Комплексная диагностика ионосферной плазмы, возмущенной удаленными стартами ракет
С использованием экспериментальных данных, полученных методом некогерентного рассеяния, проведен анализ крупномасштабных возмущений в ионосферной плазме, вызванных стартами космических аппаратов с космодрома Байконур. Проанализированы высотно-временные зависимости основных параметров плазмы (концент...
Збережено в:
| Дата: | 2009 |
|---|---|
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Радіоастрономічний інститут НАН України
2009
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/8435 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Комплексная диагностика ионосферной плазмы, возмущенной удаленными стартами ракет / В.П. Бурмака, Л.Ф. Черногор // Радиофизика и радиоастрономия. — 2009. — Т. 14, № 1. — С. 26-44. — Бібліогр.: 20 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859722522437615616 |
|---|---|
| author | Бурмака, В.П. Черногор, Л.Ф. |
| author_facet | Бурмака, В.П. Черногор, Л.Ф. |
| citation_txt | Комплексная диагностика ионосферной плазмы, возмущенной удаленными стартами ракет / В.П. Бурмака, Л.Ф. Черногор // Радиофизика и радиоастрономия. — 2009. — Т. 14, № 1. — С. 26-44. — Бібліогр.: 20 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| description | С использованием экспериментальных данных, полученных методом некогерентного рассеяния, проведен анализ крупномасштабных возмущений в ионосферной плазме, вызванных стартами космических аппаратов с космодрома Байконур. Проанализированы высотно-временные зависимости основных параметров плазмы (концентрации электронов N, температур электронов и ионов Te и Ti ) в диапазоне высот ~ 100 ÷ 600 км. Показано, что старты и полеты космических аппаратов сопровождались генерацией волновых возмущений (ВВ) не только N, но и Te , а также Ti . Найдено, что относительные амплитуды этих ВВ обычно составляли 0.03÷0.10, период колебаний – от 20 до 60 мин. Колебания N, Te и Ti были сдвинуты по фазе друг относительно друга. Скорости распространения ВВ составляли ~ 0.5÷0.6 и 1.5 ÷ 2 км/с. Для оценки параметров ВВ применялись современные методы спектрального анализа, включая вейвлет-анализ.
Використовуючи експериментальні дані, отримані методом некогерентного розсіяння, проаналізовано великомасштабні збурення в іоносферній плазмі, спричинені стартами космічних апаратів з космодрому Байконур. Проаналізовано висотно-часові залежності основних параметрів плазми (концентрації електронів N, температур електронів та іонів Te и Ti ) в діапазоні висот ~ 100 ÷ 600 км. Показано, що старти та польоти космічних апаратів супроводжуються генерацією хвилевих збурень (ХЗ) не лише N, але й Te, а також Ti . Знайдено, що відносні амплітуди цих ХЗ як правило складали 0.03÷0.10, період коливань – від 20 до 60 хв. Коливання N, Te і Ti були зсунуті за фазою одне відносно іншого. Швидкості поширення ХЗ складали ~ 0.5÷0.6 і 1.5 ÷ 2 км/с. Для оцінки параметрів ХЗ застосовувались сучасні методи спектрального аналізу, включаючи вейвлет-аналіз.
The large-scale disturbances in ionospheric plasma produced by space vehicle launches from Baikonur cosmodrome are analyzed with the incoherent scatter technique experimental data given. Also, within the heights of ~ 100 ÷ 600 km, are analyzed the height-time dependencies of such major plasma parameters as electron density N, and electron and ion temperatures Te and Ti . The space vehicle launches and flights are shown to be accompanied by the generated wave-like disturbances (WLD) not only of N but of Te and Ti as well. The WLD relative amplitudes are found to be usually within 0.03÷0.10, the oscillation period being 20 to 60 min. The N, Te and Ti oscillations are shown to be lagged. The WLD propagation velocities equal ~ 0.5÷0.6 and 1.5 ÷ 2 km/s. Modern spectral analysis techniques, the wave-let analysis including, were used to estimate WLD parameters.
|
| first_indexed | 2025-12-01T10:36:35Z |
| format | Article |
| fulltext |
Радиофизика и радиоастрономия, 2009, т. 14, №1, с. 26-44
© В. П. Бурмака, Л. Ф. Черногор, 2009
УДК 550.388
Комплексная диагностика ионосферной плазмы,
возмущенной удаленными стартами ракет
В. П. Бурмака, Л. Ф. Черногор1
Институт ионосферы НАНУ и МОНУ,
ул. Краснознаменная, 16, г. Харьков, 61002, Украина
E-mail: iion@kpi.kharkov.ua
1Харьковский 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 20 марта 2008 г.
С использованием экспериментальных данных, полученных методом некогерентного рас-
сеяния, проведен анализ крупномасштабных возмущений в ионосферной плазме, вызванных
стартами космических аппаратов с космодрома Байконур. Проанализированы высотно-вре-
менные зависимости основных параметров плазмы (концентрации электронов N, температур
электронов и ионов eT и )iT в диапазоне высот ~ 100 600÷ км. Показано, что старты и полеты
космических аппаратов сопровождались генерацией волновых возмущений (ВВ) не только N,
но и ,eT а также .iT Найдено, что относительные амплитуды этих ВВ обычно составляли
0.03 0.10,÷ период колебаний – от 20 до 60 мин. Колебания N, eT и iT были сдвинуты по фазе
друг относительно друга. Скорости распространения ВВ составляли ~ 0.5 0.6÷ и 1.5 2÷ км/с.
Для оценки параметров ВВ применялись современные методы спектрального анализа, вклю-
чая вейвлет-анализ.
Введение
В настоящее время можно считать уста-
новленным, что старты ракет (СР) и полеты
космических аппаратов (КА) вызывают в
ионосфере волновые возмущения (ВВ) на
расстояниях не менее 2 тыс. км – расстоя-
ние от космодрома Байконур до обсервато-
рий, расположенных вблизи г. Харькова, (см.,
например, [1-11]). Авторами работ [1-11]
проведены многолетние (около 35 лет) ис-
следования реакции ионосферы на СР
и полеты КА. Для этого использовался це-
лый арсенал радиофизических и магнитомет-
рических методов.
Хорошо известно, что радиофизические
методы позволяют выявить и изучить ВВ
концентрации электронов N. В то же время
для построения динамической физико-мате-
матической модели всего комплекса процес-
сов, вызванных СР и полетами КА, требует-
ся знание пространственно-временных ва-
риаций не только концентрации электро-
нов N, но и других параметров плазмы. Ком-
плексную диагностику ионосферной плазмы
можно проводить, используя результаты из-
мерений радарами некогерентного рассея-
ния (НР).
Как известно, метод НР позволяет опре-
делять с приемлемыми высотно-временным
разрешением и погрешностью такие пара-
метры ионосферной плазмы, как концентра-
ция электронов, температуры электронов
и ионов, скорость движения плазмы, ионный
Комплексная диагностика ионосферной плазмы, возмущенной удаленными стартами ракет
27Радиофизика и радиоастрономия, 2009, т. 14, №1
состав и др. По измеряемым первичным па-
раметрам плазмы можно вычислять ее вто-
ричные параметры, которые описывают ди-
намические процессы в среде. К вторичным
параметрам относятся частоты соударений,
тензоры амбиполярной диффузии и теплопро-
водности, потоки плазмы и тепла и др.
Для радиофизики геокосмоса и геофизики
СР представляют собой активные экспери-
менты, позволяющие проследить за динами-
кой физических процессов, вызванных поле-
том ракеты с работающим двигателем. Ис-
следование этих процессов дает возможность
изучить взаимодействие подсистем в систе-
ме Земля – атмосфера – ионосфера – магни-
тосфера [12-15]. Важным звеном во взаимо-
действии этих подсистем являются волны раз-
личной природы.
Таким образом, исследование физических
процессов в геокосмосе, диагностика парамет-
ров геокосмической плазмы, выявление и иден-
тификация типов волн, переносящих вызван-
ные СР возмущения, являются актуальными
задачами.
Цель настоящей работы – изложение ре-
зультатов исследования и анализа простран-
ственно-временных изменений основных па-
раметров ионосферной плазмы, вызванных СР
и полетами КА в геокосмосе.
1. Средства и методы
Радар НР расположен в Ионосферной об-
серватории Института ионосферы вблизи
г. Харькова (49 36′° c. ш., 36 18′° в. д.). Ос-
новные параметры радара следующие: час-
тота – 158 МГц, диаметр зенитной параболи-
ческой антенны – 100 м, эффективная пло-
щадь антенны – около 3700 м2, коэффициент
усиления антенны – около 410 , ширина ос-
новного лепестка диаграммы направленнос-
ти – около 1 ,° импульсная и средняя мощно-
сти радиопередающего устройства достига-
ют 3.6 МВт и 100 кВт соответственно, дли-
тельность импульса 800τ ≤ мкс, частота
следования импульсов 24.4F = Гц. Полоса
пропускания фильтра радиоприемного устрой-
ства составляет 5.5 9.5÷ кГц [6-11].
Результаты измерений были обработаны
по методике, описанной в работах [6, 7]. Она
заключается в том, что после удаления трен-
да sP во временных рядах мощности сигна-
ла ,sP вычисляемого на интервале времени
180 мин с шагом скольжения 0 1TΔ = мин,
находятся временные ряды значений из-
менений мощности рассеяния ,s s sP P Pδ = −
а также относительные изменения этой мощ-
ности .s s sP Pδ = δ Для сравнения амплитуд
ВВ на разных высотах z учитывалась зави-
симость 2~sP z− (или зависимость отноше-
ния сигнал/шум 2~ ).q z− При этом исключа-
лась зависимость sP от параметра (1 ),e iT T+
где eT и iT – температуры электронов и
ионов.
К рядам sPδ применялось сглаживание на
интервале времени 15 мин с шагом скольже-
ния 0.TΔ Полученные таким образом сглажен-
ные значения sPδ пропорциональны абсолют-
ным значениям вариаций Nδ электронной кон-
центрации N на данной высоте. При этом от-
носительные амплитуды N sN Nδ = δ ≈ δ =
.s sP Pδ Далее по временным рядам sPδ вы-
числялись нормированные ряды безразмер-
ного параметра, характеризирующего мощ-
ность рассеянного сигнала, ( ) ,s nq P P kδ = δ ⋅
где nP – средний уровень шума за сутки;
max max сист
max систmax
P Tfk
P f T
τ Δ=
τ Δ
(обозначения с ин-
дексом “max” – максимальные из всех зна-
чений, полученных во всех измерительных
кампаний, без индекса – текущие значения
для каждой отдельной измерительной кам-
пании), Р – импульсная мощность радиопере-
дающего устройства, max 2.2P = МВт, τ –
длительность импульса, max 800τ = мкс, fΔ –
полоса пропускания фильтра радиоприем-
ного устройства, max 9.5fΔ = кГц, систT – эф-
фективная шумовая температура системы,
приведенная ко входу радиоприемного уст-
ройства, сист max 1300 1800T = ÷ К в зависимо-
сти от времени суток. Введение коэффици-
ента k позволит сравнивать ,qδ полученные
в разных измерительных кампаниях.
В. П. Бурмака, Л. Ф. Черногор
28 Радиофизика и радиоастрономия, 2009, т. 14, №1
Кроме qδ и ,sδ по стандартным методи-
кам определялись пространственно-времен-
ные вариации ( ),N t ( )eT t и ( ).iT t По ним
на интервале времени, равном 180 мин,
вычислялись тренды ,N eT и ,iT а также
,N N Nδ = − ,e e eT T Tδ = − и ,i i iT T Tδ = −
,N N Nδ = δ
eT e eT Tδ = δ и .
iT i iT Tδ = δ Аб-
солютные и относительные возмущения па-
раметров плазмы сглаживались на интерва-
ле времени 45 мин.
Дальнейшая обработка сводилась к приме-
нению оконного и адаптивного преобразований
Фурье, а также вейвлет-преобразования. Кроме
того, вычислялись энергограммы [16, 17].
Результаты вычислений представлены в спе-
циальном формате, рекомендованном в рабо-
тах [16, 17].
2. Краткие сведения о ракете “Союз”
Российская ракета “Союз” относится к тя-
желым ракетам. Ее полная масса составляет –
305 т, начальная тяга – 4.14 МН, высота –
46.1 м, низкоорбитная (на высоте 200 км) по-
лезная нагрузка – 6855 кг. Параметры нулевой
ступени следующие: масса – 4 44.4⋅ т, тяга –
4 1.02⋅ МН, диаметр – 2.7 м, высота – 19.6 м,
время работы – 120 с. Параметры первой
ступени: масса – 105.4 т, тяга – 1 МН, диа-
метр – 3 м, высота – 27.8 м, время работы –
286 с. Параметры второй ступени: масса –
25.2 т, тяга – 0.3 МН, диаметр – 2.7 м, вы-
сота – 6.7 м, время работы – 300 с.
3. Состояние космической погоды
Опишем состояние космической погоды, ко-
торое удобно представлять в виде временных
вариаций параметров солнечного ветра, меж-
планетного магнитного поля, плотностей по-
токов протонов и электронов, а также индек-
сов магнитной и авроральной активностей.
В период, предшествующий СР, состояние
космической плазмы характеризовалось как
невозмущенное (рис. 1). В день СР, 28 апреля
2001 г., примерно в 3:00 резко увеличились
значения концентрации (в 4 раза), температу-
ры (в 5 7÷ раз), скорости в (1.5 1.8÷ раза),
давления (в 10 раз) солнечного ветра. Мощ-
ность солнечного ветра увеличивалась до
70 140÷ ГДж/с. Наблюдалось внезапное на-
чало весьма умеренной (по классификации
[12-14]) магнитной бури. При этом индекс stD
сначала увеличился до 45 нТл, а затем умень-
шился до –50 нТл – наступила главная фаза
магнитной бури. Эта фаза продолжалась до
начала следующих суток. Фаза восстановле-
ния заняла еще около двух суток. Главной
фазе сопутствовало изменение знака компо-
ненты zB межпланетного магнитного поля,
которое также продолжалось около суток.
Внезапное начало бури сопровождалось
всплеском плотности протонов (примерно
в 10 раз), которое продолжалось в течение
15 20÷ ч. Плотность потока электронов, на-
против, уменьшилась в несколько раз.
Индекс авроральной активности в ходе
магнитной бури увеличивался в 5 10÷ раз.
Сильное увеличение индекса pK без види-
мых причин наступило 1 мая 2001 г. и продол-
жалось более суток.
Опишем состояние космической погоды
в период с 22 по 28 мая 2004 г. (рис. 2).
СР предшествовало малосущественное маг-
нитное возмущение (индекс pK изменялся
от 1 до 3). Незначительными были вариации
концентрации (от 62 10⋅ до 66 10⋅ м–3), тем-
пературы (от 510 до 52.4 10⋅ К), скорости
(от 350 до 550 км/с), давления (от 1 до 2.5 нПа)
солнечного ветра. Значения функции Акасофу
изменялись от 1 до 14 ГДж/с.
Несущественными были вариации плот-
ности потока протонов. Плотность потока
электронов, напротив, постепенно нарастала
по квазипериодическому закону с периодом
~1 суток.
Компонента zB хаотически изменялась
в пределах 5± нТл. Достаточно упорядо-
ченными с периодом 1 сутки были вариации
pH -компоненты геомагнитного поля. Значе-
ния индекса stD также хаотически флуктуи-
ровали в пределах 10± нТл. Вариации индек-
са AE были незначительными.
День СР, 25 мая 2004 г., был спокойным.
Это обстоятельство существенно облегчало
выделение возмущений, связанных со СР.
Комплексная диагностика ионосферной плазмы, возмущенной удаленными стартами ракет
29Радиофизика и радиоастрономия, 2009, т. 14, №1
Рис. 1. Временные вариации параметров солнечного ветра в период с 25 апреля по 1 мая 2001 г.: концен-
трации частиц swn , температуры Т, радиальной скорости stV (ACE Satellite – Solar Wind Electron Proton
Alpha Monitor)и динамического давления swp (расчет); потоков протонов prП (GOES-8(W75)) и элект-
ронов eП (GOES-12), компонент ,zB tB межпланетного магнитного поля (ACE Satellite – Magnetometer);
функции Акасофу ε (расчет); pH -компоненты геомагнитного поля (GOES-12); АЕ-индекса авроральной
активности (WDC Kyoto); stD -индекса (WDC-C2 for Geomagnetism Kyoto University); pK -индекса
(Air Force Weather Agency)
В. П. Бурмака, Л. Ф. Черногор
30 Радиофизика и радиоастрономия, 2009, т. 14, №1
Рис. 2. Временные вариации параметров солнечного ветра в период с 22 по 28 мая 2004 г. Обозначения
те же, что на рис. 1
Комплексная диагностика ионосферной плазмы, возмущенной удаленными стартами ракет
31Радиофизика и радиоастрономия, 2009, т. 14, №1
4. Результаты измерений и обработки
Пространственно-временные характе-
ристики. Приведем пример пространственно-
временных вариаций параметров НР сигнала
(рис. 3) и концентрации электронов (рис. 4),
сопутствовавших старту ракеты “Союз” в
07:37 (здесь и далее UT) 28 апреля 2001 г.
с космодрома Байконур. СР предшествовали
ВВ с периодом 40 60÷ мин. После СР в ВВ
стал преобладать период около 150 мин. Это
было заметно в диапазоне высот 230 460÷ км,
но особенно хорошо видно в диапазоне высот
270 470÷ км. Всего наблюдалось три коле-
бания. Их относительная амплитуда достигала
0.25. Интересно, что передний фронт в коле-
баниях qδ и Nδ был существенно круче, чем
задний. Скорее всего, наблюдался нелинейный
волновой процесс, у которого хорошо выражен
эффект укручения фронта волны.
Пространственно-временные вариации
( ),eT tδ а также их относительных величин
приведены на рис. 5. Волновые процессы в
eTδ были хорошо выражены до СР. По-види-
мому, они были вызваны естественным воз-
мущением в геокосмосе, которое началось
примерно в 3:00. После СР изменился период
колебаний. Четко это видно в диапазоне вы-
сот 200 600÷ км. Амплитуда колебаний eTδ
после СР достигала 130 К, 0.08.
eTδ ≈
Эффекты СР в вариациях ( )iT tδ выра-
жены несколько слабее – амплитуда коле-
баний не превышала 80 К (рис. 6). При этом
0.05 0.08.
iTδ ≈ ÷ Интересно, что после СР ко-
лебания eT и iT были практически синфаз-
ными, а колебание N опережало колебания eT
и iT по фазе примерно на 180 .°
Следующий пример пространственно-вре-
менных вариаций параметров НР сигнала и
концентрации электронов, сопровождавших
СР “Союз” в 12:24 25 мая 2004 г. с космод-
рома Байконур, приведен на рис. 7 и рис. 8.
Эффект СР хорошо выражен в диапазоне
высот 160 510z = ÷ км, но лучше всего он на-
блюдался при 160 400z = ÷ км. Из рис. 7
видно, что первое изменение характера
сигнала qδ или sδ наступило через время
1 26t ≈ мин, второе – через 2 67tΔ ≈ мин. Пер-
вое изменение заключалось в подавлении
существовавшего в ионосфере ВВ с перио-
дом 1 27T ≈ мин, второе – в генерации
нового ВВ с постепенно уменьшающимся пе-
риодом от 45 до 35 мин. Эти же изменения
наблюдались и зависимостях ( )N tδ и ( )N tδ
(рис. 8). Амплитуда ВВ не превышала
103 10Nδ ≈ ⋅ м–3, амплитуда относительных
возмущений 0.04 0.1.Nδ ≈ ÷ Интересно, что
значения Nδ были минимальными в ок-
рестности максимума ионизации области F.
В то же время на высотах ~150 и 560 км
значения Nδ составляли около 0.05 и 0.15.
Зависимости ( )eT tδ и ( )
eT tδ также носили
колебательный характер (рис. 9). Колебания
были выражены слабо в окрестности макси-
мума ионизации, но на высотах ~ 150 и 560 км
значения абсолютной и относительной амп-
литуд достигали примерно 50 и 300 К и 0.06
и 0.10 соответственно.
Опишем временные вариации ( )iT tδ и
( ).
iT tδ И абсолютная, и относительная амп-
литуды возмущений iT имели тенденцию к
увеличению при увеличении высоты (рис. 10).
Так, на высотах ~150 и 560 км iTδ составля-
ла 100 и 300 К, а
iTδ – 0.02 0.03÷ и 0.10 соот-
ветственно.
Между колебаниями N, eT и ,iT вообще
говоря, существовал сдвиг по фазе. Напри-
мер, на высоте 560 км в интервале времени
13:00 – 15:30 колебания ( )N t и ( )eT t были
практически синфазными, а колебание ( )iT t
запаздывало по фазе на 15 20÷ мин или при-
мерно на 180 .°
Добавим, что в дневное время 28 апреля
2001 г. отношение сигнал/шум q было не мень-
ше 10 40.÷ Это позволило получить N, eT
и iT с абсолютными погрешностями около
1010 м–3, (10 20)± ÷ К и (10 20)± ÷ К соответ-
ственно в диапазоне высот 180 600÷ км.
Днем 25 мая 2004 г. с ростом высоты
от 125 до 500 км значение q уменьшалось
примерно от 5 до 0.5. При этом погрешности
получения N, eT и iT увеличились по сравне-
нию с погрешностями для 28 апреля 2001 г.
в 3 6÷ раз для высот 125 500÷ км.
Результаты спектрального анализа.
Спектрограммы и энергограммы временных
зависимостей ( )s tδ для 28 апреля 2001 г. при-
ведены на рис. 11. Из рисунка видно, что
В. П. Бурмака, Л. Ф. Черногор
32 Радиофизика и радиоастрономия, 2009, т. 14, №1
Рис. 3. Временные вариации параметров сигнала qδ и sδ в период старта ракеты “Союз” 28 ап-
реля 2001 г. Вертикальной линией здесь и далее отмечен момент СР
Комплексная диагностика ионосферной плазмы, возмущенной удаленными стартами ракет
33Радиофизика и радиоастрономия, 2009, т. 14, №1
Рис. 4. Временные вариации амплитуд и относительных амплитуд ВВ электронной концентрации Nδ
и Nδ в период старта ракеты “Союз” 28 апреля 2001 г.
В. П. Бурмака, Л. Ф. Черногор
34 Радиофизика и радиоастрономия, 2009, т. 14, №1
Рис. 5. Временные вариации амплитуд и относительных амплитуд ВВ температур электронов eTδ и
eTδ
в период старта ракеты “Союз” 28 апреля 2001 г.
Комплексная диагностика ионосферной плазмы, возмущенной удаленными стартами ракет
35Радиофизика и радиоастрономия, 2009, т. 14, №1
Рис. 6. Временные вариации амплитуд и относительных амплитуд ВВ температур ионов iTδ и
iTδ
в период старта ракеты “Союз” 28 апреля 2001 г.
В. П. Бурмака, Л. Ф. Черногор
36 Радиофизика и радиоастрономия, 2009, т. 14, №1
Рис. 7. Временные вариации параметров сигнала в период старта ракеты “Союз” 25 мая 2004 г.
Комплексная диагностика ионосферной плазмы, возмущенной удаленными стартами ракет
37Радиофизика и радиоастрономия, 2009, т. 14, №1
Рис. 8. Временные вариации амплитуд и относительных амплитуд ВВ концентрации электронов в период
старта ракеты “Союз” 25 мая 2004 г.
В. П. Бурмака, Л. Ф. Черногор
38 Радиофизика и радиоастрономия, 2009, т. 14, №1
Рис. 9. Временные вариации амплитуд и относительных амплитуд ВВ температур электронов в период
старта ракеты “Союз” 25 мая 2004 г.
Комплексная диагностика ионосферной плазмы, возмущенной удаленными стартами ракет
39Радиофизика и радиоастрономия, 2009, т. 14, №1
Рис. 10. Временные вариации амплитуд и относительных амплитуд ВВ температур ионов в период стар-
та ракеты “Союз” 25 мая 2004 г.
В. П. Бурмака, Л. Ф. Черногор
40 Радиофизика и радиоастрономия, 2009, т. 14, №1
спектрограммы до СР и после него суще-
ственно различаются. После СР появились
колебания с периодами 150 190T ≈ ÷ мин.
Результаты спектральной обработки ( )s tδ
для наблюдений, выполненных 25 мая 2004 г.,
приведены на рис. 12. Видно, что примерно
через 45 мин после СР значительно выросла
амплитуда колебания с периодом около
80 90÷ мин. До СР преобладало колебание
с 25 35T ≈ ÷ мин.
Рис. 11. Результаты спектрального анализа временных вариаций sδ 28 апреля 2001 г. для высоты 270 км:
а) – сигнал; б), в), г) – спектрограммы (в относительных единицах) соответственно оконного преобразова-
ния Фурье, адаптивного преобразования Фурье и вейвлет-преобразования на основе вейвлета Морле сигнала;
д), е), ж) – энергограммы (в относительных единицах) соответственно для оконного преобразования
Фурье, адаптивного преобразования Фурье и вейвлет-преобразования на основе вейвлета Морле сигнала.
Комплексная диагностика ионосферной плазмы, возмущенной удаленными стартами ракет
41Радиофизика и радиоастрономия, 2009, т. 14, №1
6. Обсуждение
Обратимся вновь к рис. 3. Из него видно, что
сразу же после СР имело место резкое и значи-
тельное уменьшение параметра сигнала .qδ
Этот эффект хорошо выражен в диапазоне
высот 200 400÷ км. Ему соответствует время
запаздывания 1 20tΔ ≈ мин (определено по
минимуму ).qδ Продолжительность этого про-
цесса, по-видимому, не превышала 1 ч.
Следующее изменение характера сигнала,
заключающееся в появлении сильного коле-
бания с периодом 150 мин и общей продолжи-
тельностью около 5 6÷ ч, произошло с запаз-
дыванием около 60 мин (определено по мак-
симуму сигнала ).qδ При времени движения
Рис. 12. Результаты спектрального анализа временных вариаций sδ 25 мая 2004 г. для высоты 200 км.
Зависимости те же, что на рис. 11
В. П. Бурмака, Л. Ф. Черногор
42 Радиофизика и радиоастрономия, 2009, т. 14, №1
ракеты до Е-области ионосферы 0 3tΔ ≈ мин
скорректированные (с вычетом времени 0 )tΔ
значения задержки составляют 1 17t′Δ ≈ мин
и 2 57t′Δ ≈ мин. При расстоянии от места гене-
рации возмущений в ионосфере до места распо-
ложения обсерватории 2100R ≈ км им соот-
ветствуют скорости 1 2′ ≈v км/с и 2 610′ ≈v м/с.
Добавим, что возмущения от СР наложи-
лись на естественные возмущения. Это при-
вело к заметному усилению эффекта СР.
Теперь обратимся к СР 25 мая 2004 г. Для
этого СР 1 23t′Δ ≈ мин и 2 64t′Δ ≈ мин. Тогда
1 1.5′ ≈v км/с и 2 550′ ≈v м/с.
Видно, что существует две группы скоростей
распространения ВВ, причем их значения зави-
сят от высоты, времени суток, условий в атмос-
фере и ионосфере. Как показано нами в преды-
дущих работах [3-11], скорость 1 1.5 2′ ≈ ÷v км/с
имеют медленные МГД (ММГД) волны [18],
а скорость 2 550 610′ ≈ ÷v м/с – внутренние гра-
витационные волны (ВГВ) [19]. Распростране-
нию ММГД волн и ВГВ сопутствуют квазипе-
риодические изменения не только N, но и ,eT
iT (см. рис. 4 – 6, рис. 7 – 9).
Выше указаны средние времена запазды-
вания возмущений, соответствующие высо-
там 200 300÷ км. Эти времена запаздыва-
ния существенно зависели от высоты (см.,
например, рис. 3). На бóльших высотах ско-
рость распространения была больше, чем
на меньших. Так, для более медленного воз-
мущения, переносимого при помощи ВГВ,
28 апреля 2001 г. разность времен прихода
возмущений N, eT и iT на высотах 190 и
660 км достигала 60 150÷ мин. Это позволило
оценить вертикальную составляющую скорос-
ти ВГВ. Она оказалась близкой для возмуще-
ний всех параметров плазмы (N, eT и )iT и
составляла 105 130÷ м/с. Эти значения верти-
кальной составляющей соответствуют верти-
кальным составляющим скорости ВГВ [20].
Примененные одновременно дополняющие
друг друга оконное и адаптивное преобразо-
вания Фурье, а также вейвлет-преобразова-
ние позволили проследить за динамикой ВВ
(квазипериодических процессов) в ионосфере,
уточнить их периоды, амплитуды и продолжи-
тельности, а также распределение энергии ко-
лебаний по периодам (см. рис. 11, рис. 12).
Выводы
1. При помощи метода НР впервые про-
анализированы крупномасштабные квазипери-
одические вариации основных параметров
плазмы, вызванные удаленными на расстоя-
ние более 2000 км СР. Интересно, что эффек-
ты СР, протекающие на фоне естественного
магнитного возмущения, были выражены
сильнее, чем в невозмущенных условиях.
2. Подтверждено, что имеют место две
группы зависящих от состояния среды скоро-
стей распространения возмущений – около
1.5 2÷ км/с и 550 610÷ м/с. Такие скорости
имеют соответственно ММГД волны и ВГВ.
3. Показано, что СР с космодрома Байко-
нур вызывали над Харьковом квазипериоди-
ческие возмущения N, а также eT и iT с аб-
солютными амплитудами 11(0.8 4) 10÷ ⋅ м–3 и
50 100÷ К. Относительные амплитуды этих
возмущений достигали 0.1 0.25÷ и 0.05 0.08÷
соответственно.
4. Колебания N, eT и iT в общем случае
были сдвинуты по фазе друг по отношению к
другу. По-видимому, сдвиг по фазе в различ-
ных наблюдениях был различным.
5. Подтверждено, что одновременное ис-
пользование оконного преобразования Фурье,
вейвлет-преобразования и адаптивного преоб-
разования Фурье позволяет эффективно оце-
нить периоды, амплитуды и продолжительно-
сти волновых пакетов (колебательных процес-
сов) в ионосферной плазме, а также распреде-
ление энергии колебаний по периодам.
Авторы благодарны Л. Я. Емельянову,
В. Н. Лысенко и Ю. В. Черняку за организа-
цию и проведение измерений на радаре НР.
Литература
1. K. P. Garmash, A. M. Gokov, L. S. Kostrov, V. T. Ro-
zumenko, O. F. Tyrnov, Y. P. Fedorenko, A. M. Tsymbal,
L. F. Chernogor. Radiophysical Investigations and Mod-
eling of Ionospheric Processes Generated by Sources of
Various Nature. 2. Processes in a Modified Ionosphere
Signal Parameters Variations. Disturbance Simulation //
Telecommunications and Radio Engineering. – 1999. –
Vol. 53, No. 6. – P. 1-22.
2. К. П. Гармаш, В. Т. Розуменко, О. Ф. Тырнов,
А. М. Цымбал, Л. Ф. Черногор. Радиофизические
Комплексная диагностика ионосферной плазмы, возмущенной удаленными стартами ракет
43Радиофизика и радиоастрономия, 2009, т. 14, №1
исследования процессов в околоземной плазме,
возмущенной высокоэнергетичными источни-
ками // Зарубежная радиоэлектроника. Успехи совре-
менной радиоэлектроники. – 1999. – №8. – С. 3-19.
3. Л. С. Костров, В. Т. Розуменко, Л. Ф. Черногор.
Доплеровское радиозондирование возмущений
в средней ионосфере, сопровождающих старты
и полеты космических аппаратов // Радиофизика
и радиоастрономия. – 1999. – Т. 4, №3. – С. 227-246.
4. В. П. Бурмака, Л. С. Костров, Л. Ф. Черногор. 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.
5. В. П. Бурмака, В. И. Таран, Л. Ф. Черногор. Резуль-
таты комплексных радиофизических наблюдений
волновых возмущений в геокосмосе, сопровождав-
ших старты и полеты ракет // Космічна наука і тех-
нологія. ДОДАТОК. – 2003. – Т. 9, №2. – С. 57-61.
6. В. П. Бурмака, В. И. Таран, Л. Ф. Черногор. Волно-
вые возмущения в ионосфере, сопутствовавшие
стартам ракет на фоне естественных переходных
процессов // Геомагнетизм и аэрономия. – 2004. –
Т. 44, №4. – С. 518-534.
7. В. П. Бурмака, В. И. Таран, Л. Ф. Черногор. Комп-
лексные радиофизические исследования волновых
возмущений в ионосфере, сопровождавших стар-
ты ракет на фоне естественных нестационарных
процессов // Радиофизика и радиоастрономия. –
2004. – Т. 9, №1. – С. 5-28.
8. В. П. Бурмака, В. И. Таран, Л. Ф. Черногор. Результа-
ты исследования волновых возмущений в ионосфе-
ре методом некогерентного рассеяния // Успехи со-
временной радиоэлектроники. – 2005. – №3. – С. 4-35.
9. В. П. Бурмака, В. Н. Лысенко, Л. Ф. Черногор.
Результаты исследования волновых процессов
в ионосфере при различных состояниях космичес-
кой погоды // Космічна наука і технологія. – 2005.–
Т. 11, №1/2. – С. 37-57.
10. В. П. Бурмака, Л. Ф. Черногор, Ю. В. Черняк. Вол-
новые возмущения в геокосмосе, сопровождавшие
старты и полеты ракет “Союз” и “Протон” // Радио-
физика и радиоастрономия. – 2005. – Т. 10, №3. –
С. 254-272.
11. В. П. Бурмака, В. Н. Лысенко, Л. Ф. Черногор,
Ю. В. Черняк. Волновые процессы в F-области
ионосферы, сопутствовавшие стартам ракет с кос-
модрома Байконур // Геомагнетизм и аэрономия. –
2006. – Т. 46, №5. – С. 1-18.
12. Л. Ф. Черногор. Физика Земли, атмосферы и гео-
космоса в свете системной парадигмы // Радиофизи-
ка и радиоастрономия. – 2003. – Т. 8, №1. – С. 59-106.
13. Л. Ф. Черногор. Земля – атмосфера – геокосмос как
открытая динамическая нелинейная система // Космі-
чна наука і технологія. – 2003. – Т. 9, №5/6. – С. 96-105.
14. Л. Ф. Черногор. “Земля – атмосфера – ионосфе-
ра – магнитосфера” как открытая динамическая
нелинейная физическая система (часть 1) // Нели-
нейный мир. – 2006. – Т. 4, №12. – С. 655-697.
15. Л. Ф. Черногор. “Земля – атмосфера – ионосфе-
ра – магнитосфера” как открытая динамическая
нелинейная физическая система (часть 2) // Нели-
нейный мир. – 2007. – Т. 5, №4. – С. 198-231.
16. О. В. Лазоренко, С. В. Панасенко, Л. Ф. Черногор.
Адаптивное преобразование Фурье // Электромаг-
нитные волны и электронные системы. – 2006. –
Т. 10, №10. – С. 39-49.
17. В. П. Бурмака, С. В. Панасенко, Л. Ф. Черногор. Со-
временные методы спектрального анализа квазипе-
риодических процессов в геокосмосе // Успехи совре-
менной радиоэлектроники. – 2007. – №11. – С. 3-24.
18. В. М. Сорокин, Г. В. Федорович. Физика медлен-
ных МГД-волн в ионосферной плазме. – М.: Энер-
гоиздат, 1982. – 136 с.
19. Г. И. Григорьев. Акустико-гравитационные вол-
ны в атмосфере Земли (обзор) // Изв. вузов. Радио-
физика. – 1999. – Т. 42, №1. – С. 3-25.
20. Б. Н. Гершман. Динамика ионосферной плазмы. –
М.: Наука, 1974. – 256 с.
Комплексна діагностика
іоносферної плазми,
збуреної віддаленими стартами ракет
В. П. Бурмака, Л. Ф. Чорногор
Використовуючи експериментальні дані,
отримані методом некогерентного розсіяння,
проаналізовано великомасштабні збурення
в іоносферній плазмі, спричинені стартами кос-
мічних апаратів з космодрому Байконур. Про-
аналізовано висотно-часові залежності основних
параметрів плазми (концентрації електронів N,
температур електронів та іонів eT и )iT в діа-
пазоні висот ~ 100 600÷ км. Показано, що стар-
ти та польоти космічних апаратів супровод-
жуються генерацією хвилевих збурень (ХЗ) не
лише N, але й ,eT а також .iT Знайдено, що
відносні амплітуди цих ХЗ як правило складали
0.03 0.10,÷ період коливань – від 20 до 60 хв.
Коливання N, eT і iT були зсунуті за фазою
одне відносно іншого. Швидкості поширення ХЗ
складали ~ 0.5 0.6÷ і 1.5 2÷ км/с. Для оцінки
параметрів ХЗ застосовувались сучасні мето-
ди спектрального аналізу, включаючи вейвлет-
аналіз.
В. П. Бурмака, Л. Ф. Черногор
44 Радиофизика и радиоастрономия, 2009, т. 14, №1
Complex Diagnostics
of Ionospheric Plasma Disturbed
by Far Rocket Launches
V. P. Burmaka and L. F. Chernogor
The large-scale disturbances in ionospheric plas-
ma produced by space vehicle launches from
Baikonur cosmodrome are analyzed with the
incoherent scatter technique experimental data
given. Also, within the heights of ~ 100 600÷ km,
are analyzed the height-time dependencies of such
major plasma parameters as electron density N,
and electron and ion temperatures eT and .iT The
space vehicle launches and flights are shown to
be accompanied by the generated wave-like dis-
turbances (WLD) not only of N but of eT and iT
as well. The WLD relative amplitudes are found
to be usually within 0.03 0.10,÷ the oscillation
period being 20 to 60 min. The N, eT and iT
oscillations are shown to be lagged. The WLD
propagation velocities equal ~ 0.5 0.6÷ and
1.5 2÷ km/s. Modern spectral analysis techniques,
the wave-let analysis including, were used to es-
timate WLD parameters.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-8435 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1027-9636 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-01T10:36:35Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Радіоастрономічний інститут НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Бурмака, В.П. Черногор, Л.Ф. 2010-05-28T13:22:21Z 2010-05-28T13:22:21Z 2009 Комплексная диагностика ионосферной плазмы, возмущенной удаленными стартами ракет / В.П. Бурмака, Л.Ф. Черногор // Радиофизика и радиоастрономия. — 2009. — Т. 14, № 1. — С. 26-44. — Бібліогр.: 20 назв. — рос. 1027-9636 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/8435 550.388 С использованием экспериментальных данных, полученных методом некогерентного рассеяния, проведен анализ крупномасштабных возмущений в ионосферной плазме, вызванных стартами космических аппаратов с космодрома Байконур. Проанализированы высотно-временные зависимости основных параметров плазмы (концентрации электронов N, температур электронов и ионов Te и Ti ) в диапазоне высот ~ 100 ÷ 600 км. Показано, что старты и полеты космических аппаратов сопровождались генерацией волновых возмущений (ВВ) не только N, но и Te , а также Ti . Найдено, что относительные амплитуды этих ВВ обычно составляли 0.03÷0.10, период колебаний – от 20 до 60 мин. Колебания N, Te и Ti были сдвинуты по фазе друг относительно друга. Скорости распространения ВВ составляли ~ 0.5÷0.6 и 1.5 ÷ 2 км/с. Для оценки параметров ВВ применялись современные методы спектрального анализа, включая вейвлет-анализ. Використовуючи експериментальні дані, отримані методом некогерентного розсіяння, проаналізовано великомасштабні збурення в іоносферній плазмі, спричинені стартами космічних апаратів з космодрому Байконур. Проаналізовано висотно-часові залежності основних параметрів плазми (концентрації електронів N, температур електронів та іонів Te и Ti ) в діапазоні висот ~ 100 ÷ 600 км. Показано, що старти та польоти космічних апаратів супроводжуються генерацією хвилевих збурень (ХЗ) не лише N, але й Te, а також Ti . Знайдено, що відносні амплітуди цих ХЗ як правило складали 0.03÷0.10, період коливань – від 20 до 60 хв. Коливання N, Te і Ti були зсунуті за фазою одне відносно іншого. Швидкості поширення ХЗ складали ~ 0.5÷0.6 і 1.5 ÷ 2 км/с. Для оцінки параметрів ХЗ застосовувались сучасні методи спектрального аналізу, включаючи вейвлет-аналіз. The large-scale disturbances in ionospheric plasma produced by space vehicle launches from Baikonur cosmodrome are analyzed with the incoherent scatter technique experimental data given. Also, within the heights of ~ 100 ÷ 600 km, are analyzed the height-time dependencies of such major plasma parameters as electron density N, and electron and ion temperatures Te and Ti . The space vehicle launches and flights are shown to be accompanied by the generated wave-like disturbances (WLD) not only of N but of Te and Ti as well. The WLD relative amplitudes are found to be usually within 0.03÷0.10, the oscillation period being 20 to 60 min. The N, Te and Ti oscillations are shown to be lagged. The WLD propagation velocities equal ~ 0.5÷0.6 and 1.5 ÷ 2 km/s. Modern spectral analysis techniques, the wave-let analysis including, were used to estimate WLD parameters. Авторы благодарны Л. Я. Емельянову, В. Н. Лысенко и Ю. В. Черняку за организацию и проведение измерений на радаре НР. ru Радіоастрономічний інститут НАН України Радиофизика геокосмоса Комплексная диагностика ионосферной плазмы, возмущенной удаленными стартами ракет Комплексна діагностика іоносферної плазми, збуреної віддаленими стартами ракет Complex Diagnostics of Ionospheric Plasma Disturbed by Far Rocket Launches Article published earlier |
| spellingShingle | Комплексная диагностика ионосферной плазмы, возмущенной удаленными стартами ракет Бурмака, В.П. Черногор, Л.Ф. Радиофизика геокосмоса |
| title | Комплексная диагностика ионосферной плазмы, возмущенной удаленными стартами ракет |
| title_alt | Комплексна діагностика іоносферної плазми, збуреної віддаленими стартами ракет Complex Diagnostics of Ionospheric Plasma Disturbed by Far Rocket Launches |
| title_full | Комплексная диагностика ионосферной плазмы, возмущенной удаленными стартами ракет |
| title_fullStr | Комплексная диагностика ионосферной плазмы, возмущенной удаленными стартами ракет |
| title_full_unstemmed | Комплексная диагностика ионосферной плазмы, возмущенной удаленными стартами ракет |
| title_short | Комплексная диагностика ионосферной плазмы, возмущенной удаленными стартами ракет |
| title_sort | комплексная диагностика ионосферной плазмы, возмущенной удаленными стартами ракет |
| topic | Радиофизика геокосмоса |
| topic_facet | Радиофизика геокосмоса |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/8435 |
| work_keys_str_mv | AT burmakavp kompleksnaâdiagnostikaionosfernoiplazmyvozmuŝennoiudalennymistartamiraket AT černogorlf kompleksnaâdiagnostikaionosfernoiplazmyvozmuŝennoiudalennymistartamiraket AT burmakavp kompleksnadíagnostikaíonosfernoíplazmizburenoívíddalenimistartamiraket AT černogorlf kompleksnadíagnostikaíonosfernoíplazmizburenoívíddalenimistartamiraket AT burmakavp complexdiagnosticsofionosphericplasmadisturbedbyfarrocketlaunches AT černogorlf complexdiagnosticsofionosphericplasmadisturbedbyfarrocketlaunches |