Доклад: Спутниковая радиотомография

Полученные результаты спутникового мониторинга ионосферы подтверждают адекватность предлагаемого подхода.

5. Первые в мире

Россия станет первой страной в мире, где намерены создать грандиозную систему мониторинга состояния верхних слоев атмосферы. В центре этой системы - Обнинск.

Было время, когда советские ученые были "впереди планеты всей" по изучению верхних слоев атмосферы - они тогда запускали метеорологические ракеты, зонды, использовали радиолокационные станции, акустические и оптические радары. И сейчас это время, похоже, возвращается - в России принята федеральная целевая программа (ФЦП) по созданию системы мониторинга верхней атмосферы.

Внушительная часть этой системы создается в обнинском НПО "Тайфун".

…Еще лет 40 назад был придуман простой, но остроумный способ слежения за скоростью и направлением ветра, а также турбулентностью - на высотах 80-105 км, то есть в мезосфере.

Ежеминутно в земную атмосферу из космоса вторгаются "пришельцы" - пылинки, мелкие камушки. Наверное, всякий видел по ночам, как "звезды" падают с неба - это и есть всякая космическая мелочь, оставляющая при сгорании яркий светящийся след. Их называют метеорами. Так вот, локаторами можно засечь трансформацию метеорного следа, отследить то, как он меняется под воздействием ветра, а затем вычислить скорость и направление воздушного потока и его турбулентность.

Тогда же в СССР были построены несколько метеорных радиолокационных станций (РЛС), одна из них до сих пор функционирует под Обнинском, недалеко от деревни Вашутино. Но они устарели, и сейчас в НПО "Тайфун" разрабатывается метеорная РЛС нового поколения. Этот прибор будет значительно превосходить своих предшественников по точности измерений.

Уже в 2011 году планируется создать опытный образец станции. А дальше начнется самое интересное - в разных точках страны установят семь современных РЛС и объединят их в единую сеть с единым центром приема информации.

Одновременная локация заоблачных высот из разных точек создаст целостную картину происходящего в мезосфере. Но и это еще далеко не все. Будет создана сеть из нескольких оптических локаторов - лидаров. Их задача - следить за состоянием более низкого атмосферного слоя - стратосферы (до 80 км).

Лидары в стране вообще-то уже есть, один из них работает в Обнинске на территории высотной метеомачты. Но они 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 стране создается более десятка различных сетей по наблюдению за верхней атмосферой. Все сетевые станции планируется сделать максимально автоматизированными, даже дистанционно управляемыми для того, чтобы воздействие человеческого фактора на измерения свести к минимуму.

Подобной разветвленной сети мониторинга верхних слоев нигде в мире нет. Столь масштабных наблюдений не планировала еще ни одна страна, Россия станет первой. И что замечательно - единый информационный центр, куда потечет поток данных со всех наблюдательных станций, расположится в Обнинске, на территории НПО "Тайфун", для него уже выделено место.

По планам, все сети должны начать работу в 2015 году, и график работ, несмотря на кризис, выдерживается. Финансирование ФЦП хотя и сокращается, тем не менее, сейчас денег на проектирование станций хватает. Но "прощупывания" атмосферы радарами мало, картина получится все-таки неполной. Поэтому уже через 4 года возобновятся запуски метеорологических ракет, которые в нашей стране не летали уже 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 для науки: "Во-первых, это контактные измерения, при которых аппаратура непосредственно контактирует с изучаемым объектом, а во-вторых, ракета позволяет получить практически одномоментный вертикальный "срез" всей толщи атмосферы".

Стартовать в околоземное космическое пространство ракета МР-30 будет с полигона в поселке Тикси на Таймыре. Его начали создавать еще в 90-е годы: построили стартовые площадки, склады, системы энергообеспечения. И все это из-за нехватки денег пришлось законсервировать. А сейчас уже началась "реанимация" полигона.

Первый старт МР-30 назначен на 2011 год. И это еще не все. Наши ученые собираются вести контроль над состоянием верхних слоев атмосферы не только наземными средствами, локаторами и ракетами, но и космическими. В 2011-2015 годах запустят несколько спутников, которые станут следить за количеством озона в атмосфере. И НПО "Тайфун" дано задание разработать и изготовить соответствующую аппаратуру. Федеральная целевая программа дала обнинскому институту столько работы, что там не помышляют ни о сокращениях, ни об уменьшении зарплаты. Наоборот, со слов Владимира Иванова, даже было принято несколько молодых специалистов. А средняя зарплата тех, кто работает по этой программе, — 25 тыс. руб.

Заключение

В настоящее время существует около десятка действующих сетей (линеек) приемников на базе НО спутниковых навигационных систем в различных регионах мира (России, Великобритании, Скандинавии, на Финляндии, Гренландии, Карибском бассейне, на Аляске), которые активно используются для исследовательских целей. Начаты работы по созданию РТ-цепочки в Индии, планируется продолжение работ в Юго -Восточной Азии с запуском специализированных спутников . К настоящему времени получено много новой геофизической информации.

Были исследованы как интересные формы хорошо известных структур (провал, перемещающиеся ионосферные возмущения, ЭА и т. д.), так и малоизвестные структуры ("пальцеобразные " структуры, наклонный провал и др.). Часть РТ-результатов невозможно получить другими методами. Например, узкий наклонный провал не виден ионозондом, "пальцеобразные " неоднородности на больших высотах не выделяются методом некогерентного рассеяния 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 ограничением метода НО РТ является необходимость создания систем со многими линейками приемников. Принципиальное отличие НО РТ–системы от традиционных средств ионосферной диагностики состоит в том, что это распределенная система: перемещающиеся ИСЗ и сеть приемников дают возможность непрерывно зондировать среду по всем возможным направлениям и восстанавливать пространственную структуру ионосферы. В настоящее время созданы томографические системы регионального мониторинга ионосферы в ряде стран. Подобные НО РТ -системы приемников могут стать основой сети глобального мониторинга ионосферы .

Список используемой литературы

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 в ЖЭТФ. 1990

3. Куницын В. Е., Терещенко Е.Д., Андреева Е.С. Радиотомография ионосферы. 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