Космический проект «Ионозонд», первый этап: спутники «Ионосфера» №1 и №2
5 ноября 2024 г. с космодрома Восточный в космос отправятся два космических аппарата «Ионосфера-М» проекта «Ионозонд», предназначенные для изучения земной ионосферы и мониторинга космической погоды.
Проект ИОНОЗОНД направлен на решение задач мониторинга околоземного космического пространства и фундаментальных исследований космической плазмы и волновых процессов в ней. В рамках проекта планируется создать космическую группировку из четырех спутников «Ионосфера-М» и одного спутника «Зонд-М».
Спутники «Ионосфера-М» изготавливаются в рамках Федеральной космической программы 2016–2025 гг. и будут запущены попарно:
- в 2024 г. два спутника «Ионосфера-М» №1 и №2 на солнечно-синхронную орбиту в плоскости 09/21 часов местного времени
- в 2025 г. два спутника «Ионосфера-М» №3 и №4 на солнечно-синхронную орбиту в плоскости 03/15 часов местного времени.
Спутник «Зонд-М» будет изготовлен и запущен в рамках следующей Федеральной космической программы.
Генеральный заказчик — Государственная корпорация по космической деятельности «Роскосмос».
Тематические заказчики — Федеральная служба по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды и Российская академия наук.
Разработчик космической системы — АО «Корпорация «ВНИИЭМ», разработчик комплекса целевой аппаратуры — ИКИ РАН (с кооперацией).
Ионосфера — область атмосферы Земли на высотах от 50 км до порядка 2000 км, которая содержит, кроме нейтральных атомов и молекул, еще 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 пр.
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 спутников и комплекса на станции «Мир» до 1990-х гг., 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 АО «Корпорация «ВНИИЭМ».
- ПЭС — приемник сигналов навигационных спутников GPS/ГЛОНАСС для определения характеристик ионосферы радиозатменным методом. Прибор изготовлен Институтом земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. 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 им. академика Е. К. Федорова (ИПГ). Работа приёмных станций для исследовательских целей будет проводиться силами ИЗМИРАН, физического факультета Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова, Полярного геофизического института (ПГИ), Института солнечно-земной физики Сибирского отделения РАН (ИСЗФ СО РАН) и других организаций.
- НВК с магнитным и электрическими датчиками — приемник-анализатор электромагнитных волн в низкочастотном диапазоне до 20 кГц для измерения естественных излучений космической плазмы и сигналов искусственного происхождения от электросетей и наземных НЧ-передатчиков. Магнитный датчик изготовлен Научно-исследовательским радиофизическим институтом (НИРФИ) Нижегородского государственного университета им. Н. И. Лобачевского. Электрические датчики изготовлены НПП «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 им. Д. В. Скобельцына (НИИЯФ) МГУ им. М. В. Ломоносова.
- ГАЛС/1 — спектрометр галактических космических лучей и магнитосферной радиации (электронов и протонов в диапазон от 0.15 до 600 МэВ). Прибор изготовлен ИПГ им. Е. К. Федорова.
- 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» №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 НИЦ космической гидрометеорологии «Планета».
Первичная обработка полученной информации, а также подготовка программ измерений в полете будут проводиться наземным комплексом приёма, обработки и распространения информации (НКПОР) под руководством НИЦ «Планета» Росгидромета (с участием ИКИ РАН). Управление спутниками в полете будет осуществлять Центр управления полетами ЦНИИмаш ГК «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 кубсате «СамСат-Ионосфера». Идею этого эксперимента предложили сотрудники Института прикладной физики РАН им. А. В. Гапонова-Грехова, а изготовили кубсат сотрудники Самарского национального исследовательского университета им. академика С. П. Королева. Аппарат будет запущен вместе с «Ионосферами-М» в качестве попутной нагрузки, всего состоящей из 53 малых спутников.
