Эффекты в геокосмосе, сопутствовавшие стартам группы ракет

Проведены радиофизические и магнитометрические наблюдения за динамическими процессами в ионосфере и геомагнитном поле, последовавшими за стартами четырех ракет различной мощности и с различных пусковых установок. Установлено, что старты ракет сопровождались усилением волновой активности в ионосфере...

Full description

Saved in:
Bibliographic Details
Date:2008
Main Author: Черногор, Л.Ф.
Format: Article
Language:Russian
Published: Радіоастрономічний інститут НАН України 2008
Subjects:
Online Access:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/8381
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:Эффекты в геокосмосе, сопутствовавшие стартам группы ракет / Л.Ф. Черногор // Радиофизика и радиоастрономия. — 2008. — Т. 13, № 1. — С. 39-53. — Бібліогр.: 32 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
_version_ 1859715635161858048
author Черногор, Л.Ф.
author_facet Черногор, Л.Ф.
citation_txt Эффекты в геокосмосе, сопутствовавшие стартам группы ракет / Л.Ф. Черногор // Радиофизика и радиоастрономия. — 2008. — Т. 13, № 1. — С. 39-53. — Бібліогр.: 32 назв. — рос.
collection DSpace DC
description Проведены радиофизические и магнитометрические наблюдения за динамическими процессами в ионосфере и геомагнитном поле, последовавшими за стартами четырех ракет различной мощности и с различных пусковых установок. Установлено, что старты ракет сопровождались усилением волновой активности в ионосфере и в геомагнитном поле. Реакции среды на разные источники (разные ракеты) накладывались, что затрудняло их идентификацию. Как плазменным, так и геомагнитным возмущениям были свойственны скорости распространения около 1.2 ÷1.7 км/с и 440 ÷ 760 м/с. Виконано радіофізичні та магнітометричні спостереження за динамічними процесами в іоносфері та геомагнітному полі, що виникли услід за стартами чотирьох ракет різної потужності та з різних пускових установок. Встановлено, що старти ракет супроводжувались підсиленням хвильової активності в іоносфері та в геомагнітному полі. Реакції середовища на різні джерела (різні ракети) накладалися, що утруднювало їх ідентифікацію. Як плазмовим, так і геомагнітним збуренням були властиві швидкості поширення близько 1.2 ÷1.7 км/с та 440 ÷ 760 м/с. Radio and ground magnetometer observations of dynamic processes in the ionosphere and in the geomagnetic field have been made after four launches of rockets of different power from different launch pads. The rocket launches are found to be associated with an increase in wave activity in the ionosphere and in the geomagnetic field. The effects that different sources (different rockets) have on the medium interfere with each other, that makes their identification complicated. Both the plasma and geomagnetic disturbances have speeds in the 1.2 ÷1.7 km/s and 440 ÷ 760 m/s intervals.
first_indexed 2025-12-01T08:01:27Z
format Article
fulltext Радиофизика и радиоастрономия, 2008, т. 13, №1, с. 39-53 © Л. Ф. Черногор, 2008 УДК 550.385.37: 550:388 Эффекты в геокосмосе, сопутствовавшие стартам группы ракет Л. Ф. Черногор Харьковский национальный университет имени В. Н. Каразина, пл. Свободы, 4, г. Харьков, 61077, Украина E-mail:Leonid.F.Chernogor@univer.kharkov.ua Статья поступила в редакцию 15 января 2008 г. Проведены радиофизические и магнитометрические наблюдения за динамическими про- цессами в ионосфере и геомагнитном поле, последовавшими за стартами четырех ракет раз- личной мощности и с различных пусковых установок. Установлено, что старты ракет сопро- вождались усилением волновой активности в ионосфере и в геомагнитном поле. Реакции сре- ды на разные источники (разные ракеты) накладывались, что затрудняло их идентификацию. Как плазменным, так и геомагнитным возмущениям были свойственны скорости распростра- нения около 1.2 1.7÷ км/с и 440 760÷ м/с. Введение Хорошо известно, что роль активных экс- периментов, в частности стартов и полетов космических аппаратов с включенными дви- гателями, в изучении динамических процес- сов в системе Земля – атмосфера – ионосфе- ра – магнитосфера (ЗАИМ) и взаимодействия ее подсистем трудно переоценить [1-4]. При этом можно приспосабливаться к месту и времени проведения активного эксперимента, типу ракеты, ее мощности и т. п. Реакция околоземной среды на старты ра- кет (СР) изучается достаточно давно (см., например, справочное пособие [5] и библио- графию в нем). Во всех известных работах описаны эффекты в среде, вызванные стар- том и полетом одной ракеты. При этом уста- новлено, что в ионосфере на расстояниях бо- лее 2000 км от космодрома возникают волно- вые возмущения, имеющие скорости в сотни метров в секунду, единицы, а иногда и десятки километров в секунду и общую продолжитель- ность около 2 3÷ ч. 18 февраля 2004 г. в России была прове- дена масштабная многоцелевая тренировка “Безопасность – 2004” [6]. В ходе этой трени- ровки в интервале времени с 07:05 до 10:28 (здесь и далее UT) были запущены три бал- листические ракеты наземного базирования и одна баллистическая ракета морского бази- рования. Для радиофизиков и геофизиков запус- ки стали редким и дорогостоящим активным экспериментом. В наблюдениях сопутствующих эффектов и их анализе принял участие автор работы. Целью настоящей работы является изло- жение результатов исследования эффектов в ионосфере и геомагнитном поле, сопутство- вавших следовавшим друг за другом четы- рем СР различного базирования. 1. Средства и методы наблюдения Доплеровский радар. Для наблюдения эффектов в ионосфере использовался допле- ровский радар. Он расположен в Радиофизи- ческой обсерватории Харьковского нацио- нального университета имени В. Н. Каразина вблизи г. Харькова (49 38′° c. ш., 36 20′° в. д.) [7-9]. Основные параметры радара: диапазон частот 1 24f = ÷ МГц, импульсная мощность радиопередающего устройства – 1 кВт, дли- тельность импульса 500τ ≈ мкс, частота по- Л. Ф. Черногор 40 Радиофизика и радиоастрономия, 2008, т. 13, №1 вторения импульсов – 100 Гц, полоса пропус- кания фильтра радиоприемного устройства – 10 Гц. Антенная система представляет собой вертикальный ромб с коэффициентом усиления 1 10G ≈ ÷ в зависимости от рабочей частоты радиоволны. Инструментальная погрешность измерения доплеровского смещения частоты около 0.01 Гц. Отношение сигнал/помеха дос- тигает 5 610 10 .÷ Радар сопряжен с персональ- ным компьютером, образуя программно-аппа- ратный комплекс, ведущий измерения и пред- варительную обработку сигнала в реальном масштабе времени. Высотная протяженность отраженного сигна- ла обычно существенно превышала 2 75cτ ≈ км, где c – скорость света в вакууме. Поэтому использовалось стробирование по высоте с дискретностью 75zΔ = км в диапазоне дей- ствующих высот 75 450z = ÷ км. Магнитометр-флюксметр. Это устрой- ство применялось для наблюдения эффектов в геомагнитном поле. Несерийный высоко- чувствительный магнитометр, включенный в состав программно-аппаратного комплекса, размещен в Магнитометрической обсерва- тории Харьковского национального универ- ситета имени В. Н. Каразина (с. Граково, Чу- гуевский район, Харьковская обл.) [10]. Его географические координаты – 49 40′° с. ш., 36 50′° в. д.; геомагнитные координаты – 45 20′+ ° геомагнитной широты, 119 20′° в. д. Абсолютная погрешность магнитометра определяется уровнем собственных шумов, который составляет 0.5 пТл 0.5 нТл÷ для пе- риодов 31 10÷ с соответственно. Методы анализа. В настоящей работе, как и в [11, 12], для анализа временных вариаций центральной частоты доплеровских спектров, получаемой с погрешностью около 0.017 Гц, и уровня горизонтальных компонент геомаг- нитного поля ( )H t и ( )D T применялись спе- циальные алгоритм обработки и формат пред- ставления данных, включающий временные вариации параметра сигнала, результаты спек- трального анализа с помощью оконного пре- образования Фурье (ОПФ), вейвлет-преобра- зования (ВП) и адаптивного преобразования Фурье (АПФ). Для вычисления спектров сигнала ( )f t на основе ОПФ, ВП и АПФ соответственно ис- пользовались следующие соотношения [11-16]: 2 2( , ) ( ) exp d , 2wS wS t tSf T f t g i t t t T ∞ −∞ ⎛ ⎞− τ π⎛ ⎞τ = −⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠⎝ ⎠ ∫ (1) [ ] * 1 2 1ˆ ( ) ( , ) ( ) d ,t bW f t Wf a b f t t aa ∞ −∞ −⎛ ⎞≡ = ψ ⎜ ⎟⎝ ⎠∫ (2) 2( , ) ( ) 2 tA f T f t g T T ∞ ν ν ν ν−∞ ⎛ ⎞− ττ = ×⎜ ⎟ν ν⎝ ⎠ ∫ 2exp ( ) d .i t t Tν ⎛ ⎞π× − − τ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ (3) Здесь g – оконная функция, wSt – ширина окна для ОПФ; 2T = π ω и 2T aν = ν – величины, имеющие физический смысл периодов коле- баний; символом “*” обозначается комплекс- ное сопряжение, а разложение производится по базису вейвлетов , 1 2 1( ) ,a b t bt aa −⎛ ⎞ψ = ψ⎜ ⎟⎝ ⎠ где a – параметр масштабирования ( 0),a > b – параметр сдвига. Удобно перейти к отно- сительным периодам: wST T t= и .wST T tν ν= Далее индекс ν по возможности будет опус- каться. Остальные величины также представ- лены в относительных единицах. В данной работе для ОПФ и АПФ в каче- стве ( )g t использовалось окно Хемминга, обладающее известными достоинствами и имеющее вид (см., например, [13]): ( ) [0.54 0.46cos ],Hg t t= γ + π где 1.12γ ≈ – нормирующий множитель. Эффекты в геокосмосе, сопутствовавшие стартам группы ракет 41Радиофизика и радиоастрономия, 2008, т. 13, №1 Для ВП в качестве ( )tψ применялся вейв- лет Морле, который задается выражением [15]: ( )2( ) exp 2 cos5 .t t tψ = − (4) Здесь, как и выше, t – безразмерное время. Вейвлет (4) удобен для анализа коротких цу- гов волн, которые, как правило, и наблюда- ются в ионосфере и в вариациях геомагнит- ного поля. Наряду с выражениями (1) – (3) анализи- ровались следующие зависимости, представ- ляющие собой спектрограммы: 2( , ) ( , ) ,SP f Sfω τ = ω τ 2( , ) ( , ) ,WP f a b Wf a b= 2( , ) ( , ) .AP f a A f aντ = τ Как известно, спектрограмма – двумерная плотность энергии исследуемого сигнала ( ).f t Кроме функций ( , ),SP T τ ( , )AP T τ и ( , ),WP T τ в работе использовались следующие величины: ( ) ( , )d ,S SE T P T ∞ −∞ = τ τ∫ ( ) ( , )d ,A AE T P T ∞ −∞ = τ τ∫ ( ) ( , )d .W WE T P T ∞ −∞ = τ τ∫ Известно, что локальные максимумы в зависимостях ( ),WE T ( )SE T и ( )AE T указы- вают на распределение энергии по спектру (интервалу периодов) в течение всего време- ни анализа и на наличие определенных гар- монических компонент с соответствующими периодами в анализируемом сигнале. Эти за- висимости естественно называть энергограм- мами [11, 12]. Cовместное использование ОПФ, ВП и АПФ оказывается целесообразным, поскольку при конечном времени обработки они дополняют друг друга и позволяют получить более пол- ную информацию о частотно-временной (вре- мя-периодной) локализации компонент слож- ного, в общем случае нестационарного сиг- нала. 2. Краткие сведения о ракетах Основные параметры ракет, эффекты от ко- торых анализируются в настоящей работе, при- ведены в табл. 1. Из таблицы видно, что согласно классификации [17] ракета “Мол- ния-М” относится к классу тяжелых ракет, ра- кета “Рокот” – к классу ракет средней тяжес- ти, а ракеты “Тополь” и “Синева” – к классу легких ракет. Мощности ступеней ракет можно оценить из следующей формулы: d , df mP q t = где 10q ≈ МДж/кг – удельное энергосодер- жание топлива (т. е. смеси горючего и окисли- теля), которое для простоты принималось оди- наковым для жидкостных и твердотопливных ракет; d dm t – расход топлива. Энерговыделение топлива ,f f fE P t= Δ где ftΔ – время работы двигателя соответ- ствующей ступени. Для корректной интерпретации наблюдае- мых магнитоионосферных эффектов необхо- димо знание не только места СР, но и, вообще говоря, траектории полета ракеты. Две раке- ты были запущены с космодрома Плесецк, одна – с космодрома Байконур. Координаты этих космодромов хорошо известны. Четвер- тая ракета стартовала с подводного крейсера, Л. Ф. Черногор 42 Радиофизика и радиоастрономия, 2008, т. 13, №1 Таблица 1. Краткие сведения о ракетах Тип ракеты Молния-М Рокот Тополь Синева Полная масса, т 312.6 106.1 47.2 32.5 Начальная тяга, МН 4.19 1.6 0.89 0.5 Высота, м 40 29 22.7 13.2 Максимальный диаметр, м 2.7 2.5 1.85 1.8 Низкоорбитальная (высота 200 км) полезная нагрузка, кг 1800 1950 1200 500 Параметры нулевой ступени Масса, т 178.8 – – – Тяга, МН 1 – – – Диаметр, м 2.7 – – – Высота, м 19 – – – Время работы, с 119 – – – Мощность, ГВт 16 – – – Энерговыделение, ТДж 1.9 – – – Параметры первой ступени Масса, т 101.9 85.4 Тяга, МН 1 1.8 Диаметр, м 2.7 2.5 Высота, м 19 13.3 Время работы, с 291 121 Мощность, ГВт 3.8 7.6 Энерговыделение, ТДж 1.1 0.9 Параметры второй ступени Масса , т 25.2 15.1 Тяга, МН 0.3 0.2 Диаметр, м 2.6 2.5 Высота, м 2.8 2.9 Время работы, с 241 155 Мощность, ГВт 0.9 1.0 Энерговыделение, ГДж 260 150 Параметры третьей ступени (разгонного блока) Масса, т 6.7 5.6 Тяга, МН 0.07 0.02 Диаметр, м 2.4 2 Высота, м 3.2 2.3 Время работы, с 250 150 Мощность, ГВт 0.3 0.4 Энерговыделение, ГДж 69 58 Эффекты в геокосмосе, сопутствовавшие стартам группы ракет 43Радиофизика и радиоастрономия, 2008, т. 13, №1 который находился в Баренцевом море. Пуск этой ракеты осуществлял Военно-Морской Флот России, и точные координаты в сред- ствах массовой информации не сообщались. Несколько слов о траекториях ракет. Все они были ориентированы преимущественно на восток. Точное знание траекторий для насто- ящей работы не существенно по следующим причинам. Как отмечалось нами ранее, эф- фективная генерация волн различной природы ракетой с работающим двигателем имеет место при достижении космическим аппара- том ионосферных высот (см., например [12]). В то же время плотность атмосферы должна быть достаточно большой, чтобы в среде могли генерироваться ударные акустические волны. Такие оптимальные условия возника- ют на высотах 100 130÷ км, которых ракета в зависимости от типа двигателя достигает за 2 3÷ мин. За это время космический аппарат удаляется от ракетодрома не более чем на 100 150÷ км. При расстояниях от обсервато- рии до космодрома 1500 2000÷ км эта поправ- ка не превышает 5 10 %.÷ Поэтому координа- ты места генерации волн в атмосфере часто отождествляют с координатами космодрома. 3. Состояние космической погоды Временные вариации основных параметров, характеризующих состояние космической по- годы, приведены на рис. 1. Из него видно, что 18 февраля 2004 г. концентрация, температура, скорость частиц и давление солнечного ветра были типичными для невозмущенных условий. Величины потоков заряженных частиц также соответствовали спокойным условиям. Возму- щения межпланетного и геомагнитного полей были незначительными. В частности, до 14:00 индексы 1 2pK ≈ ÷ и 10 20stD ≈ − ÷ − нТл. Рас- считанная мощность солнечного ветра, посту- пающая в магнитосферу и описываемая функ- цией Акасофу, в среднем была около 5 ГДж/с. Таким образом, можно считать, что есте- ственная возмущенность геокосмоса в день активного эксперимента была слабой. Это по- зволило с определенной степенью уверенности утверждать, что наблюдаемые возмущения в ионосфере и геомагнитном поле вызваны СР. 4. Результаты наблюдений СР “Молния-М”. Эта ракета стартовала с космодрома Плесецк в 07:05. Остановимся вначале на описании времен- ных вариаций доплеровских спектров (ДС) (рис. 2) и результатов спектрального анализа (рис. 3). Утром примерно до 06:40 в ионосфе- ре имели место волновые возмущения (ВВ) с периодами T около 15 20÷ и 50 70÷ мин. Примерно за 20 мин до СР вариации ДС были незначительными (см. крайнюю левую панель на рис. 2). Через 17 мин после СР волновая активность усилилась: появились ВВ, которым соответствовали максимальные вариации цен- тральной частоты ДС 0.2df ≈ Гц. В спектре ВВ преобладали периоды от 5 до 10 и от 20 до 27 мин. В интервале времени с 08:10 до 08:15 значение df уменьшилось примерно на 0.5 Гц и за 2 мин вернулось к исходному значению. В течение последующих 15 мин 0.df ≈ Очередное изменение характера вариаций ДС наблюдалось с 08:30 до 09:18. Из рис. 3 видно, что после СР существенно изменился спектральный состав ВВ. Если до СР преобладали колебания с периодами 15 20T ≈ ÷ мин и 50 70T ≈ ÷ мин, то после СР стали превалировать колебания с 10T ≈ мин и 20 25T ≈ ÷ мин. Продолжительность этих процессов была около 70 90÷ мин. Далее рассмотрим временные вариации геомагнитного поля (рис. 4) и результаты спек- трального анализа (рис. 5). До СР уровни обе- их компонент изменялись по квазипериодичес- кому закону с 7 12T ≈ ÷ мин. Примерно через 24 мин после СР произошел “сбой” существо- вавшего колебания. Это длилось 7 11÷ мин. Следующее изменение характера сигнала началось через 42 мин после СР и продолжа- лось 15 и 30 мин для D- и H-компоненты со- ответственно. В интервале времени с 08:05 до 09:05 в D-компоненте наблюдались колебания с 10 15T ≈ ÷ мин (см. рис. 5, в). Две группы воз- никающих возмущений хорошо видны на спек- трограммах, особенно на спектрограммах, по- лученных с помощью АПФ, (см. рис. 5, в, нижняя панель). Л. Ф. Черногор 44 Радиофизика и радиоастрономия, 2008, т. 13, №1 Рис. 1. Временные вариации параметров солнечного ветра: концентрации частиц swn , температуры Т, радиальной скорости swV и расчетных значений динамического давления swp (ACE Satellite – Solar Wind Electron Proton Alpha Monitor); – плотностей потоков протонов prΠ (GOES-8 (W75)) и электро- нов eΠ (GOES-12); компонент ,zΒ tΒ межпланетного магнитного поля (ACE Satellite – Magnetometer); функции Акасофу ε; pΗ -компоненты геомагнитного поля (GOES-12); АЕ-индекса авроральной актив- ности (WDC Kyoto); stD -индекса (WDC-C2 for Geomagnetism Kyoto University); pΚ -индекса (Air Force Weather Agency) Эффекты в геокосмосе, сопутствовавшие стартам группы ракет 45Радиофизика и радиоастрономия, 2008, т. 13, №1 СР “Рокот”. Эта ракета стартовала в 09:00 с шахтной пусковой установки космодрома Байконур. Первое изменение характера временных вариаций ДС возникло примерно через 18 мин после СР (см. рис. 2, рис. 3). В течение пос- ледующих 17 мин 0.df ≈ Затем появилось ВВ с 10T ≈ мин, которое наблюдалось до 10:27. Поведение временных вариаций геомагнит- ного поля было следующим (см. рис. 4, рис. 5). Через 7 10÷ мин после СР “Рокот” изменил- ся характер вариаций сигнала: для D-ком- Рис. 2. Временные вариации ДС 18 февраля 2004 г. на частоте 2.4 МГц для строба, соответствующе- го диапазону высот 250 325÷ км. Время указано слева от каждой панели. Моменты старта ракет показаны сплошными горизонтальными линиями. Стрелками показаны моменты начала изменения характера сигнала Л. Ф. Черногор 46 Радиофизика и радиоастрономия, 2008, т. 13, №1 поненты уровень сигнала уменьшился при- мерно в 2 раза и сигнал стал более высоко- частотным (такое поведение имело место примерно до 10:15); для H-компоненты в ин- тервале времени с 09:10 – 09:40 уровень сиг- нала также уменьшился вдвое и сигнал стал более высокочастотным. СР “Синева”. Старт произошел в 09:30 с под- водного крейсера “Карелия”, который нахо- дился в акватории Баренцева моря. Расстоя- ние R от обсерватории до места СР состав- ляло около 3 тыс. км. Полет ракеты проходил в нештатном режиме. На 98-й секунде поле- та, когда ракета находилась на высоте около 10 км, произошло отклонение от заданной тра- ектории, сработала система самоликвидации, и ракета была подорвана. При этом в ней оставалось около 15 т топлива с удельным энергосодержанием, близким к 10 МДж/кг. Если все топливо сдетонировало, энергия взрыва составляла около 150 ГДж, что экви- валентно взрыву примерно 40 т тринитрото- луола (ТНТ). Первое после СР изменение характера вариаций ДС, которому соответствовало ВВ с 10 12T ≈ ÷ мин, возникло примерно в 09:37 и продолжалось до 10:44 (см. рис. 2, рис. 3). После этого период ВВ уменьшился до 5 6÷ мин. Такой период наблюдался в течение примерно 50 мин. Рис. 3. Результаты спектрального анализа временных вариаций центральной частоты df ( t ) в ДС для интервала времени с 05:00 до 10:00 (а) и с 10:00 до 15:00 (б) и соответствующие им энергограммы (панели сверху вниз): временные вариации df ( t ), то же после удаления тренда, результаты ОПФ, резуль- таты ВП, результаты АПФ Эффекты в геокосмосе, сопутствовавшие стартам группы ракет 47Радиофизика и радиоастрономия, 2008, т. 13, №1 Рассмотрим вариации магнитометричес- ких сигналов. Для D-компоненты сигнал ос- тавался высокочастотным до 10:15, его амп- литуда не превышала 1 1.5÷ нТл (см. рис. 4). В интервале времени 10:15 – 10:35 в сигна- ле преобладали колебания с 7 16T ≈ ÷ мин (см. рис. 5, г). В интервале времени с 9:20 до 10:00 уро- вень H-компоненты также был в пределах 1 1.5÷ нТл. С 10:00 до 10:17 он резко возрас- тал – возникал М-образный отклик с величи- ной квазипериода около 8 9÷ мин. Особенно интенсивный волновой пакет, хорошо заметный на спектрограммах, наблю- дался в интервале времени с 09:50 до 10:15 и с 10:20 до 10:35 для H- и D-компоненты соответственно. Период колебаний составлял 9 13÷ мин. СР “Тополь”. Старт произошел в 10:28 с космодрома Плесецк. Первое изменение характера вариаций ДС имело место в 10:44 (см. рис. 2, рис. 3). При этом на смену одному колебанию с 5T ≈ мин пришло другое с периодом 9T ≈ мин. Кроме того, резко возросла амплитуда колебательно- го процесса с периодом 35 40÷ мин. Это про- должалось в течение 40 60÷ мин. Второе изменение характера вариаций ДС наблюдалось в интервале времени 11:10 – 11:30. При этом колебательный процесс имел пе- риод около 5 6÷ мин. Следующее изменение характера вариаций ДС отмечалось с 11:30 до 12:10. Резко увели- чилась амплитуда колебаний с 10 20T = ÷ мин, а затем и с 25 30T = ÷ мин. Относительно короткопериодные ( 5T ≈ мин) колебания df имели место также с 12:30 до 13:04. Позже наблюдались вариации df с пе- риодами 15 20÷ мин. Заметное изменение характера магнитомет- рических сигналов началось примерно через 42 мин после СР “Тополь” и продолжалось в течение 40 и 60 мин для H- и D-компоненты соответственно (см. рис. 4, рис. 5). В спектрограммах для D-компоненты четко выделялся колебательный процесс с Рис. 4. Временные вариации H- и D-компоненты геомагнитного поля 18 февраля 2004 г.: а) –с 5:00 до 10:00; б) – с 10:00 до 15:00. Моменты старта ракет показаны сплошными вертикальными линиями. Стрелками, направленными вверх и вниз, показаны соответственно моменты начала и окончания измене- ния характера сигнала Л. Ф. Черногор 48 Радиофизика и радиоастрономия, 2008, т. 13, №1 Рис. 5. Результаты спектрального анализа временных вариаций H- компоненты (а, б) и D-компоненты (в, г) геомагнитного поля для интервала времени с 05:00 до 10:00 (а, в) и с 10:00 до 15:00 (б, г) и соответст- вующие им энергограммы (панели сверху вниз): временные вариации H( t ) и D( t ), результаты ОПФ, результаты ВП, результаты АПФ Эффекты в геокосмосе, сопутствовавшие стартам группы ракет 49Радиофизика и радиоастрономия, 2008, т. 13, №1 7 12T ≈ ÷ мин, наблюдавшийся в интервале времени 11:40 – 11:50. Судя по величинам времени запаздывания и периодов колеба- ний, он обусловлен СР. Добавим, что заход Солнца на уровне Зем- ли в обсерватории имел место около 15:00. Поэтому эффекты, связанные с прохождени- ем солнечного терминатора, наблюдались после 16:00 и не могли наложиться на эф- фекты СР. 5. Обсуждение Эффекты в ионосфере. Анализ времен- ных вариаций ДС показал, что в интервале времени примерно с 07:20 до 12:10 волновая активность заметно увеличилась. Периоды колебаний стали меньше (вплоть до 5 мин), а амплитуда доплеровского смещения часто- ты daf увеличивалась до 0.2 0.3÷ Гц, а иног- да даже до 0.4 Гц. Для оценки амплитуды относительных возмущений концентрации электронов в ВВ можно воспользоваться сле- дующей формулой [7]: 4 ,da N ff L T c π≈ δ где f – рабочая частота радиоволны, T – пе- риод преобладающего колебания, L – толщи- на слоя, дающего основной вклад в допле- ровское смещение частоты. Например, при 8T ≈ мин, 30L ≈ км, 3f ≈ МГц и 0.4daf ≈ Гц имеем 7 %.Nδ ≈ При типичном значении 0.2 0.3daf ≈ ÷ Гц, наблюдаемом в ходе этого активного эксперимента, 3 5 %.Nδ ≈ ÷ Оценим характерные скорости распростра- нения возмущений, вызываемых стартами и полетами ракет. После СР “Молния-М” первое изменение характера вариаций ДС имело место через время 1 18tΔ ≈ мин. Если учесть, что возму- щение в плазме генерируется после достиже- ния ракетой ионосферных высот, скорректиро- ванное значение 1 1 0 15t t t′Δ = Δ − Δ ≈ мин, где 0 3tΔ ≈ мин – время движения ракеты до вы- соты 100z ≈ км. Тогда при удалении ракеты от места наблюдения 1500R ≈ км получим 1 1.7′ ≈v км/с. Второе изменение характера временных вариаций ДС после СР наблюдалось через время 2 47tΔ ≈ мин. Тогда 2 570′ ≈v м/с. После СР “Тополь” 2 60tΔ ≈ мин, 2 440′ ≈v м/с. Значение 1tΔ надежно определить не удалось, так как на возмущение от ракеты “Тополь”, по-видимому, наложилось возмущение, вызван- ное подрывом ракеты “Синева”. Последнее рассмотрим несколько подробнее. Энерговыделение при подрыве ракеты, по-видимому, не превышало энерговыделение эквивалента в 40 т ТНТ. Важно, что оно име- ло место на высоте около 10 км, где плот- ность воздуха примерно в 4 5÷ раз меньше, чем у поверхности Земли. Поэтому по своим пространственно-временным масштабам этот взрыв был эквивалентен наземному взрыву с энерговыделением, соответствую- щим 160 200÷ т ТНТ. Для сравнения укажем, что в ходе ставше- го классическим проекта МАССА, в процессе которого были проведены комплексные экс- периментальные и теоретические исследова- ния динамических процессов в подсистемах системы ЗАИМ, было взорвано 251 т ТНТ (см., например, [18, 19]). Поэтому подрыв ракеты был достаточно мощным источником воздействия на систему ЗАИМ и мог вызвать комплекс регистрируемых процессов в ионос- фере и геомагнитном поле. После подрыва ракеты “Синева” спустя время 1 5tΔ ≈ мин изменился характер времен- ных вариаций ДС. Вторично это произошло через время 2 71tΔ ≈ мин. Заметим, что для достижения ионосферных высот ( 100z ≈ км) акустическому импульсу потребуется время около 5 мин, что очень близко к наблюдае- мой временной задержке 1.tΔ Этот импульс мог сгенерировать электромагнитное возму- щение, которое в виде ионосферной МГД-вол- ны дошло до места наблюдения и прояви- лось в вариациях ДС в интервале времени 09:37 – 10:20. Задержка 2 2 1 66t t t′Δ = Δ − Δ ≈ мин при 3000R ≈ км соответствовала скорости 2 760′ ≈v м/с. Заметим, что изменение характера вариа- ций ДС имело место также в интервале вре- мени 11:10 – 11:30. При этом 3 100tΔ ≈ мин, 3 3 1 95t t t′Δ = Δ − Δ ≈ мин, 3 530′ ≈v м/с. Л. Ф. Черногор 50 Радиофизика и радиоастрономия, 2008, т. 13, №1 Важно, что примерно такие же скорости наблюдались при изучении эффектов в ионо- сфере, вызванных СР, как другими авторами [20-24], так и нами [17, 25-29]. Соответствия скоростей и амплитуд ВВ, полученных в настоящей работе, результатам работ [20-25] свидетельствуют в пользу того, что в ходе активного эксперимента, проведенного 18 фев- раля 2004 г., действительно наблюдались эф- фекты, связанные со стартами и полетами ракет (включая подрыв одной из них). Эффекты в геомагнитном поле. Если первое изменение характера сигнала, имевшее запаздывание 1 24tΔ ≈ мин, связано с СР “Мол- ния-М”, то 1 1.2′ ≈v км/с. Для 2 42tΔ ≈ мин скорость 2 640′ ≈v м/с. Возможная реакция на СР “Рокот” нача- лась через время 2 42tΔ ≈ мин. При этом 2 900′ ≈v м/с. Если СР связан со значитель- ным ростом амплитуды сигнала H-компонен- ты, то 2 60tΔ ≈ мин, а 2 610′ ≈v м/с. Послед- няя скорость представляется более правдопо- добной. Если реакция на подрыв ракеты “Синева” существовала, она могла начаться через 43tΔ ≈ мин, что видно по изменению харак- тера вариаций D-компоненты сигнала. Для 0 5tΔ ≈ мин время 38t′Δ ≈ мин и 1.3′ ≈v км/с. Продолжительность этих вариаций TΔ была около 60 мин. Величина tΔ для H-компоненты составляла около 50 мин, и 50TΔ ≈ мин. С СР “Тополь” могло быть связано изме- нение характера сигнала, имевшее запазды- вание 2 42tΔ ≈ мин. При этом 2 640′ ≈v м/с. Таким образом, в ходе активного эксперимен- та изменения характера вариаций сигналов воз- никали, если возмущения переносились со скоро- стями 1 1.2 1.3′ ≈ ÷v км/с и 2 610 640′ ≈ ÷v м/с. Интересно, что примерно такие же скорости 1 1.7′( ≈v км/с и 2 440 760′ ≈ ÷v м/с) дают и доп- леровские наблюдения. Очевидно, что плаз- менные и магнитные возмущения имели об- щую природу. Первую из указанных скоростей имеют медленные МГД-волны [30], вторую – акустико-гравитационные волны в ионосфере [31, 32]. Такие скорости ранее неоднократно наблюдались нами [25-29], а также другими исследователями [20-24]. Добавим, что в течение активного экспе- римента временные изменения магнитомет- рических сигналов в целом были более быст- рыми в интервале времени с 07:20 до 12:00. Этим регистрация 18 февраля отличались от регистраций в фоновые дни 17 и 19 февраля 2004 г. (рис. 6, рис. 7). Усиление волновой ак- тивности, наблюдавшееся по вариациям ДС, также пришлось на время 07:20 – 12:00. 6. Выводы 1. Проведение активного эксперимента (четыре старта и полета ракет, подрыв од- ной из них) в атмосфере и геокосмосе при- вело к усилению волновой активности в ионосфере и геомагнитного поля. Реакции на разные источники (разные ракеты) наклады- вались, что серьезно затрудняло их иденти- фикацию. В соседние, фоновые, дни волновая активность была заметно ниже. 2. Амплитуда вариаций доплеровского сме- щения частоты в период активного экспери- мента составляла 0.2 0.3÷ Гц, но иногда дос- тигала 0.4 Гц. При среднем периоде 8T ≈ мин таким вариациям соответствовали значения 3 5 %Nδ ≈ ÷ и 7 % соответственно. 3. В день активного эксперимента (точ- нее с 07:20 до 12:00) вариации уровня гео- магнитного поля по сравнению с фоновыми вариациями были более нерегулярными (бо- лее высокочастотными). 4. В ходе активного эксперимента наблю- дались волновые возмущения с периодами инфразвуковых колебаний (5 6÷ мин) и внут- ренних гравитационных волн ( 10T ≥ мин). Для иллюстрации эволюции спектрального соста- ва наблюдаемых возмущений оказался удоб- ным разработанный нами ранее формат пред- ставления данных. 5. Подрыв ракеты, сопровождавшийся энерговыделением порядка 150 ГДж послу- жил, скорее всего, причиной появления вол- новых возмущений в ионосфере, имевших скорость распространения около 760 м/с, период 6 8÷ мин и продолжительность, близ- кую к 55 мин. Эффекты в геокосмосе, сопутствовавшие стартам группы ракет 51Радиофизика и радиоастрономия, 2008, т. 13, №1 Рис. 6. Временные вариации H- и D-компоненты геомагнитного поля в фоновый день 17 февраля 2004 г.: а) с 5:00 до 10:00; б) – с 10:00 до 15:00 Рис. 7. Временные вариации H- и D-компоненты геомагнитного поля в фоновый день 19 февраля 2004 г.: а) с 5:00 до 10:00; б) – с 10:00 до 15:00 Л. Ф. Черногор 52 Радиофизика и радиоастрономия, 2008, т. 13, №1 6. СР “Молния-М” и “Тополь” с космодро- ма Плесецк сопровождались подобными ва- риациями ДС, имевшими запаздывания около 50 60÷ мин и продолжительности, близкие к 25 30÷ мин. Таким запаздываниям соответ- ствует скорость распространения возмущений, равная 440 530÷ м/с. 7. Возмущениям параметров ионосферы и геомагнитного поля, сопровождавшим старты ракет, были свойственны близкие скорости, равные 1.7 км/с и 440 760÷ м/с для ионосферы, 1.2 1.3÷ км/с и 610 640÷ м/с для геомагнит- ного поля. Бóльшая скорость характерна для медленных МГД-волн, меньшая – для акусти- ко-гравитационных волн. 8. Оцененные значения величины возмуще- ния параметров ионосферы и геомагнитного поля, скорости их распространения и продол- жительности находятся в соответствии с ре- зультатами других авторов и наших более ранних исследований. Автор благодарен К. П. Гармашу и С. Г. Леу- су за организацию непрерывных магнитомет- рических наблюдений, а С. В. Панасенко и М. А. Шамоте за помощь, оказанную в про- цессе подготовки настоящей работы. Литература 1. Черногор Л. Ф. Земля – атмосфера – геокосмос как открытая динамическая нелинейная система // Космічна наука і технологія. – 2003. – Т. 9, № 5/6. – С. 96-105. 2. Черногор Л. Ф. Физика Земли, атмосферы и гео- космоса в свете системной парадигмы // Радио- физика и радиоастрономия. – 2003. – Т. 8, №1. – С. 59-106. 3. Черногор Л. Ф. Земля – атмосфера – ионосфера – магнитосфера как открытая динамическая нелиней- ная физическая система. 1 // Нелинейный мир. – 2006. –Т. 4, №12. – С. 655-697. 4. Черногор Л. Ф. Земля – атмосфера – ионосфера – магнитосфера как открытая динамическая нелиней- ная физическая система. 2 // Нелинейный мир. – 2007. – Т. 5, №4. – С. 198-231. 5. Экологические проблемы и риски воздействия ракетно-космической техники на окружающую среду. Справочное пособие / Под ред. В. В. Адуш- кина, С. И. Козлова и А. В. Петрова. – М.: Анкил, 2000. – 640 с. 6. www.itar-tass.com 7. Костров Л. С., Розуменко В. Т., Черногор Л. Ф. Доплеровское радиозондирование естественно- возмущенной средней ионосферы // Радиофи- зика и радиоастрономия. – 1999. – Т. 4, №3. – С. 209-226. 8. Гармаш К. П., Розуменко В. Т., Тырнов О. Ф., Цым- бал А. М., Черногор Л. Ф. Радиофизические иссле- дования процессов в околоземной плазме, возму- щенной высокоэнергетичными источниками // За- рубежная радиоэлектроника. Успехи современной радиоэлектроники. – 1999. – №7. – С. 3-15; 1999. – №8. – С. 3-19. 9. Акимов Л. А., Григоренко Е. И., Таран В. И., Тыр- нов О. Ф., Черногор Л. Ф. Комплексные радиофи- зические и оптические исследования динамичес- ких процессов в атмосфере и геокосмосе, выз- ванных солнечным затмением 11 августа 1999 года // Зарубежная радиоэлектроника. Успехи современной радиоэлектроники. – 2002. – №2. – С. 25-63. 10. Гармаш К. П., Леус С. Г., Пазюра С. А., Похилько С. Н., Черногор Л. Ф. Статистические характеристики флуктуаций электромагнитного поля Земли // Ра- диофизика и радиоастрономия. – 2003. – Т. 8, №2. – С. 163-180. 11. Лазоренко О. В., Панасенко С. В., Черногор Л. Ф. Адаптивное преобразование Фурье // Электромаг- нитные волны и электронные системы. – 2005. – Т. 10, №10. – С. 39-49. 12. Бурмака В. П., Панасенко С. В., Черногор Л. Ф. Современные методы спектрального анализа ква- зипериодических процессов в геокосмосе // Ус- пехи современной радиоэлектроники. – 2007. – №11. – С. 3-24. 13. Марпл-мл. С. Л. Цифровой спектральный анализ и его приложения. – М.: Мир, 1990. – 584 с. 14. Holschneider M. Wavelets: An Analysis Tool. – Oxford: Calderon Press, 1995. – 423 p. 15. Дьяконов В. П. Вейвлеты. От теории к практике. – М.: Солон-Р, 2002. – 448 c. 16. Малла С. Вэйвлеты в обработке сигналов: Пер. с англ. – М.: Мир, 2005. – 671 c. 17. Костров Л. С., Розуменко В. Т., Черногор Л. Ф. Доплеровское радиозондирование возмущений в средней ионосфере, сопровождающих старты и полеты космических аппаратов // Радиофи- зика и радиоастрономия. – 1999. – Т. 4, №3. – С. 227-246. 18. Альперович Л. С., Гохберг М. Б., Дробжев В. И. и др. Проект МАССА – исследование магнитосфер- но-ионосферных связей при сейсмоакустических явлениях // Физика Земли. – 1985. – № 11. – С. 5-8. Эффекты в геокосмосе, сопутствовавшие стартам группы ракет 53Радиофизика и радиоастрономия, 2008, т. 13, №1 19. Альперович Л. С., Пономарев Е. А., Федоро- вич Г. В. Моделируемые взрывом геофизические явления (Обзор) // Физика Земли. – 1985. – №11. – С. 9-20. 20. Arendt P. R. Ionospheric Undulations following Apollo 14 Launching // Nature. – 1971. – Vol. 231. – P. 438-439. 21. Noble S. T. A Large-Amplitude Travelling Iono- spheric Disturbance Excited by the Space Shuttle During Launch // J. Geophys. Res. – 1990. – Vol. 95, No. A 11. – P. 19,037-19,044. 22. Нагорский П. М. Неоднородная структура обла- сти F ионосферы, образованная ракетами // Гео- магнетизм и аэрономия. – 1998. – Т. 38, №2. – С. 100-106. 23. Афраймович Э. Л., Перевалова Н. П., Плотни- ков А. В. Регистрация ионосферных откликов на ударно-акустические волны, генерируемые при запусках ракет-носителей // Геомагнетизм и аэро- номия. – 2002. – Т. 42, №6. – С. 790-797. 24. Соколова О. И., Краснов В. М., Николаевс- кий Н. Ф. Изменения геомагнитного поля под вли- янием запусков ракет с космодрома Байконур // Геомагнетизм и аэрономия. – 2003. – Т. 46, №4. – С. 561-565. 25. Бурмака В. П., Костров Л. С., Черногор Л. Ф. Ста- тистические характеристики сигналов доплеровс- кого ВЧ радара при зондировании средней ионо- сферы, возмущенной стартами ракет и солнеч- ным терминатором // Радиофизика и радиоастро- номия. – 2003. – Т. 8, №2. – С. 143-162. 26. Бурмака В. П., Таран В. И., Черногор Л. Ф. Волно- вые возмущения в ионосфере, сопутствовавшие стартам ракет на фоне естественных переходных процессов // Геомагнетизм и аэрономия. – 2004. – Т. 44, №4. – С. 518-534. 27. Бурмака В. П., Таран В. И., Черногор Л. Ф. Ре- зультаты исследования волновых возмущений в ионосфере методом некогерентного рассеяния // Успехи современной радиоэлектроники. – 2005. – №3. – С. 4-35. 28. Бурмака В. П., Таран В. И., Черногор Л. Ф. Волно- вые процессы в ионосфере в спокойных и возму- щенных условиях. 1. Результаты наблюдений на харь- ковском радаре некогерентного рассеяния // Гео- магнетизм и аэрономия. – 2006. – Т. 46, №2. – С. 193-208. 29. Бурмака В. П., Лысенко В. Н., Черногор Л. Ф., Черняк Ю. В. Волновые процессы в F-области ионосферы, сопутствовавшие стартам ракет с космодрома Байконур // Геомагнетизм и аэро- номия. – 2006. – Т. 46, №6. – С. 742-759. 30. Сорокин В. М., Федорович Г. В. Физика медлен- ных МГД-волн в ионосферной плазме. – М.: Энер- гоиздат, 1982. – 134 с. 31. Госсард Э. Э., Хук У. Х. Волны в атмосфере. – М.: Мир, 1978. – 532 с. 32. Григорьев Г. И. АГВ в атмосфере Земли (об- зор) // Известия вузов. Радиофизика. – 1999. – Т. 42, №1. – С. 3-10. Ефекти у геокосмосі, що супроводжували старти групи ракет Л. Ф. Чорногор Виконано радіофізичні та магнітометричні спостереження за динамічними процесами в іоносфері та геомагнітному полі, що виникли услід за стартами чотирьох ракет різної по- тужності та з різних пускових установок. Вста- новлено, що старти ракет супроводжувались підсиленням хвильової активності в іоносфері та в геомагнітному полі. Реакції середовища на різні джерела (різні ракети) накладалися, що утруднювало їх ідентифікацію. Як плазмо- вим, так і геомагнітним збуренням були властиві швидкості поширення близько 1.2 1.7÷ км/с та 440 760÷ м/с. Effects in Geospace Accompanying Multiple Rocket Launches L. F. Chernogor Radio and ground magnetometer observations of dynamic processes in the ionosphere and in the geomagnetic field have been made after four launches of rockets of different power from different launch pads. The rocket launches are found to be associated with an increase in wave activity in the ionosphere and in the geomagnetic field. The effects that different sources (diffe- rent rockets) have on the medium interfere with each other, that makes their identification com- plicated. Both the plasma and geomagnetic dis- turbances have speeds in the 1.2 1.7÷ km/s and 440 760÷ m/s intervals.
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-8381
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn 1027-9636
language Russian
last_indexed 2025-12-01T08:01:27Z
publishDate 2008
publisher Радіоастрономічний інститут НАН України
record_format dspace
spelling Черногор, Л.Ф.
2010-05-25T10:32:45Z
2010-05-25T10:32:45Z
2008
Эффекты в геокосмосе, сопутствовавшие стартам группы ракет / Л.Ф. Черногор // Радиофизика и радиоастрономия. — 2008. — Т. 13, № 1. — С. 39-53. — Бібліогр.: 32 назв. — рос.
1027-9636
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/8381
550.385.37: 550:388
Проведены радиофизические и магнитометрические наблюдения за динамическими процессами в ионосфере и геомагнитном поле, последовавшими за стартами четырех ракет различной мощности и с различных пусковых установок. Установлено, что старты ракет сопровождались усилением волновой активности в ионосфере и в геомагнитном поле. Реакции среды на разные источники (разные ракеты) накладывались, что затрудняло их идентификацию. Как плазменным, так и геомагнитным возмущениям были свойственны скорости распространения около 1.2 ÷1.7 км/с и 440 ÷ 760 м/с.
Виконано радіофізичні та магнітометричні спостереження за динамічними процесами в іоносфері та геомагнітному полі, що виникли услід за стартами чотирьох ракет різної потужності та з різних пускових установок. Встановлено, що старти ракет супроводжувались підсиленням хвильової активності в іоносфері та в геомагнітному полі. Реакції середовища на різні джерела (різні ракети) накладалися, що утруднювало їх ідентифікацію. Як плазмовим, так і геомагнітним збуренням були властиві швидкості поширення близько 1.2 ÷1.7 км/с та 440 ÷ 760 м/с.
Radio and ground magnetometer observations of dynamic processes in the ionosphere and in the geomagnetic field have been made after four launches of rockets of different power from different launch pads. The rocket launches are found to be associated with an increase in wave activity in the ionosphere and in the geomagnetic field. The effects that different sources (different rockets) have on the medium interfere with each other, that makes their identification complicated. Both the plasma and geomagnetic disturbances have speeds in the 1.2 ÷1.7 km/s and 440 ÷ 760 m/s intervals.
Автор благодарен К. П. Гармашу и С. Г. Леусу за организацию непрерывных магнитометрических наблюдений, а С. В. Панасенко и М. А. Шамоте за помощь, оказанную в процессе подготовки настоящей работы.
ru
Радіоастрономічний інститут НАН України
Радиофизика геокосмоса
Эффекты в геокосмосе, сопутствовавшие стартам группы ракет
Ефекти у геокосмосі, що супроводжували старти групи ракет
Effects in Geospace Accompanying Multiple Rocket Launches
Article
published earlier
spellingShingle Эффекты в геокосмосе, сопутствовавшие стартам группы ракет
Черногор, Л.Ф.
Радиофизика геокосмоса
title Эффекты в геокосмосе, сопутствовавшие стартам группы ракет
title_alt Ефекти у геокосмосі, що супроводжували старти групи ракет
Effects in Geospace Accompanying Multiple Rocket Launches
title_full Эффекты в геокосмосе, сопутствовавшие стартам группы ракет
title_fullStr Эффекты в геокосмосе, сопутствовавшие стартам группы ракет
title_full_unstemmed Эффекты в геокосмосе, сопутствовавшие стартам группы ракет
title_short Эффекты в геокосмосе, сопутствовавшие стартам группы ракет
title_sort эффекты в геокосмосе, сопутствовавшие стартам группы ракет
topic Радиофизика геокосмоса
topic_facet Радиофизика геокосмоса
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/8381
work_keys_str_mv AT černogorlf éffektyvgeokosmosesoputstvovavšiestartamgruppyraket
AT černogorlf efektiugeokosmosíŝosuprovodžuvalistartigrupiraket
AT černogorlf effectsingeospaceaccompanyingmultiplerocketlaunches