Ионосфера Космический комплекс для мониторинга геофизической обстановки

«Ионозонд» — космический комплекс для мониторинга геофизической обстановки («космической погоды») для фундаментальных научных исследований и решения прикладных задач.

Заказчиками космического комплекса выступают Федеральная служба России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды и Российская академия наук.

2022

План запуска спутников

29 июля 2022 года стало известно о том, что российские спутники "Ионосфера" отправятся в космос уже в 2023 году.

Макет КА «Ионосфера-М» (проект «Ионозонд») на выставке ИКИ РАН (с) Т.Жаркова, ИКИ РАН, 2022

Инициатива «Ионозонд» входит в Федеральную космическую программу на 2016–2025 годы. Будущая космическая система позволит осуществлять мониторинг состояния ионосферы, а также отслеживать состояние Солнца и исследовать солнечно-земные процессы.

Предполагается, что спутниковая группировка «Ионозонд» будет состоять из четырёх одинаковых аппаратов «Ионосфера-М», предназначенных для зондирования и мониторинга ионосферы. Систему дополнит пятый спутник — «Зонд-М», призванный наблюдать за Солнцем.

Первыми в космос должны выйти два аппарата «Ионосфера-М»: их запуск запланирован на 2023 год с космодрома Восточный. Через несколько лет группировку планируется дополнить второй парой аппаратов «Ионосфера-М» и спутником «Зонд-М».

На каждом космическом аппарате «Ионосфера-М» первой пары будут установлены восемь научных приборов. На спутниках второй пары расположатся уже по десять приборов. Основной научный инструмент — ионозонд ЛАЭРТ: он «просветит» ионосферу, и по его данным будут строиться вертикальные профили концентрации электронов. Другие приборы измерят потоки энергичных частиц, их пространственные и энергетические распределения^[1].

Научные задачи

Спутниковый проект «Ионозонд» был задуман и для решения фундаментальных научных задач, и для мониторинга космической погоды в прикладных целях.

Среди научных задач, которые призван решать космический комплекс «Ионозонд» на август 2022г.:

• наблюдения за состоянием ионосферы:
  • пространственно-временной структуры и параметров ионосферы,
  • пространственного распределения электронной концентрации ионосферы,
  • естественных и искусственных неоднородностей и ионосферно-магнитных возмущений,
  • физических явлений в ионосфере, возникающих в результате активных воздействий природного и антропогенного происхождения,
  • пространственного распределения электромагнитных полей в околоземном космическом пространстве,
  • распределения озона в верхней атмосфере;

• наблюдения за Солнцем:
  • картирование Солнца и околосолнечного пространства в ультрафиолетовой и видимой областях спектра,
  • измерения потоков солнечных космических лучей и жестких электромагнитных излучений,
  • измерения солнечного рентгеновского и ультрафиолетового излучения;

• наблюдения за верхней атмосферой:
  • свечения верхней атмосферы (оптические характеристики),
  • состава нейтральной верхней атмосферы;

• контроль магнитосферы:
  • контроль состояния радиационной обстановки,
  • регистрация магнитосферных явлений;

• наблюдения волновой активности электромагнитных волн в ионосфере и верхней атмосфере;
• наблюдения корпускулярных ионизирующих излучений:
  • измерения спектральных характеристик потоков протонов и электронов солнечного космического излучения,
  • измерения потоков галактических космических лучей.

Космические аппараты «Ионосфера» и «Зонд»

По информации на август 2022 года, космический комплекс «Ионозонд» состоит из двух сегментов: космические аппараты «Ионосфера» (4 КА) и космический аппарат «Зонд».

Космический аппарат «Ионосфера»

В ходе реализации проекта планируется вывести на орбиту 4 космических аппарата «Ионосфера», предназначенных для наблюдения состояния ионосферы. Приборный состав аппаратов одинаков.

Приборы КА «Ионосфера»

• Энергоспектрометр ионосферной плазмы (ЭСИП) для измерения локальных параметров ионосферной плазмы вдоль орбиты КА, изучения структуры и динамики ионосферы в целом, изучения отдельных физических процессов в ионосферной плазме, глобального мониторинга ионосферы
• Озонометр-ТМ для спектроскопических измерений интенсивности отраженного атмосферой Земли УФ излучения Солнца в полосе 300-400 нм
• Низкочастотный волновой комплекс (НВК2) для измерения магнитных и электрических полей околоземного космического пространства в диапазоне частот от 0 до 20 кГц с целью определения состояния магнитосферно-ионосферной плазмы и выявления воздействий естественного и антропогенного происхождения
• GPS измеритель полного электронного содержания (ПЭС) для определения высотного распределения электронной концентрации ионосферы Земли (от основания ионосферы до высоты КА) по данным радиозатменных измерений сигналов космических аппаратов глобальных навигационных систем GPS/ГЛОНАСС
• Двухчастотный 150/400 МГц передатчик (МАЯК) для радиопросвечивания ионосферы Земли на частотах 150 МГц и 400 МГц с целью определения параметров ионосферы в подспутниковой области
• Спектрометр плазмы и энергичной радиации (СПЭР/1) для измерения дифференциальных энергетических спектров низкоэнергичных электронов и протонов в диапозоне энергий 0,05 – 20 кэВ, спектров электронов в интервале 0,1 – 10 МэВ, спектров протонов в интервале 1 – 100 МэВ, α-частиц МэВ-ных энергий
• Спектрометр галактических космических лучей (ГАЛС/1) для измерений плотности потока протонов с энергией более 600 МэВ в трех энергетических интервалах (излучение регистрируется детектором Черенкова), а также для измерений суммарной плотности потоков протонов и электронов счетчиками Гейгера в четырех энергетических диапазонах
• Гамма-спектрометр (СГ/1) для измерения дифференциальных энергетических спектров жесткого рентгеновского и гамма излучения атмосферы Земли
• Бортовой ионозонд ЛАЭРТ предназначен для комплексного глобального зондирования ионосферы Земли с борта КА на частотах от 0,1 МГц до 20 МГц
• Бортовой комплекс управления и сбора научной информации (БКУСНИ) для сбора, хранения и передачи целевой информации приборов комплекса целевой аппаратуры (КЦА) в радиолинию РЛЦИ-И, а также для управления режимами работы блоков КЦА

КА «Ионосфера» будут функционировать в двух орбитальных плоскостях, по два в каждой плоскости. Каждая пара аппаратов в одной плоскости должна быть разведена на угол 180° ± 30°. Положение плоскости орбиты первой пары КА относительно прямого восхождения среднего Солнца ~ 135°, местное время восходящего узла орбиты ~ 21.00 час. Положение плоскости орбиты второй пары КА ~ 46°, местное время восходящего узла орбиты ~ 15.00 час. Изменение положения плоскостей орбит в течение САС — не более ±10°.

Космический аппарат «Зонд»

Космический аппарат «Зонд» предназначен для наблюдений Солнца.

Приборы КА «Зонд»

• Телескоп-коронограф (СТЕК) для мониторинга короны Солнца на высотах от 1 до 10 солнечных радиусов в спектральных диапазонах вакуумной ультрафиолетовой (ВУФ) и видимой областей спектра с целью обнаружения и определения динамики развития корональных выбросов массы (КВМ)
• Солнечный изображающий спектральный телескоп (СОЛИСТ) для измерения потоков излучения и построения высокоточных изображений переходного слоя и короны Солнца в диапазоне высот от 0,05 до 1 солнечного радиуса
• Спектрофотометр рентгеновский (РЕСПЕКТ) для непрерывного мониторинга потока рентгеновского излучения короны Солнца
• Рентгеновский фотометр (СРФ) для измерения рентгеновского излучения Солнца на фоне заряженных частиц
• Спектрофотометр потока ультрафиолетового излучения Солнца (СУФ) для измерения плотности потока излучения Солнца в резонансной линии водорода HLα (121,6 нм)
• Спектрозональная система для УФ-, видимого и ИК-диапазонов с камерой (ЛЕТИЦИЯ) для измерения пространственного распределения интенсивности излучения линий 630 нм [OI], 427,8 нм [N2+] верхней атмосферы и ионосферы
• Сканирующий Озонометр-З для спектроскопических измерений интенсивности отраженного атмосферой Земли УФ излучения Солнца в полосе 300-400 нм
• Магнитометр (ФМ-Г) для измерения трех компонент магнитной индукции магнитного поля Земли с целью проведения оперативного глобального и непрерывного мониторинга пространственного и временного распределения магнитного поля в околоземном космическом пространстве
• Радиочастотный масс-спектрометр (РИМС-А) для автоматического анализа нейтрального и ионного состава верхних слоев атмосферы Земли и собственной атмосферы КА в двух диапазонах массовых чисел: (1 – 4) и (10 – 50) атомных единиц массы (а.е.м.)
• Гамма-спектрометр (СГ/2) для измерения дифференциальных энергетических спектров жесткого рентгеновского и гамма-излучения Солнца в диапазоне энергий (0,02–10,0) МэВ
• Низкочастотный волновой комплекс (НВК2) для измерения магнитных и электрических полей околоземного космического пространства в диапазоне частот от 0 до 20 кГц с целью определения состояния магнитосферно-ионосферной плазмы и выявления воздействий естественного и антропогенного происхождения
• Бортовой комплекс управления и сбора научной информации (БКУСНИ–З) для сбора, хранения и передачи целевой информации приборов КЦА в радиолинию РЛЦИ-И, а также для управления режимами работы блоков КЦА

КА «Зонд» должен функционировать на околокруговой солнечно-синхронной, околотерминаторной орбите. Изменение положения плоскости орбиты в течение САС – не более ±10°.^[2]

Космос и спутниковые системы

Примечания