В России готовится к запуску новая космическая группировка «Ионозонды», предназначенная для фундаментального изучения ионосферы Земли и прогнозирования космической погоды. Первые два спутника из четырёх запланированных будут выведены на орбиту в ноябре текущего года. Эти аппараты, созданные на базе ранее разработанных для программы «Ионосфера-М», откроют новую страницу в отечественном космическом приборостроении, позволив системно отслеживать солнечную активность, геомагнитные бури и даже предвестники землетрясений. Подробности миссии — в материале.
Модель космического аппарата «Ионосфера-М» в рамках проекта «Ионозонд».
Состав и задачи новой орбитальной группировки
Формирование российской ионосферной группировки начнётся с запуска двух спутников в ноябре, хотя изначально старт был запланирован на май. Эти аппараты станут основой для системы «Ионозонды», которая займётся регулярным мониторингом верхних слоёв атмосферы и прогнозированием «космической погоды» — совокупности условий в околоземном пространстве, определяемых солнечной активностью.
Учёные из Института космических исследований РАН (ИКИ), являющиеся главными разработчиками научной аппаратуры для спутников, подчеркивают уникальность проекта. Каждый космический комплекс будет нести восемь исследовательских приборов, которые позволят детально изучать процессы в ионосфере — внешней оболочке Земли на высотах от 50 до 2000 км, насыщенной ионизированными частицами.
В конечном счёте группировка будет состоять из пяти аппаратов. Четыре спутника «Ионосфера-М» разместятся попарно на двух солнечно-синхронных орбитах высотой около 820 км, что позволит им постоянно наблюдать за определёнными участками Земли в одинаковое местное время. Пятым элементом системы станет солнечная обсерватория «Зонд-М», запуск которой намечен на период после 2025 года. Вторая пара спутников «Ионосфера-М» должна присоединиться к первой в течение полугода после первоначального запуска.
Как пояснил руководитель лаборатории солнечной астрономии ИКИ Сергей Кузин, миссия имеет двойную цель: наблюдение за активностью Солнца — основного источника возмущений для магнитосферы Земли — и мониторинг реакции земной ионосферы на эти воздействия. Земля, по сути, «плывёт» в солнечной короне, и понимание этого взаимодействия критически важно для прогнозов.
Почему мониторинг ионосферы так важен для безопасности и технологий
Ионосфера — крайне чувствительная среда, реагирующая на солнечные вспышки, потоки галактических частиц и колебания магнитного поля Земли. Эти возмущения несут прямые угрозы. Солнечные вспышки повышают радиационный фон, опасный для космонавтов и электроники спутников. Ионосферные нарушения провоцируют геомагнитные бури, влияющие на самочувствие людей и работу техники.
Особенно уязвимыми становятся системы навигации и связи, лежащие в основе современных технологий: от телемедицины и беспилотного транспорта до Интернета вещей. Для России, значительная часть территории которой находится в высокоширотных зонах с нестабильной ионосферой, такие исследования имеют стратегическое значение.
Научная аппаратура на спутниках разнообразна. Одни приборы будут проводить глобальное зондирование ионосферы радиоимпульсами, другие — измерять электромагнитные поля и радиацию. Особый интерес, как отметил главный научный сотрудник ИКИ Сергей Принец, представляют детекторы для изучения галактических космических лучей — высокоэнергетических частиц из глубин Галактики. Они редки, но важны для фундаментальной науки и опасны для микроэлектроники.
В состав оборудования также входит комплекс для измерения концентрации озона, что позволит отслеживать состояние озонового слоя и опасные для человека ультрафиолетовые «дыры». А ключевым новшеством на борту «Зонда-М» станет коронограф — телескоп для наблюдения за солнечной короной. Он даст возможность заблаговременно, за 1-2 дня, обнаруживать выбросы плазмы, которые, достигая Земли, вызывают мощные магнитные бури.
Обратите внимание: Это трудно оставить без внимания: президент сокращает космический бюджет России в ожидании лучших результатов.
Ионосфера как индикатор земных катаклизмов
Как пояснил Сергей Принец, ионосфера чутко реагирует не только на «сверху», но и на возмущения «снизу» — такие как извержения вулканов, землетрясения и мощные ураганы. Поэтому её иногда называют «инфосферой», отражающей ключевые события, влияющие на жизнь на планете. На основе данных со спутников уже разрабатываются методы раннего обнаружения предвестников землетрясений по изменениям в ионосферной плазме.
Сергей Язев, директор обсерватории Иркутского государственного университета, отмечает, что Россия имеет богатый опыт создания космических обсерваторий («Прогноз», «Интербол», «Коронас»). Новые ионосферные спутники продолжат эту работу на качественно новом, комплексном уровне. Однако, подчёркивает эксперт, для полноценного прогноза космической погоды наблюдений только за ионосферой недостаточно — необходим мониторинг самого источника возмущений, Солнца. Эту задачу и призван решить «Зонд-М».
Плотность ионосферы сильно варьируется. В периоды солнечной активности она может увеличиваться десятикратно, что приводит к серьёзным нарушениям коротковолновой связи, поскольку радиоволны отклоняются от траектории. Кроме того, «разбухание» атмосферы увеличивает сопротивление для низкоорбитальных спутников, вызывая их аномальное торможение и сокращая срок службы.
Надежда Котонаева, заместитель директора Департамента ИПГ Росгидромета, называет комплекс «Ионозонд» в первую очередь служебной системой. Полноценная группировка из пяти аппаратов — это необходимый минимум для системного мониторинга. В будущем сеть планируется расширить в 3-4 раза, а также обеспечить возможность оперативной замены вышедших из строя спутников для поддержания непрерывности наблюдений.
Научная аппаратура на борту космического аппарата «Ионосфера-М»
Все четыре аппарата «Ионосфера-М» будут нести идентичный комплект приборов, предназначенных для всестороннего изучения ионосферы и околоземного пространства:
ЭСИП (Энергетический спектрометр ионосферной плазмы): измеряет локальные параметры плазмы на орбите, изучает структуру и динамику всей ионосферы.
Озонометр-ТМ: измеряет интенсивность ультрафиолетового излучения, отражённого атмосферой (300-400 нм), для мониторинга озонового слоя.
НВК2 (Низкочастотный волновой комплекс): регистрирует магнитные и электрические поля (до 20 кГц) для оценки состояния плазмы и выявления источников возмущений.
Измеритель общего электронного содержания (TEC) по сигналам GPS/ГЛОНАСС: определяет распределение электронов в ионосфере методом радиозатменных измерений.
Двухчастотный передатчик «МАЯК» (150/400 МГц): проводит радиосканирование ионосферы для определения её региональных параметров.
СПЭР/1 (Спектрометр плазмы и излучения высоких энергий): измеряет спектры электронов и протонов в широком энергетическом диапазоне.
ГАЛС/1 (Спектрометр галактических космических лучей): регистрирует потоки высокоэнергетических протонов и электронов из Галактики.
СГ/1 (Гамма-спектрометр): измеряет спектр рентгеновского и гамма-излучения атмосферы Земли.
Ионозонд ЛАЭРТ: проводит комплексное глобальное зондирование ионосферы на частотах 0.1–20 МГц.
БКУСНИ (Бортовой комплекс управления и сбора научной информации): управляет аппаратурой и обеспечивает передачу данных на Землю.
Спутники будут работать на солнечно-синхронных орбитах, что обеспечит наблюдение за одними и теми же районами Земли в постоянное местное время, необходимое для отслеживания динамических процессов.
Больше интересных статей здесь: Космос.
Источник статьи: Ионосфера внимания: в России запустят спутники для прогноза магнитных бурь.