марта 2016 г.).URL: http://wdc.kugi.kyoto-u.ac.jp/ae_provisional/index. html (accessed March 12, 2016).URL: http://ipg.geospace.ru/weekly-geomagnetic-forecast. html (дата обращения 12 марта 2016 г.).URL: http://ipg.geospace.ru/weekly-geomagnetic-forecast. html (accessed March 12, 2016).