Ионосфера внимания: в России запустят спутники для прогноза магнитных бурь

Ученые подготовили к полету спутники «Ионосфера» для прогноза магнитных бурь, первые два аппарата из четырех выведут на орбиту в ноябре. Они будут изучать космическую погоду, предупреждая об опасностях, связанных с активностью Солнца и озоновыми дырами. Также с их помощью специалисты получат возможность предсказывать землетрясения. Почему комплексы называют новым словом в космическом приборостроении — в материале «Известий».

Какие спутники составят ионосферную группировку

Первые два из четырех российских спутников «Ионосфера» выведут на орбиты уже в этом году. Они должны были отправиться в космос в мае, однако по техническим причинам старт был перенесен на ноябрь. Аппараты положат начало новой отечественной группировке «Ионозонд», которая будут системно изучать верхние слои атмосферы и предсказывать космическую погоду.

Ученые из Института космических исследований (ИКИ) РАН, головного разработчика бортового оборудования аппаратов, рассказали «Известиям» о значении миссии и о том, почему эти спутники — новое слово в космическом приборостроении.

По словам специалистов, в каждом из подготовленных к запуску космических комплексов размещено по восемь исследовательских устройств. С их помощью будут получать данные о процессах, которые происходят в ионосфере — одной из оболочек Земли, которая занимает уровни от 50 до 2000 км над ее поверхностью. В этом слое находятся свободные электроны, положительно или отрицательно заряженные ионы (атомы с утраченным или присоединенными электронами). Эти частицы образуются в результате воздействия на атмосферные газы ультрафиолетового излучения и космических лучей.

Группировка «Ионозонд» будет состоять из пяти аппаратов. Четыре из них, названные «Ионосфера-М», распределят попарно на двух перпендикулярных орбитах на высоте 820 км. Они будут перемещаться синхронно с Солнцем и, таким образом, окажутся «прикреплены» к определенным секторам местного времени на Земле. В дополнение к ним отправят спутник «Зонд-М».

Запускать спутники «Ионосфера-М» в космос будут по два. Ожидается, что после отправки первой пары следующая отправится на орбиту через полгода. «Зонд-М» начнут эксплуатировать после 2025 года.

— Межпланетная среда — это, по сути, дальняя солнечная корона. Земля «плавает» в ней и своими оболочками с ней взаимодействует. Поэтому для прогноза событий в околоземном пространстве следует наблюдать за Солнцем и процессами, которые на нем происходят. Отсюда задачи миссии — создать космический аппарат для мониторинга солнечных событий и группировку, которая будет изучать состояние земных оболочек, — описал «Известиям» концепцию миссии заведующий лабораторией Солнечной астрономии ИКИ Сергей Кузин.

Какие угрозы приходят из космоса

Ученый пояснил, что ионосфера чувствительна и к внешним факторам — таким, как солнечная активность, галактические частицы и колебания геомагнитного поля планеты. Например, вспышки на Солнце создают повышенный радиационный фон в его окрестностях, что представляет серьезную угрозу для пилотируемой космонавтики.

Вместе с тем возмущения ионосферы провоцируют геомагнитные бури, которые влияют на самочувствие людей и на работу технических устройств. В частности, на оборудование навигации и связи, без которых невозможно представить современные технологии, такие как дистанционная медицина, беспилотный транспорт, «интернет вещей» и многие другие. Россия расположена в высоких широтах, где ионосфера нестабильна, поэтому для нашей страны ее изучение особенно актуально, пояснил ученый.

— Основные инструменты на борту ионосферных спутников предназначены для глобального зондирования околоземного пространства в разных диапазонах частот. Эти устройства излучают импульсы и регистрируют отраженные от ионосферы сигналы. Другие приборы нацелены на измерение электромагнитных полей и излучений. Отдельный интерес представляют данные, которые будут получены благодаря оборудованию, нацеленному на исследование специфических явлений, — объяснил, в свою очередь, главный научный сотрудник отдела космогеофизики ИКИ Сергей Пулинец.

К таким приборам относятся устройства для изучения галактических лучей, отметил он. Так называют высокоэнергетические частицы, которые попадают в Солнечную систему из-за ее пределов. Это редкие явления, однако они важны для изучения глубокого космоса. Кроме того, такие частицы представляют опасность для микроэлектроники.

Также в состав бортового оборудования включены исследовательские комплексы для измерения концентрации озона в атмосфере. Они имеют практическое значение, поскольку позволяют выявить зоны озоновых дыр с повышенной интенсивностью вредного для людей солнечного излучения в ближнем УФ-диапазоне.

Ученый отдельно отметил новые телескопы-коронографы, которые будут включены в состав аппарата «Зонд-М». С их помощью специалисты смогут на ранних этапах обнаруживать выбросы облаков солнечной плазмы и заранее предсказывать их столкновение с земной ионосферой, которые провоцируют, в частности, сильные геомагнитные бури.

Как предсказывать землетрясения

Кроме того, ионосфера отзывчива и к возмущениям «снизу» — извержениям вулканов, землетрясениям и ураганам, рассказал Сергей Пулинец. Поэтому эту область околоземного пространства также оправдано называть инфосферой, поскольку в ней непосредственно отражаются события, от которых напрямую зависит благополучие планеты. В частности, уже разработаны методики для заблаговременного выявления предвестников землетрясений на основе космических данных.

— У нашей страны богатый опыт создания космических обсерваторий. Спутники серий «Прогноз», «Интербол», «Коронас» изучали многие параметры околоземного пространства. В том числе были освоены методы изучения магнитных бурь, плазменных облаков, солнечной радиации и других явлений в верхних слоях атмосферы. Важно, что новые спутники продолжат эту работу на более комплексной основе, — рассказал «Известиям» эксперт, директор Астрономической обсерватории Иркутского госуниверситета Сергей Язев.

При этом он подчеркнул, что аппараты «Ионосфера» смогут оперативно оценивать состояние магнитосферы и ионосферы нашей планеты, но они не подойдут для прогнозирования космической погоды, поскольку для этого необходимо наблюдать главный источник возмущений, то есть Солнце. Поэтому важно вслед за «Ионосферами» отправить и солнечный «Зонд-М».

— Плотность верхних слоев атмосферы зависит от различных факторов. К примеру, во время солнечной активности она увеличивается в 10 раз по сравнению с низкими периодами. Это приводит, в частности, к ухудшению связи, особенно на коротких волнах, поскольку радиоволны отклоняются от заданной траектории, что приводит к помехам, — отметил ведущий научный сотрудник Института солнечно-земной физики СО РАН Юрий Ясюкевич.

Он добавил, что «разбухание» ионосферы также влияет на сроки эксплуатации космических аппаратов на низких орбитах, поскольку большое сопротивление при их движении через плотную среду приводит к аномальному торможению.

— Комплекс «Ионозонд» — это главным образом служебные аппараты. В полной комплектации они позволят выполнять системный мониторинг космической погоды. Однако стоит отметить, что первые пять устройств — это минимально необходимая группировка. Их данные будут дополнять компьютерным моделированием и информацией с других космических аппаратов и обсерваторий. Поэтому в перспективе сеть ионосферных приборов нужно увеличить в три-четыре раза, — прокомментировала заместитель начальника отдела ИПГ Росгидромета Надежда Котонаева.

Также важно сделать группировку возобновляемой, чтобы оперативно заменять выбывшие из строя аппараты, сказала она.