Сравнительный анализ ионосферных эффектов в течение полетов ракеты “Протон” при различных состояниях космической погоды

Представлены результаты наблюдений за возмущениями в ионосфере, сопровождавшими старт и полет ракеты “Протон” 29 марта 2005 г. и 14 декабря 2009 г. Со стартами ракет связаны возмущения, возникающие через 10÷30 и 90÷110 мин. Первым регистрировалось отрицательное возмущение концентрации электронов...

Full description

Saved in:

Bibliographic Details
Date:	2011
Main Authors:	Черногор, Л.Ф., Живолуп, Т.Г.
Format:	Article
Language:	Russian
Published:	Радіоастрономічний інститут НАН України 2011
Series:	Радиофизика и радиоастрономия
Subjects:	Радиофизика геокосмоса
Online Access:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/98236
Tags:	Add Tag No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:	Сравнительный анализ ионосферных эффектов в течение полетов ракеты “Протон” при различных состояниях космической погоды / Л.Ф. Черногор, Т.Г. Живолуп // Радиофизика и радиоастрономия. — 2011. — Т. 16, № 4. — С. 394-403. — Бібліогр.: 13 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-98236
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-982362016-04-11T03:02:41Z Сравнительный анализ ионосферных эффектов в течение полетов ракеты “Протон” при различных состояниях космической погоды Черногор, Л.Ф. Живолуп, Т.Г. Радиофизика геокосмоса Представлены результаты наблюдений за возмущениями в ионосфере, сопровождавшими старт и полет ракеты “Протон” 29 марта 2005 г. и 14 декабря 2009 г. Со стартами ракет связаны возмущения, возникающие через 10÷30 и 90÷110 мин. Первым регистрировалось отрицательное возмущение концентрации электронов N, имеющее среднюю скорость около 2 км/c. Второе возмущение было квазипериодическим и имело скорость около 400 м/с. Величина относительных вариаций N достигала 26 %. Надаються результати спостережень за збуреннями в іоносфері, що супроводжували старт і політ ракети “Протон” 29 березня 2005 р. та 14 грудня 2009 р. Зі стартами ракет пов’язані збурення, що виникали через 10÷30 та 90÷110 хв. Першим реєструвалося негативне збурення концентрації електронів N з середньою швидкістю близько 2 км/c. Друге збурення було квазіперіодичним і мало швидкість близько 400 м/с. Величина відносних варіацій N сягала 26 %. The observations of disturbances in the ionosphere which accompanied the “Proton” rocket launch and flight on 29 March 2005 and 14 December 2009 are presented. Disturbances which arose with delays of 10÷30 and 90÷110 minutes were connected with rocket launching. The first to be recorded was the negative disturbance of electron density N with average speed about 2 km/s. The second disturbance was quasi-periodic and had speed about 400 m/s. The N relative variations reached 26 %. 2011 Article Сравнительный анализ ионосферных эффектов в течение полетов ракеты “Протон” при различных состояниях космической погоды / Л.Ф. Черногор, Т.Г. Живолуп // Радиофизика и радиоастрономия. — 2011. — Т. 16, № 4. — С. 394-403. — Бібліогр.: 13 назв. — рос. 1027-9636 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/98236 550.16+523.31+523.9: 520.86, 550.388 ru Радиофизика и радиоастрономия Радіоастрономічний інститут НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Радиофизика геокосмоса Радиофизика геокосмоса
spellingShingle	Радиофизика геокосмоса Радиофизика геокосмоса Черногор, Л.Ф. Живолуп, Т.Г. Сравнительный анализ ионосферных эффектов в течение полетов ракеты “Протон” при различных состояниях космической погоды Радиофизика и радиоастрономия
description	Представлены результаты наблюдений за возмущениями в ионосфере, сопровождавшими старт и полет ракеты “Протон” 29 марта 2005 г. и 14 декабря 2009 г. Со стартами ракет связаны возмущения, возникающие через 10÷30 и 90÷110 мин. Первым регистрировалось отрицательное возмущение концентрации электронов N, имеющее среднюю скорость около 2 км/c. Второе возмущение было квазипериодическим и имело скорость около 400 м/с. Величина относительных вариаций N достигала 26 %.
format	Article
author	Черногор, Л.Ф. Живолуп, Т.Г.
author_facet	Черногор, Л.Ф. Живолуп, Т.Г.
author_sort	Черногор, Л.Ф.
title	Сравнительный анализ ионосферных эффектов в течение полетов ракеты “Протон” при различных состояниях космической погоды
title_short	Сравнительный анализ ионосферных эффектов в течение полетов ракеты “Протон” при различных состояниях космической погоды
title_full	Сравнительный анализ ионосферных эффектов в течение полетов ракеты “Протон” при различных состояниях космической погоды
title_fullStr	Сравнительный анализ ионосферных эффектов в течение полетов ракеты “Протон” при различных состояниях космической погоды
title_full_unstemmed	Сравнительный анализ ионосферных эффектов в течение полетов ракеты “Протон” при различных состояниях космической погоды
title_sort	сравнительный анализ ионосферных эффектов в течение полетов ракеты “протон” при различных состояниях космической погоды
publisher	Радіоастрономічний інститут НАН України
publishDate	2011
topic_facet	Радиофизика геокосмоса
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/98236
citation_txt	Сравнительный анализ ионосферных эффектов в течение полетов ракеты “Протон” при различных состояниях космической погоды / Л.Ф. Черногор, Т.Г. Живолуп // Радиофизика и радиоастрономия. — 2011. — Т. 16, № 4. — С. 394-403. — Бібліогр.: 13 назв. — рос.
series	Радиофизика и радиоастрономия
work_keys_str_mv	AT černogorlf sravnitelʹnyjanalizionosfernyhéffektovvtečeniepoletovraketyprotonprirazličnyhsostoâniâhkosmičeskojpogody AT živoluptg sravnitelʹnyjanalizionosfernyhéffektovvtečeniepoletovraketyprotonprirazličnyhsostoâniâhkosmičeskojpogody
first_indexed	2025-07-07T06:13:51Z
last_indexed	2025-07-07T06:13:51Z
_version_	1836967612353871872
fulltext	Радиофизика и радиоастрономия, 2011, т. 16, №4, с. 394-403 ISSN 1027-9636 © Л. Ф. Черногор, Т. Г. Живолуп, 2011 УДК 550.16+523.31+523.9: 520.86, 550.388 Сравнительный анализ ионосферных эффектов в течение полетов ракеты “Протон” при различных состояниях космической погоды Л. Ф. Черногор, Т. Г. Живолуп1 Харьковский национальный университет имени В. Н. Каразина, пл. Свободы, 4, г. Харьков, 61022, Украина E-mail: Leonid.F.Chernogor@univer.kharkov.ua 1Институт ионосферы НАН и МОНМС Украины, ул. Краснознаменная, 16, г. Харьков, ГСП, Украина Статья поступила в редакцию 22 сентября 2011 г. Представлены результаты наблюдений за возмущениями в ионосфере, сопровождавшими старт и полет ракеты “Протон” 29 марта 2005 г. и 14 декабря 2009 г. Со стартами ракет связаны возму- щения, возникающие через 10 30÷ и 90 110÷ мин. Первым регистрировалось отрицательное воз- мущение концентрации электронов N, имеющее среднюю скорость около 2 км/c. Второе возмуще- ние было квазипериодическим и имело скорость около 400 м/с. Величина относительных вариаций N достигала 26 %. Ключевые слова: ионосферные возмущения, старты ракет, магнитная буря, магнитогидроди- намические волны, внутренние гравитационные волны 1. Введение Эффекты стартов ракет (СР) изучают- ся давно (см., например, монографии [1-3]). Несмотря на это, до сих пор не поняты до конца механизмы возникающих возмущений, не пост- роены модели физических процессов, имею- щих место на значительных (~1000 10000÷ км) удалениях от космодромов. Не выявлена так- же роль взаимодействия подсистем в системе Земля – атмосфера – ионосфера – магнито- сфера [4-6]. Недостаточно изучена зависимость эффектов СР от состояния космической пого- ды, от степени возмущенности геокосмической среды. В работах [7, 8] обсуждаются крупномасш- табные (~10000 км) ионосферные эффекты СР на фоне магнитной бури. В статье [9] пред- принята попытка разделить магнито-ионосфер- ные эффекты, сопутствовавшие старту косми- ческого аппарата “Spacelab-2”. Авторы работ [7-9] приходят к выводу, что однозначная селекция эффектов стартов ракет на фоне маг- нитной бури затруднена. В работе [10] проведен сравнительный ана- лиз ионосферных эффектов СР “Союз”, имев- ших место на космодроме Байконур. При этом один из стартов происходил в спокойных ус- ловиях, а второй – в магнитовозмущенных. В [10] продемонстрировано, что даже умерен- ная магнитная буря может существенно мас- кировать ионосферные эффекты СР. Не исклю- чается и синергетическое взаимодействие эффектов СР и ионосферных бурь, их взаим- ное усиление. В настоящей работе проведен сравнитель- ный анализ ионосферных эффектов при старте с космодрома Байконур двух одинаковых ракет “Протон”. Как известно, “Протон” примерно в два раза мощнее ракеты “Союз”. Ракеты отли- чаются силой тяги, видом топлива, циклограм- мой и траекторными данными. Сравнительный анализ ионосферных эффектов в течение полетов ракеты “Протон” при различных состояниях ... 395Радиофизика и радиоастрономия, 2011, т. 16, №4 СР “Протон” произошли 29 марта 2005 г. в 22:31 и 14 декабря 2009 г. в 10:38 (здесь и далее время UT). Первый из них имел место на фоне весьма умеренной (по классификации, приведенной в [4, 5]) магнитной бури, а второй – в относи- тельно спокойных условиях. Представляет ин- терес выяснение степени влияния возмущений, сопровождавших бурю, на эффекты СР. Целью настоящей работы является изло- жение результатов сравнительного анализа ионосферных эффектов, сопровождавших СР “Протон” в спокойных и слабо возмущенных условиях. Анализ направлен на выявление об- щих закономерностей при СР в спокойных и маг- нитовозмущенных условиях, а также на выяс- нение возможности разделения эффектов СР и магнитных бурь. 2. Состояние космической погоды В дни, предшествующие СР “Протон”, сос- тояние космической погоды характеризовалось как спокойное. 29 марта 2005 г., когда был осуществлен запуск, около 18:00 имело место внезапное на- чало магнитной бури, главная фаза которой продолжалась примерно с 21:00 29 марта до 04:00 31 марта [11]. Буре предшествовало увеличение концентра- ции частиц, температуры и давления солнечного ветра соответственно от 62 10⋅ до 66 10⋅ м–3, от 45 10⋅ до 51.5 10⋅ K, от 0.1 до 0.2 нПа. Величина внедряемой энергии в магнитосферу (значение функции Акасофу) увеличилась до 10 ГДж/с. Компонента zB межпланетного магнитного поля (ММП) стала отрицательной примерно в момент наступления внезапного начала маг- нитной бури. Остальные параметры, описывающие кос- мическую погоду (плотность потока протонов П ,р плотность потока электронов П ,е модуль ММП ,tB и измеряемая на ИСЗ компонента геомагнитного поля )pH изменялись несу- щественно. Значения геомагнитных индексов были следующими: max 4,pK = min 30stD ≈ − нТл, max 300AE ≈ нТл. СР пришелся на первые часы главной фазы магнитной бури. Учитывая, что эта буря от- носилась к весьма умеренным, можно считать, что она не повлияла существенно на состояние ионосферы. Это облегчило поиск и идентифи- кацию эффектов, связанных с СР. Опишем состояние космической погоды 13 и 14 декабря 2009 г., т. е. в сутки, предшест- вовавшие второму СР, и в день старта. 13 декабря вариации плотности потока прото- нов были незначительными. В диапазонах энер- гий 1pE > МэВ, 10pE > МэВ и 100pE > МэВ плотность потока протонов П р по данным спут- ника GOES-11 составляла около 44 10 ,⋅ 32 10⋅ и 2 2 1 15 10 м с ср− − −⋅ ⋅ ⋅ соответственно. Плотность потока электронов Пе изменялась также незначительно и примерно равнялась 710 и 3 2 1 14 10 м с ср− − −⋅ ⋅ ⋅ для диапазонов энергий 0.6eE > МэВ и 2eE > МэВ соответственно. По данным мировых центров сбора наземных геомагнитных данных, а именно WDC-C2 в Киото, Японии ( stD -индекс) и AFWA, США ( pK -индекс), значения индекса stD флуктуи- ровали в пределах 9± нТл, индекс pK изме- нялся от 0 до 1. В период 13:30 – 14:00 значения индекса AE достигали ~ 300 нТл. В остальное время суток индекс AE не превышал 100 нТл. День СР, 14 декабря 2009 г., был спокойным. Максимальное значение pK -индекса наблю- далось в начале суток (с 3:00 до 6:00) и состав- ляло 3. Вблизи момента СР 1 2.pK = ÷ Мини- мальное значение индекса stD наблюдалось около 09:00 и равнялась –18 нТл. Индекс AE в период времени с 5:30 до 6:00 был ~ 500 нТл, а в период с 9:00 до 10:00 – около 300 нТл. В остальное время суток индекс AE в основ- ном не превышал 50 нТл. Значения П р и Пе были примерно такими же, как и 13 декабря 2009 г. 3. Средства и методы Ракета “Протон”. В качестве источника возмущений в ионосфере рассматривались старты и полеты ракеты “Протон”. Эта раке- та относится к самым тяжелым российским ракетам. Ее полная масса составляет 711 т, начальная тяга – 8.84 МН, высота – 59 м, низ- коорбитная полезная нагрузка – около 20 т на высоте 200 км. Ракета имеет четыре сту- пени, время работы которых составляет 124, 206, 238 и 600 с соответственно (всего около 20 мин). Л. Ф. Черногор, Т. Г. Живолуп Радиофизика и радиоастрономия, 2011, т. 16, №4396 Ионозонд. Наблюдение за состоянием ионосферы осуществлялось при помощи моди- фицированного ионозонда “Базис”. Ионозонд расположен в Ионосферной обсер- ватории Института ионосферы НАН и МОН Украины (49 36′° с. ш., 36 18′° в. д.) вблизи г. Харькова. При вертикальном зондировании диапазон частот составляет 0.3 20÷ МГц, вы- ходная мощность – 10 кВт, длительность излу- чаемых импульсов – 100 мкс, частота следо- вания импульсов – 3.125 25÷ Гц. Ионограммы снимались с частотой 1 ионограмма в 15 мин. Погрешность отсчета критических частот F- области ионосферы , F2,o xf соответствующих обыкновенной (o) и необыкновенной (x) компо- нентам зондирующей волны, составляла 0.05 МГц. Спектральный анализ. Временные зависи- мости F2( )of t подвергались спектральному ана- лизу при помощи оконного преобразования Фу- рье (ОПФ), адаптивного преобразования Фу- рье (АПФ) и вейвлет-преобразования (ВП). Сначала из зависимости F2( )of t удалялся тренд F2( ) ,of t вычисленный на интервале времени 105tT = мин с шагом скольжения 15ttΔ = мин. Затем вычислялся временной ряд F2( ) F2( ) F2( ) ,o o of t f t f tΔ = − который и под- вергался спектральному анализу в диапазоне периодов от 30 до 105 мин. Подробная методика спектрального анали- за и формат представления данных описаны в работах [12, 13]. 4. Результаты наблюдений Сначала кратко опишем ионосферные эффек- ты, сопровождавшие СР 29 марта 2005 г., на фоне весьма умеренной магнитной бури (подробнее см. в [11]). Старту и полету космического аппарата сопутствовали зарегистрированные возму- щения в ионосфере трех типов: появление на ионограммах наклонных отражений, сви- детельствовавших о “взволнованности” обла- сти отражения радиоволны, и диффузности, а также квазипериодических вариаций (или “пиков”) критических частот , F2o xf с време- нами запаздывания, равными 14 29,÷ 90 165÷ и 180 195÷ мин. Все три типа возмущений мог- ли быть вызваны как СР, так и магнитной бурей. В работе [11] появление квазипериоди- ческих вариаций , F2o xf и наклонных отраже- ний объяснялось приходом от траектории ра- кеты возмущений с кажущимися скоростями 1.5 3.5÷ км/с и 375 440÷ м/с. Время запазды- вания 180 195÷ мин, как отмечалось в [11], самостоятельного значения не имело, оно отражало периодичность процесса с меньшей кажущейся скоростью. В пользу того, что ва- риации , F2o xf и наклонные отражения выз- ваны СР свидетельствует близость значений кажущихся скоростей распространения возму- щений, найденных из ионограмм и данных метода некогерентного рассеяния [11]. Возникновение диффузного характера ионог- рамм в [11] объясняется влиянием магнитной бури. Далее проанализируем процессы, сопровож- давшие СР 14 декабря 2009 г. Анализ ионограмм. Рассмотрим ионограм- му, полученную в 10:00, т. е. накануне СР (рис. 1, верхняя панель). Четко наблюдались два следа, соответствующие обыкновенной и необыкновенной компонентам зондирующей волны. На ионограмме виден небольшой след, образовавшийся при отражении от спорадичес- кго слоя E ,s граничная частота которого равна 4.45 МГц. Поглощение зондирующей радиовол- ны в ионосфере было сравнительно небольшим, благодаря чему наблюдались “двухкратник” и “трехкратник”. Примерно через 7 мин после СР, в 10:45, исчез слой E s и второй “многократник” (рис. 1, средняя панель). Последний появился снова в 11:15 (рис. 1, нижняя панель). На ионограммах, полученных в 12:30 и 12:45, т. е. через 112 и 127 мин после СР, регистриро- вались серпообразные следы o-компоненты радиоволны (рис. 2, верхняя и средняя панели). Скорее всего, они связаны с искривлением горизонтальной структуры ионосферы. След x-компоненты зондирующей волны исчез. В 13:00 серпообразный след o-компоненты зондирующей волны уже не наблюдался, и с этого момента времени ионограммы приняли свой привычный вид (рис. 2, нижняя панель). Анализ f-графиков. Зависимости критичес- кой частоты F2of от времени для 13 и 14 де- кабря 2009 г. приведены на рис. 3. Из рисун- ка видно, что в контрольный день 13 декаб- ря F2,of несколько флуктуируя, в среднем уменьшалась в интервале времени от 10:00 до 14:00. Примерно с 11:00 до 11:45 имело ме- сто значительное (на 1 1.5÷ МГц) возраста- Сравнительный анализ ионосферных эффектов в течение полетов ракеты “Протон” при различных состояниях ... 397Радиофизика и радиоастрономия, 2011, т. 16, №4 ние F2.of Природу этого возмущения устано- вить не удалось. В день СР поведение F2of в среднем было примерно таким же, как и в контрольный день. Вскоре после СР имело место некоторое умень- шение F2,of которое затем сменилось ее уве- личением (первый “пик”). Максимальное зна- чение F2of наблюдалось в 11:45. После этого значение F2of стремительно уменьшилось от 6 до 4.2 МГц. В интервале времени 13:00 – 14:00 опять имело место увеличение F2of на 1.1 МГц (второй “пик”). Рис. 1. Ионограммы вертикального зондирования, зарегистрированные в характерные моменты вре- мени 14 декабря 2009 г.: в 10:00 (верхняя панель) – до СР; в 10:45 (средняя панель) – в момент исчезно- вения слоя sE и второго “многократника”; в 11:15 (нижняя панель) – в момент появления второго “мно- гократника”. Здесь и далее f – частота радиосиг- нала, h – действующая высота отражения сигнала Рис. 2. Ионограммы вертикального зондирования, зарегистрированные в характерные моменты вре- мени 14 декабря 2009 г.: в 12:30 (верхняя панель) и в 12:45 (средняя панель) – процесс образования серпообразных отражений; в 13:00 (нижняя па- нель) – в момент исчезновения серпообразных от- ражений Л. Ф. Черногор, Т. Г. Живолуп Радиофизика и радиоастрономия, 2011, т. 16, №4398 Результаты спектрального анализа. Вре- менная зависимость F2of и спектрограммы для 14 декабря 2009 г. приведены на рис. 4. Из рисунка видно, что до СР в ионосфере пре- обладало волновое возмущение (ВВ) с квази- периодом около 60 мин и средней амплитудой F2 0.22fΔΔ ≈ МГц. При F2 6.5of ≈ МГц амп- литуда относительного возмущения концентра- ции электронов F22 F2Nm o N f N f ΔΔ Δδ = = составляла около 0.07. Вскоре после СР существовавшее ВВ было разрушено: по-видимому, пришло однополярное возмущение примерно с такой же амплитудой, но сдвинутое по фазе практически на 180 .° Его продолжительность была около 30 40÷ мин. Примерно в 12:15 точки наблюдения дос- тигло второе возмущение, которое усилило ВВ, имевшее место до СР. Амплитуда ква- зипериодического процесса увеличилась до 0.6 МГц, его квазипериод 60T ≈ мин. При F2 4.7of = МГц получаем 0.26.Nmδ ≈ Опишем поведение F2ofΔ и спектрог- рамм в контрольный день 13 декабря 2009 г. (см. рис. 5). Из рисунка видно, что в интер- вале времени 11:00 – 14:00 в ионосфере наб- людалось ВВ с периодом 60T ≈ мин. Его ам- плитуда изменялась в пределах 0.3 0.6÷ МГц при F2 4.5 6.5of ≈ ÷ МГц. При этом Nmδ ≈ 0.13 0.20.÷ В целом поведение F2( )of tΔ и спектрограм- мы в контрольный день и день СР заметно отличалось. Обнаружение возмущений. Для выделе- ния возмущений наряду с визуальным анали- зом использовалась следующая методика. До СР в зависимости F2( )of t наблюдал- ся четко выраженный квазипериодический процесс. При помощи метода наименьших квадратов он аппроксимировался процессом F2( )of t′Δ (пунктир на рис. 6). Зависимость F2( )of t′Δ имела вид: ( )0F2( ) cos 2 ,of t A t T′Δ = π + ϕ где A – амплитуда, 0ϕ – начальная фаза. Оценка его параметров на интервале вре- мени 07:00 – 10:30 привела к таким значениям процесса: 0.22A ≈ МГц, 55T ≈ мин и 0 0.ϕ ≈ Далее из зависимости F2( )of tΔ вычиталась зависимость F2( )of t′Δ и таким образом строи- лась зависимость F2( )of tδ (рис. 6, средняя панель). По зависимости F2( )of tδ на интервале 105 мин вычислялась дисперсия 2.σ Зависи- мость ( )tσ также показана на рис. 6 (нижняя панель). До СР 0.10 0.15σ ≈ ÷ МГц, а после него σ достигает 0.4 МГц. Из рис. 6 (средняя панель) видно, что после СР с временем запаздывания, примерно равным 22 мин, пришло первое возмущение. Далее на него наложилось второе возмущение, время за- паздывания которого составляло около 97 мин. Появление второго возмущения сопровождалось увеличением σ примерно от 0.2 до 0.4 МГц. 5. Обсуждение После СР, скорее всего, наблюдалось два типа возмущений. Первое из них, имевшее вре- мя запаздывания 1tΔ около 22 мин, привело к подавлению существовавшего волнового про- цесса. Продолжительность этого типа возму- щений не превышала 60 мин. Второе возмущение имело время запазды- вания 2 97tΔ ≈ мин. Продолжительность вто- рого процесса составляла около 90 мин. Рис. 3. Зависимость критической частоты of F2 от времени в контрольные сутки 13 декабря 2009 г. и в период СР 14 декабря 2009 г. Вертикальной линией здесь и далее показан момент СР Сравнительный анализ ионосферных эффектов в течение полетов ракеты “Протон” при различных состояниях ... 399Радиофизика и радиоастрономия, 2011, т. 16, №4 Учитывая, что время движения ракеты “Протон” до области эффективной генерации ВВ составляет около 3 мин, скорректирован- ные значения времен запаздывания равнялись 19 и 94 мин. Из-за дискретного характера зондирования неопределенность измерения времени запазды- вания составляла [10]: 12 ,tΔ = τ Рис. 4. Результаты спектрального анализа вариаций of F2( t )Δ 14 декабря 2009 г.: а) – исходная за- висимость; б), в) и г) – спектрограммы (в относительных единицах) соответственно ОПФ, АПФ и ВП; д), е) и ж) – энергограммы (в относительных единицах) соответственно для ОПФ, АПФ и ВП в диапазоне периодов T 30 105= ÷ мин. Интервал вычисления тренда составлял 105 мин. Здесь и далее P – интенсив- ность спектральных составляющих Л. Ф. Черногор, Т. Г. Живолуп Радиофизика и радиоастрономия, 2011, т. 16, №4400 где 15τ = мин. Тогда 4tΔ ≈ ± мин. При этом скорректированные значения времен за- паздывания возмущений 1 19 4t′Δ ≈ ± мин, 2 94 4t′Δ ≈ ± мин. Таким временам запаздыва- ния соответствуют скорректированные значе- ния скоростей ,v R t′ ′ ′= Δ где R′ – расстояние от места генерации воз- мущений до места их наблюдения. При 2300R′ ≈ км имеем 1 1.7 2.6v′ ≈ ÷ км/с, 2v′ ≈ Рис. 5. Результаты спектрального анализа вариаций of F2( t )Δ 13 декабря 2009 г.: а) – исходная за- висимость; б), в) и г) – спектрограммы (в относительных единицах) соответственно ОПФ, АПФ и ВП; д), е) и ж) – энергограммы (в относительных единицах) соответственно для ОПФ, АПФ и ВП в диапазоне периодов T 30 105= ÷ мин. Интервал вычисления тренда составлял 105 мин Сравнительный анализ ионосферных эффектов в течение полетов ракеты “Протон” при различных состояниях ... 401Радиофизика и радиоастрономия, 2011, т. 16, №4 390 425÷ м/с или 1 (2.0 0.4)v′ ≈ ± км/с и 2v′ ≈ (410 16)± м/с. Сравним теперь результаты наблюдения эффектов СР “Протон”, имевших место 14 декабря 2009 г. и 29 марта 2005 г. (рис. 7). Из сравнения рис. 4 и рис. 7 следует, что через 20 30÷ мин после СР наблюдалось уменьше- ние F2,of которое продолжалось 40 60÷ мин. Затем имело место второе возмущение про- должительностью около 1 2÷ ч. Величина ква- зипериода ВВ в обоих случаях составляла 60 90÷ мин. Скорректированные значения скоростей 29 марта 2005 г. составляли около 1.5 3.5÷ км/с и 375 440÷ м/с или 1 (2.5 1.0)v′ ≈ ± км/с и 2 (400 35)v′ ≈ ± м/с [3]. Видно, что значения двух групп скоростей для 14 декабря и 29 мар- та близки между собой. Они также близки к скоростям медленных магнитогидродинами- ческих (или магнитоградиентных) волн и внут- ренних гравитационных волн соответственно [3]. Важно, что близкие значения скоростей наблю- дались другими авторами [1, 2] и нами [3]. Все это свидетельствует в пользу того, что описы- ваемые возмущения связаны с СР. Подобие характера ионосферных процес- сов, сопутствовавших СР, и близость их пара- метров свидетельствуют о том, что весьма умеренная магнитная буря существенно не по- влияла на возможность селекции возмущений естественного и антропогенного происхож- дения. Для более успешного решения вопроса о селекции возмущений требуется создание бо- лее детального “портрета” искомых возмуще- ний для большего числа СР. Сейчас же можно утверждать, что существует принципиальная воз- можность различения эффектов СР и весьма умеренных магнитных бурь. Полученные в на- стоящей работе результаты подтверждают вы- воды, сделанные в статье [10], где анализирова- лись ионосферные эффекты, сопутствовавшие СР “Союз”. 6. Выводы 1. Проанализированы эффекты СР “Протон”, который имел место практически в спокойных магнито-ионосферных условиях. 2. Показано, что СР 14 декабря 2009 г. со- провождался сначала отрицательным, а затем квазипериодическим возмущением критической частоты F2,of а значит и концентрации элект- ронов N. Относительные вариации N достигали 0.26.± 3. Суммарная продолжительность обоих возмущений составляла не менее 2 3÷ ч. Рис. 6. Временные зависимости анализируемого сигнала of F2( t ),Δ полученного после вычитания тренда на интервале времени, равном 75 мин, и его модели of F2( t ),′Δ показанной штриховой линией (верхняя панель), а также разностного сигнала o o of F2( t ) f F2( t ) f F2( t )′δ = Δ − Δ (средняя панель) и среднеквадра- тичного отклонения сигнала of F2( t )δ (нижняя панель) Л. Ф. Черногор, Т. Г. Живолуп Радиофизика и радиоастрономия, 2011, т. 16, №4402 Рис. 7. Результаты спектрального анализа вариаций of F2( t )Δ 29 марта 2005 г.: а) – исходная за- висимость; б), в) и г) – спектрограммы (в относительных единицах) соответственно ОПФ, АПФ и ВП; д), е) и ж) – энергограммы (в относительных единицах) соответственно для ОПФ, АПФ и ВП в диапазоне периодов T 30 105= ÷ мин. Интервал вычисления тренда составлял 105 мин 4. Сравнительный анализ ионосферных эф- фектов показал, что возмущения, сопровождав- шие СР 29 марта 2005 г. и 14 декабря 2009 г., подобны и имеют близкие параметры. Это оз- начает, что эффекты СР 29 марта 2005 г. уда- лось идентифицировать, несмотря на маскирую- щее действие эффектов весьма умеренной маг- нитной бури. 5. Характерные скорости распространения возмущений для обоих стартов близки к 2.0 2.5÷ км/с и 400 410÷ м/с. Перенос возмущений осуществлялся, по-ви- димому, за счет медленных магнитогидродина- мических (или магнитоградиентных) волн, а так- же внутренних гравитационных волн. Проявления таких волн неоднократно наблюдались и ранее. Сравнительный анализ ионосферных эффектов в течение полетов ракеты “Протон” при различных состояниях ... 403Радиофизика и радиоастрономия, 2011, т. 16, №4 6. Для селекции эффектов СР на фоне маг- нитных бурь требуется создание детального “портрета” искомых возмущений. Элементами этого “портрета” служат скорости распростра- нения возмущений, их амплитуды и периоды. Литература 1. Афраймович Э. Я., Перевалова Н. П. GPS-монито- ринг верхней атмосферы Земли. – Иркутск: ГУ НЦ РВХ ВСНЦ СО РАМН, 2006. – 480 с. 2. Экологические проблемы и риски воздействий ракет- но-космической техники на окружающую при- родную среду. Под общей ред. В. В. Адушкина, С. И. Козлова и Д. В. Петрова. – М.: Анкил, 2000. – 640 с. 3. Черногор Л. Ф. Радиофизические и геомагнитные эффекты стартов ракет: Монография. – Харьков: ХНУ имени В. Н. Каразина, 2009. – 386 с. 4. Черногор Л. Ф. Физика Земли, атмосферы и геокос- моса в свете системной парадигмы // Радиофизика и радиоастрономия. – 2003. –Т. 8, №1. – С. 59-106. 5. Черногор Л. Ф. О нелинейности в природе и науке: Монография. – Харьков: ХНУ имени В. Н. Каразина, 2008. – 528 с. 6. Chernogor L. F. The Earth-atmosphere-geospace sys- tem: main properties and processes // Int. J. Rem. Sens. – 2011. – Vol. 32, No. 11. – P. 3199-3218. 7. Chernogor L. F., Garmash K. P., Kostrov L. S., Rozumen- ko V. T., Tyrnov O. F., and Tsymbal A. M. Perturbations in the ionosphere following U.S. powerful space vehi- cle launching // Radiofizika i Radioastronomia. – 1998. – Vol. 3, No. 2. – P. 181-190. 8. Garmash K. P., Kostrov L. S., Rozumenko V. T., Tyr- nov O. F., Tsymbal A. M., and Chernogor L. F. Glo- bal Ionospheric Disturbances Caused by a Rocket Launch against a Background of a Magnetic Storm // Geomagnetism and Aeronomy. – 1999. – Vol. 39, No. 1. – P. 69-75. 9. Foster J. C., Holt J. M., and Lanzerotti L. J. Mid-latitude ionospheric perturbation associated with Spacelab-2 plasma depletion experiment at Millstone Hill // Ann. Geophys. – 2000. – Vol. 18. – P. 111-120. 10. Живолуп Т. Г., Черногор Л. Ф. Ионосферные эф- фекты в течение полетов ракеты “Союз” в спокой- ных и магнитовозмущенных условиях // Космічна наука і технологія. – 2010. – Т. 16, №3. – С. 22-31. 11. Живолуп Т. Г., Черногор Л. Ф. Ионосферные эф- фекты в течение полета ракеты “Протон”: результа- ты вертикального зондирования // Космічна наука і технологія. – 2010. – Т. 16, №3. – С. 15-21. 12. Бурмака В. П., Панасенко С. В., Черногор Л. Ф. Со- временные методы спектрального анализа квазипе- риодических процессов в геокосмосе // Успехи совре- менной радиоэлектроники. – 2007.– №11. – С. 3-24. 13. Черногор Л. Ф. Современные методы спектраль- ного анализа квазипериодических и волновых про- цессов в ионосфере: особенности и результаты экс- периментов // Геомагнетизм и аэрономия. – 2008. – Т. 48, №5. – С. 681-702. Порівняльний аналіз іоносферних ефектів протягом польотів ракети “Протон” за різних станів космічної погоди Л. Ф. Чорногор, Т. Г. Живолуп Надаються результати спостережень за збу- реннями в іоносфері, що супроводжували старт і політ ракети “Протон” 29 березня 2005 р. та 14 грудня 2009 р. Зі стартами ракет пов’я- зані збурення, що виникали через 10 30÷ та 90 110÷ хв. Першим реєструвалося нега- тивне збурення концентрації електронів N з се- редньою швидкістю близько 2 км/c. Друге збу- рення було квазіперіодичним і мало швидкість близько 400 м/с. Величина відносних варіацій N сягала 26 %. Comparative Analysis of Ionospheric Effects During “Proton” Rocket Flights under Different States of Space Weather L . F. Chernogor and T. G. Zhivolup The observations of disturbances in the iono- sphere which accompanied the “Proton” rocket launch and flight on 29 March 2005 and 14 De- cember 2009 are presented. Disturbances which arose with delays of 10 30÷ and 90 110÷ minutes were connected with rocket launching. The first to be recorded was the negative disturbance of elec- tron density N with average speed about 2 km/s. The second disturbance was quasi-periodic and had speed about 400 m/s. The N relative variations reached 26 %.

Сравнительный анализ ионосферных эффектов в течение полетов ракеты “Протон” при различных состояниях космической погоды

Institution

Similar Items