Пресс-служба Института космических исследований Российской академии наук подготовила материал о задачах и научной аппаратуре гелиогеофизических космических аппаратов «Ионосфера-М», два из которых планируется запустить в рамках проекта «Ионозонд» 5 ноября 2024 года ракетой-носителем «Союз-2.1б» с разгонным блоком «Фрегат» с космодрома Восточный.
Проект «Ионозонд» направлен на решение задач мониторинга околоземного космического пространства и фундаментальных исследований космической плазмы и волновых процессов в ней. В ходе проекта планируется создать космическую группировку из четырёх спутников «Ионосфера-М» и одного спутника «Зонд-М».
Спутники «Ионосфера-М» изготавливаются в ходе Федеральной космической программы 2016–2025 годов и будут запущены попарно на солнечно-синхронные орбиты: в 2024 году — аппараты № 1 и № 2, в 2025 году — аппараты № 3 и № 4. Спутник «Зонд-М» будет изготовлен и запущен в рамках следующей Федеральной космической программы.
Генеральный заказчик — Госкорпорация «Роскосмос», тематические заказчики — Росгидромет и Российская академия наук, разработчик космической системы — Корпорация «ВНИИЭМ» (входит в Роскосмос), разработчик комплекса целевой аппаратуры — ИКИ РАН (с кооперацией).
Ионосфера — область атмосферы Земли на высотах от 50 км до порядка 2 000 км, которая содержит, кроме нейтральных атомов и молекул, ещё и заряженные частицы — ионы и электроны, образовавшиеся под действием излучения Солнца. Благодаря этому ионосфера проводит электрический ток и способна отражать или искажать радиосигналы.
Кроме того, электрические токи, возникающие в магнитосфере Земли, проходят и через ионосферу, поэтому она — важнейший элемент, влияющий на геомагнитную активность: формирование магнитных бурь, появление полярных сияний и прочее.
Но изучать ионосферу сложно. Фактически, добраться до неё можно только с помощью искусственного спутника Земли. Спутники для исследования и мониторинга ионосферы должны быть оснащены приборами, способными измерять основные параметры космической плазмы — концентрацию частиц, их состав и температуру, а также параметры электромагнитных полей и волновых излучений, генерируемых в окрестности спутников или приходящих из удалённых областей.
Но если мы проводим измерения только на высоте орбиты спутника, то и данные получаем только об этой области. О том, что происходит выше и ниже неё, можно только догадываться. Разрешить эту проблему может прибор, способный зондировать ионосферу на разных высотах и представлять результаты в виде высотного профиля. Такой прибор называют ионозондом.
Излучая короткие радиоимпульсы в широком диапазоне частот, он регистрирует отражённые от ионосферы сигналы, причем отражение происходит в точке, в которой частота свободных колебаний электронов (зависящая от их концентрации на данной высоте) равна частоте зондирующего радиоимпульса. Измеряя длительность задержки между временем излучения импульса и получением отраженного сигнала, мы можем определить высоту отражения, а по частоте отраженного импульса — концентрацию электронов на этой высоте.
Изучение ионосферы с помощью спутниковых ионозондов проводилось у нас в стране с помощью специальных космических аппаратов и комплекса на орбитальной станции «Мир» до 1990-х годов, и с тех пор фактически прекратилось. Проект «Ионозонд» возобновит эту важнейшую работу.
Кроме зондирования ионосферы, приборы на борту спутника будут выполнять и другие измерения.
Комплекс приборов на спутниках «Ионосфера-М» предназначен для измерения параметров ионосферной плазмы, космической радиации и электромагнитных полей:
- ЛАЭРТ — ионозонд для измерения вертикального распределения электронной концентрации ионосферной плазмы. Прибор имеет два основных режима работы. В пассивном режиме он работает как радиоспектрометр в диапазоне частот 100 кГц – 20 МГц. В активном режиме — как ионосферный локатор в том же диапазоне частот. Прибор разработан и изготовлен ВНИИЭМ.
- ПЭС — приёмник сигналов навигационных спутников GPS/ГЛОНАСС для определения характеристик ионосферы радиозатменным методом. Прибор изготовлен Институтом земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн имени Н. В. Пушкова РАН (ИЗМИРАН).
- МАЯК — передатчик когерентных радиосигналов на частотах 150 и 400 МГц. По принятым от прибора МАЯК сигналам на наземных станциях будет восстанавливаться распределение плотности ионосферных электронов методом низковысотной томографии. Прибор изготовлен ИЗМИРАН. Наземные станции для работы с прибором МАЯК Росгидромета курирует Институт прикладной геофизики имени академика Е.К. Фёдорова (ИПГ). Работа приёмных станций для исследовательских целей будет проводиться силами ИЗМИРАН, физического факультета Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова, Полярного геофизического института, Института солнечно-земной физики Сибирского отделения РАН и других организаций.
- НВК с магнитным и электрическими датчиками — приёмник-анализатор электромагнитных волн в низкочастотном диапазоне до 20 кГц для измерения естественных излучений космической плазмы и сигналов искусственного происхождения от электросетей и наземных низкочастотных передатчиков. Магнитный датчик изготовлен Научно-исследовательским радиофизическим институтом Нижегородского государственного университета имени Н.И. Лобачевского. Электрические датчики изготовлены Научно-производственным предприятием «Астрон-Электроника». Блок электроники НВК изготовлен ИЗМИРАН.
- СПЭР/1 — спектрометр плазмы и энергичной радиации (ионов и электронов в диапазоне 0.05 кэВ – 100 МэВ), предназначенный для мониторинга плазмы, приходящей в ионосферу «сверху» — из магнитосферы. Прибор изготовлен Научно-исследовательским институтом ядерной физики имени Д.В. Скобельцына (НИИЯФ) МГУ.
- ГАЛС/1 — спектрометр галактических космических лучей и магнитосферной радиации (электронов и протонов в диапазоне от 0.15 до 600 МэВ). Прибор изготовлен ИПГ.
- СГ/1 — гамма-спектрометр в диапазоне энергий 20 кэВ – 10 МэВ. Прибор изготовлен НИИЯФ МГУ.
- БКУСНИ — блок для управления работой приборов комплекса целевой аппаратуры, сбора результатов измерений, трансляции потока информации в телеметрическую систему для передачи на Землю. Прибор изготовлен ИКИ РАН.
Кроме этого, на спутниках «Ионосфера-М» № 3 и № 4 будут установлены приборы «Озонометр-ТМ» для измерения параметров озонового слоя. Приборы изготовлены НПП «Астрон Электроника» при участии ИКИ РАН.
Приём информации со спутников — результатов измерений — будет проводиться государственной системой космического мониторинга в составе Европейского, Сибирского и Дальневосточного центров Научно-исследовательского центра космической гидрометеорологии «Планета».
Первичная обработка полученной информации, а также подготовка программ измерений в полёте будут проводиться наземным комплексом приёма, обработки и распространения информации под руководством НИЦ «Планета» Росгидромета (с участием ИКИ РАН). Управление спутниками в полёте будет осуществлять Центр управления полетами Центрального научно-исследовательского института машиностроения (входит в Роскосмос). Обработка и интерпретация полученной информации в интересах решения практических задач будут осуществляться Центром валидации ИПГ. Проведение научных исследований с использованием результатов измерений на спутниках «Ионосфера-М» будет координировать ИКИ РАН.
Одновременно с наблюдениями спутников «Ионосфера-М» планируются и измерения плотности плазмы методом резонансного зондирования на малом спутнике формата CubeSat «СамСат-Ионосфера». Идею этого эксперимента предложили сотрудники Института прикладной физики РАН имени А.В. Гапонова-Грехова, а изготовили аппарат — сотрудники Самарского национального исследовательского университета имени академика С.П. Королёва. Спутник будет запущен вместе с «Ионосферами-М» № 1 и № 2 в качестве попутной нагрузки, состоящей из 53 малых аппаратов.
(ИКИ РАН)
