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:https://doi.org/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.
