Ученые проследили за космической погодой в реальном времени

❋ 4.5

Специалисты ИПФ РАН разработали резонансный датчик для измерения концентрации ионосферной плазмы и ее пространственно-временных флуктуаций. Датчик способен отслеживать изменения плотности ионосферы с миллисекундным разрешением, его можно установить на малые и сверхмалые искусственные спутники Земли — кубсаты.

Институт прикладной физики РАН

# датчик

# космическая погода

# Кубсат

# спутники

Датчик, разработанный в ИПФ РАН, может измерять плотность ионосферы с миллисекундным разрешением / © Александр Галка, пресс-служба ИПФ РАН

Знания о состоянии ионосферы помогают прогнозировать и преодолевать перебои в работе систем радиосвязи, повышать точность определения местоположения с помощью спутниковых навигационных систем. Такие данные особенно важны при решении задач, связанных с освоением Арктики и Антарктики – там ионосферные возмущения, обусловленные солнечной активностью, обычно наиболее значительны. Поиск взаимосвязей плазменно-волновых процессов и электромагнитных параметров ионосферы позволит разработать методы прогноза и мониторинга стихийных бедствий природного характера, таких как землетрясения, грозы, извержения вулканов и песчаные бури, потоки космической пыли.

Часть из этих важных задач может быть решена с помощью резонансного зонда ионосферной плазмы. Зонд установлен на наноспутнике «СамСат — Ионосфера», который изготовили коллеги из Самарского университета имени С.П. Королева. Самарский спутник успешно выведен на орбиту во время пуска ракеты-носителя «Союз-2.1б» с космодрома Восточный 5 ноября 2024 года. Его размер 10x10x30 сантиметров, скорость восемь километров в секунду, высота орбиты 500 километров. Вместе с ним в космос отправилась внушительная флотилия из более чем полусотни космических аппаратов.

Лабораторный образец датчика параметров плазмы, установленного на наноспутнике «СамСат-Ионосфера» / © Александр Галка, пресс-служба ИПФ РАН

«Резонансный зонд лишен недостатков традиционных зондов Ленгмюра. Слишком много факторов в этом случае могут вносить помехи в измерения, да и их чувствительность ниже, чем у нашего прибора, — рассказывает Александр Галка, кандидат физико-математических наук, заведующий лабораторией методов плазменной диагностики отдела геофизической электродинамики ИПФ РАН. – Другие методы часто непригодны или неприменимы на маленьких кубсатах. Наш метод основан на измерении диэлектрической проницаемости плазмы, величина которой определяется концентрацией электронов. Зонд работает на частоте, превышающей все характерные частоты в ионосфере, что упрощает аналитическое описание измерительной системы. На спутнике «СамСат-Ионосфера» концентрация плазмы регистрируется вдоль орбиты с временным интервалом 2 миллисекунды, однако зонд может работать на порядок быстрее и получать данные с микросекундным временным разрешением».

Экспериментальная отработка методики проведена на уникальных плазменных стендах «Крот» и «Ионосфера» в ИПФ РАН, предназначенных для моделирования электрофизических процессов в ионизированных оболочках Земли, а также для плазменных испытаний образцов космической техники. Разработка метода измерения концентрации ионосферной плазмы и ее апробация на экспериментальном стенде была поддержана грантом РНФ. Большие размеры установок и высокая повторяемость условий разряда позволили провести эксперимент в условиях «безграничной» плазмы в реальном масштабе 1:1 в диапазоне изменения концентрации плазмы от 10^3 до 10^6 частиц в кубическом сантиметре. Эти значения соответствуют высоте 500 километров, в районе которой сосредоточена основная масса различных спутников, там же проходит орбита Международной космической станции. В то же время орбита самарского спутника захватывает приполярные широты, вплоть до 80 градусов – сложную и малоизученную область.

Нижегородские физики расшифровывают и обрабатывают первые полученные данные. Они хорошо согласуются с показателями традиционных методов исследования ионосферы. Далее исследователям предстоят тщательные перекрестные проверки, успешное прохождение которых позволит включить новый метод в космические программы.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.

ФИЦ ИПФ РАН — одна из ведущих российских научных организаций, с 2016 года является Федеральным исследовательским центром. Располагается в самом центре Нижнего Новгорода. Ежегодно здесь реализуется более 300 исследований, в том числе по крупным федеральным программам. У нас проводятся исследования по физике плазмы, геофизике, лазерной физике и гидроакустике, а также по рентгеновской оптике, наноматериалам, упрочняющим и ресурсосберегающим технологиям.