Исследование фундаментальных оптико

ЦНИИМАШ
TSNIIMASH
Исследование фундаментальных свойств
атмосферы в экспериментах «Релаксация»
STUDIES OF THE FUNDAMENTAL ATMOSPHERIC PROPERTIES IN
«RELAXATION» SERIES OF EXPERIMENTS
Ризванов А.А., Пластинин Ю.А., Хмелинин Б.А., Баула Г.Г., Сженов Е.Ю.,
Медведева А.И., Томшин А.С., Акопов А.К.
(ФГУП ЦНИИмаш, г. Королев, Московская обл.)
II Международная научно-практическая конференция
«Научные исследования и эксперименты на МКС»
09–11 апреля 2015 г., ИКИ РАН, г. Москва
ЦНИИМАШ
TSNIIMASH
НАПРАВЛЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ СВОЙСТВ
АТМОСФЕРЫ В КЭ «РЕЛАКСАЦИЯ» С БОРТА МКС
 Эксперименты на МКС по верификации моделей нейтральной верхней атмосферы
Земли и ее малых компонент (О, О3) по данным измерений пространственновременной структуры лимба Земли в УФ области спектра
 Гиперспектральный мониторинг системы «атмосфера-поверхность Земли»
 Исследование из космоса трансформации ионосферы и верхней атмосферы
Земли при воздействии мощного радиоизлучения нагревных стендов
 Наблюдение грозовых образований в верхней атмосфере Земли в УФ-области
спектра с борта МКС
Аппаратура «Фиалка-МВ-Космос» на РС МКС
Характеристики спектрозональной
ОЭС «Фиалка-МВ-Космос» на РС МКС
- рабочий спектральный диапазон, нм
- число каналов регистрации
- масса, кг
Канал УФК:
- область чувствительности, нм
- чувствительность, Вт/см2 на счет
- максимальное и мгновенное поля
зрения, град
Спектрометр:
- область чувствительности, нм
- чувствительность, Вт/(см2нм) на счет/с
- спектральное разрешение, нм
- число элементов
200...1100
3
9
200...360
210-18
11; 1,4 10-2
200...1100
6,5 10-14
1,3
1024
ЭКСПЕРИМЕНТЫ НА МКС ПО ВЕРИФИКАЦИИ МОДЕЛЕЙ НЕЙТРАЛЬНОЙ
ВЕРХНЕЙ АТМОСФЕРЫ ЗЕМЛИ И ЕЕ МАЛЫХ КОМПОНЕНТ (О, О3) ПО ДАННЫМ
ИЗМЕРЕНИЙ ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННОЙ СТРУКТУРЫ ЛИМБА ЗЕМЛИ
В УФ ОБЛАСТИ СПЕКТРА
ЦНИИМАШ
TSNIIMASH
Цель эксперимента: геофизические исследования пространственно-временной структуры сверхслабых
УФ-эмиссий и полос оптического поглощения естественного и техногенного происхождения в верхней
атмосфере Земли
ТРАНСФОРМАЦИЯ ВЕРХНЕЙ АТМОСФЕРЫ НАД СЕЙСМООПАСНЫМИ РАЙОНАМИ
400
5
6
8
7
14
13
12
11
10
9
L=40.9, B=-10.1
1
L=44.8, B=-4.8
2
L=47.5, B=-0.9
3
L=52.8, B=6.5
4
L=54.9, B=9.4
5
L=59.5, B=15.5
6
L=60.8, B=17.2
7
L=61.2, B=17.7
8
L=64.9, B=22.1
9
L=68, B=25.4
11
20
0
4
00
3
2
L=66, B=23.2
10
L=70, B=27.5
МКС-5 09.11.2002г.
0
0
L=40.9 , B=-10.1 , tGMT- 20:15:04
11
6x10
эксперимент
MSIS90
11
5x10
-200
-3
11
NO, см
1
4x10
11
3x10
11
2x10
11
1x10
0
90
100
Н, км
110
120
L=71.5, B=29
13
L=72.8, B=30.2 14
12
ЦНИИМАШ
TSNIIMASH
ТРАССЫ НАБЛЮДЕНИЯ В ВЫСОКОГОРНЫХ ОБЛАСТЯХ И
ОБЛАСТЯХ ГЛУБИННЫХ ТЕКТОНИЧЕСКИХ РАЗЛОМОВ
OBSERVATION OF THE NIGHT EMISSION LAYER IN THE UV SPECTRAL BAND IN EARTH’S
UPPER ATMOSPHERE ALONG THE ISS FLIGHT ROUTE
МКС-5 09.11.2002 г
0
0
L=72.8 , B=30.2 , tGMT - 20:28:36
11
7x10
11
6x10
11
5x10
NO, см
0
-3
МКС-5 09.11.2002
0
L=59.5 , B=15.5 , tGMT - 20:23:30
11
6x10
11
NO, см
-3
5x10
11
4x10
11
3x10
11
2x10
эксперимент
MSIS90
11
1x10
11
4x10
0
11
3x10
90
100
Н, км
110
120
11
2x10
эксперимент
MSIS90
11
1x10
0
90
100
Н, км
110
120
Результаты:
- Проведены систематические измерения с борта МКС УФ-яркости ночных эмиссий и определены на их основе профили
концентрации атомов кислорода в различных геогеофизических условиях при изменении активности Солнца F10.7 от 260 до 70.
- Установлено, что расчеты профилей О по типовой модели MSIS-90 могут значительно (до 2 раз) отличаться от измеренных в
диапазоне высот от 85 до 100 км. Кроме того модельные данные не отражают такие наблюдаемые особенности высотного
распределения концентрации О, как наличие двух максимумов (бифуркация)
ЦНИИМАШ
TSNIIMASH
ГИПЕРСПЕКТРАЛЬНЫЙ МОНИТОРИНГ СИСТЕМЫ «АТМОСФЕРАПОВЕРХНОСТЬ ЗЕМЛИ»
HYPERSPECTRAL MONITORING OF THE "ATMOSPHERE-EARTH SURFACE" SYSTEM
Цель эксперимента: исследование путей и способов контроля геофизической
обстановки путем измерения спектральной яркости системы «атмосфера –
поверхность Земли»
0
Угол Солнца: 30,2
0
0
81,29 з.д., 3,74 ю.ш.
-6
6,0x10
Угол Солнца: 45,9
0
Азимут Солнца: 113,8
0
0,20
7,0x10
0,10
3,0x10
-6
2,0x10
0,05
-6
1,0x10
0,0
300
400
500
600
Длина волны, нм
0,00
800
700
2
-6
0
0,30
-6
Яркость, Вт/(см ср нм)
2
4,0x10
0
Азимут Солнца: 103,6
6,0x10
0,25
-6
5,0x10
0,20
-6
4,0x10
0,15
-6
3,0x10
0,10
-6
2,0x10
0,05
-6
1,0x10
0,0
300
400
500
600
Длина волны, нм
700
0,00
800
Угол Солнца: 66,1
-5
Угол Солнца: 38,3
0,4
0,3
2
-6
0,2
8,0x10
-6
0,1
4,0x10
0,0
300
400
500
600
Длина волны, нм
700
0,0
800
2
-5
1,2x10
Азимут Солнца: 101,0
0,5
-5
Коэффициент отражения
Яркость, Вт/(см ср нм)
1,4x10
0
0
Азимут Солнца: 109,5
0
0
20,6 в.д.; 20,1 с.ш.
1,2x10
0,4
-5
1,0x10
0,3
-6
8,0x10
-6
6,0x10
0,2
-6
4,0x10
0,1
-6
2,0x10
0,0
300
400
500
600
Длина волны, нм
700
0,0
800
Коэффициент отражения
1,6x10
0
75,75 з.д.; 11,37 ю.ш.
Яркость, Вт/(см ср нм)
0
-5
Коэффициент отражения
0,15
-6
Коэффициент отражения
Яркость, Вт/(см ср нм)
-6
5,0x10
0
70,77 з.д., 17,71 ю.ш.
-6
ЦНИИМАШ
TSNIIMASH
ГИПЕРСПЕКТРАЛЬНЫЙ МОНИТОРИНГ СИСТЕМЫ «АТМОСФЕРАПОВЕРХНОСТЬ ЗЕМЛИ»
HYPERSPECTRAL MONITORING OF THE "ATMOSPHERE-EARTH SURFACE" SYSTEM
0
Угол Солнца: 57,8
-6
0
Азимут Солнца: 84,3
0,5
0,4
-6
6,0x10
2
0,3
-6
4,0x10
0,2
-6
2,0x10
0,0
300
0,1
400
500
600
Длина волны, нм
700
Коэффициент отражения
Яркость, Вт/(см ср нм)
8,0x10
59,73 з.д.; 29,77 ю.ш.
0,0
800
Коэффициент
отражения,
полученный
гиперспектральной
аппаратурой
SCIAMACHY
метеорологического
спутника ENVISAT
Результаты: Проведен гиперспектральный мониторинг системы атмосфера-поверхность Земли
по трассе полета МКС в диапазоне длин волн от 300 до 1100 нм с разрешением по спектру 1,3 нм в
1024 спектральных интервалах. В экспериментах получены изображения подстилающей
поверхности, измерена спектральная яркость, а также проведена обработка полученных
результатов и определено спектральное альбедо по трассе полета МКС.
ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗ КОСМОСА ТРАНСФОРМАЦИИ ВЕРХНЕЙ АТМОСФЕРЫ И
ИОНОСФЕРЫ ЗЕМЛИ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ МОЩНОГО РАДИОИЗЛУЧЕНИЯ
НАГРЕВНЫХ СТЕНДОВ
ЦНИИМАШ
TSNIIMASH
SPACE-BASED STUDY OF EARTH'S IONOSPHERE AND UPPER ATMOSPHERE TRANSFORMATION UNDER THE
INFLUENCE OF POWERFUL RADIO HEATING FACILITIES
Цель эксперимента: разработка технологии дистанционного наблюдения воздействия мощного
низкочастотного радионагревного излучения на ионосферу и атмосферу Земли с борта МКС
оптическими методами
Наблюдение глобальных оптических явлений в
северных широтах при работе радионагревного
стенда
Проекция траектории МКС
64
КАРПОГОР
t = 18:47:41
Поле зрения видеокамеры
азимут «-2», (18:47:23)
Дрейф на
восток,
Vd  5 км/с
60
Северная широта, град
Лимб Земли, Релаксация свечения после
выключения РНС
Н = 95 км
Лимб Земли,
Н = 95 км
Поверхность Земли
на горизонте
Свечение атмосферы при
работе РНС «Сура»
Наблюдение глобальных оптических явлений в южных
широтах при работе радионагревного стенда в его
магнитосопряженной точке
18:53:56,48 GMT
Лимб верхней атмосферы
Земли
звезда
18:56:41,28 GMT
звезда
Лимб верхней
атмосферы
Земли
18:58:32,48 GMT
звезда
Свечение атмосферы
при радионагреве
Лимб верхней атмосферы
Земли
18:59:30,48 GMT
звезда Свечение атмосферы
при радионагреве
СУРА
56
t = 18:48:37
Лимб Земли,
Н = 95 км
52
Поверхность Земли
на горизонте
Релаксация свечения
атмосферы
Свечение атмосферы при
радионагреве
звезда
18:57:42,48 GMT
4-е включение
Лимб верхней
атмосферы
Земли
Лимб верхней атмосферы
Земли
звезда
19:01:57,48 GMT
5-е включение
48
38
42
46
50
Восточная долгота, град
54
58
t = 18:49:48
Поверхность Земли
на горизонте
Свечение атмосферы при
радионагреве
Лимб верхней атмосферы
Земли
Результаты: Разработана технология дистанционного оптического наблюдения воздействия мощного
радионагревного излучения на ионосферу и атмосферу Земли с борта МКС с помощью спектрозональной
системы «Фиалка-МВ-Космос». При воздействии низкочастотного радиоизлучения впервые обнаружено и
исследовано глобальное свечение верхней атмосферы Земли. Определены пространственно-временные
характеристики глобальных областей свечения плазмы, имеющие продольный размер ~ 100 км и поперечный
~15 км
ИССЛЕДОВАНИЕ ГЛОБАЛЬНЫХ ТРАНЗИЕНТНЫХ ЯВЛЕНИЙ В
ВЕРХНЕЙ АТМОСФЕРЕ И ИОНОСФЕРЕ ЗЕМЛИ
ЦНИИМАШ
TSNIIMASH
OBSERVATION OF STORM FORMATIONS IN EARTH'S UPPER ATMOSPHERE IN THE
UV SPECTRAL REGION FROM THE ISS
Цель эксперимента: исследование явлений, связанных с электродинамическими процессами
глобального масштаба, возникающего на высотах 30-90 км и выше
Схема наблюдений
400 км
Трасса полета МКС во время проведения сеансов наблюдений 31.05.2013
300
7 км
200
спрайт
100
Озоновый слой 30
10
Гроза
Результаты: получены в УФ-диапазоне спектра пространственно-временные и энергетические характеристики
глобальных грозовых явлений в верхней атмосфере Земли, а также новые ранее неизвестные данные о
природе процессов их возникновения и развития
ЦНИИМАШ
TSNIIMASH
Спасибо за внимание!
Thank you for attention!