Жеребцов Г.А. «Комплекс гелиогеофизических инструментов нового поколения» Солнечно-земная физика, 6, № 2, с. 6-18 (2020)

Рассматривается актуальность проблемы неблагоприятных воздействий космических процессов и явлений (факторов космической погоды) на наземную инженерно-техническую инфраструктуру, радиоэлектронные средства, работающие в космосе, и другие объекты. Анализируется состояние экспериментальной базы в нашей стране и за рубежом для исследований в области физики Солнца, атмосферы и околоземного космического пространства. Обосновывается необходимость создания инструментов нового поколения, разработанных с применением современных инженерных решений и технологий. Рассмотрен комплекс основных установок и инструментов создаваемого Национального гелиогеофизического комплекса РАН. Сформулированы основные научные направления фундаментальных исследований и прикладные задачи.

Григорьев В.М., Демидов М.Л., Колобов Д.Ю., Пуляев В.А., Скоморовский В.И., Чупраков С.А. «Проект крупного солнечного телескопа с диаметром зеркала 3 м» Солнечно-земная физика, 6, № 2, с. 19-36 (2020)

Одной из наиболее актуальных проблем современной физики Солнца являются наблюдения мелкомасштабной структуры солнечной атмосферы на разных уровнях (включая хромосферу и корону) и в разных спектральных линиях. Такие наблюдения возможны только с использованием крупных солнечных телескопов с диаметром основного зеркала не менее трех метров. В настоящее время в мире в процессе разработки или создания находятся несколько масштабных проектов таких крупных солнечных телескопов. В России начиная с 2013 г. ведется разработка отечественного крупного солнечного телескопа с диаметром зеркала 3 м (КСТ-3), который является составной частью Национального гелиогеофизического комплекса РАН. Планируется, что телескоп будет расположен в Саянской солнечной обсерватории на высоте более 2000 м. Выбор был сделан в пользу классической осесимметричной оптической схемы Грегори с альт-азимутальной монтировкой. Научное оборудование КСТ-3 будет состоять из нескольких систем узкополосных перестраиваемых фильтров и спектрографов на разные диапазоны длин волн и размещаться как в основном фокусе куде на вращающейся платформе, так и в фокусе Несмита. Для достижения дифракционного разрешения предполагается использовать адаптивную оптику (АО) высокого порядка. При определенной модификации оптической конфигурации КСТ-3 будет работать как зеркальный коронограф с зеркалом диаметром 0.7 м в линиях ближнего инфракрасного диапазона, а также может быть использован для наблюдений астрофизических объектов в ночное время.

Алтынцев А.Т., Лесовой С.В., Глоба М.В., Губин А.В., Кочанов А.А., Гречнев В.В., Иванов Е.Ф., Кобец В.С., Мешалкина Н.С., Муратов А.А., Просовецкий Д.В., Мышьяков И.И., Уралов А.М., Федотова А.Ю. «Многоволновый сибирский радиогелиограф» Солнечно-земная физика, 6, № 2, с. 37-50 (2020)

Обсуждаются характеристики, фундаментальные и прикладные задачи создаваемого на площадке Радиоастрофизической обсерватории ИСЗФ СО РАН Сибирского радиогелиографа и комплекса спектрополяриметров интегрального потока излучения Солнца. Многоволновое картографирование Солнца в микроволновом диапазоне является мощным и относительно недорогим по сравнению с космическими технологиями средством слежения за процессами солнечной активности и средством диагностики параметров плазмы. Всепогодный мониторинг электромагнитного солнечного излучения в диапазоне от метровых до миллиметровых волн, включая измерения индекса солнечной активности на частоте 2.8 ГГц, причем в месте расположения других разнообразных диагностических средств Гелиогеофизического комплекса, имеет особую ценность. Данные радиогелиографа необходимы для развития и реализации методов краткосрочного прогноза солнечных вспышек, измерений кинематических характеристик и параметров плазмы корональных выбросов массы, прогноза характеристик быстрых потоков солнечного ветра.

Медведев А.В., Потехин А.П., Сетов А.Г., Кушнарев Д.С., Лебедев В.П. «Всеатмосферный радар НР-МСТ» Солнечно-земная физика, 6, № 2, с. 51-60 (2020)

Радар НР-МСТ, как следует из названия, сочетает в себе два разных метода исследования атмосферы по сигналу обратного рассеяния. В мезосфере-стратосфере-тропосфере (МСТ) рассеяние происходит на турбулентных флуктуациях среды. В верхней атмосфере появляется некогерентное рассеяние (НР) в ионосферной плазме. Раньше создавались специализированные инструменты, спроектированные таким образом, чтобы эффективность измерений в одном из этих режимов была наибольшей. МСТ-радары использовались для исследования волновой активности в нижней и средней атмосфере, НР-радары – для исследования ионосферы. Однако в настоящее время для всестороннего изучения атмосферных явлений необходимо иметь представление о процессах во всех атмосферных слоях и околоземном космическом пространстве. Радар, комбинирующий возможности проведения НР- и МСТ-измерений, позволит охватить слои от тропосферы до плазмосферы и изучать как процессы переноса энергии из нижней и средней атмосферы в ионосферу, так и взаимодействие магнитосферы с верхней атмосферой. Помимо атмосферных исследований, радар позволит отслеживать космические аппараты и космический мусор, определяя точные координатные характеристики. Кроме того, антенная система подходит для проведения радиоастрономических наблюдений. В работе сделано обоснование выбора рабочего диапазона 154–162 МГц и рассмотрены технические решения, используемые в проекте радара НР-МСТ, а также приведены основные режимы работы. Дополнительно дается оценка диагностического потенциала радара для разных типов проводимых измерений.

Васильев Р.В., Сетов А.Г., Фролов В.Л., Ратовский К.Г., Белецкий А.Б., Ойнац А.В., Ясюкевич Ю.В., Медведев А.В. «Современный нагревный стенд для исследования ионосферы средних широт» Солнечно-земная физика, 6, № 2, с. 61-78 (2020)

Создание новых устройств для проведения исследований в области физики верхней атмосферы и околоземного космического пространства, на которых можно проводить контролируемые эксперименты по модификации ионосферы мощным коротковолновым излучением, является актуальной задачей сегодняшнего дня в области солнечно-земной физики, прогнозирования космической погоды, эксплуатации спутниковых группировок в околоземном космическом пространстве, радиосвязи и радиолокации. В работе описывается современный нагревный стенд, разрабатываемый в рамках Национального гелиогеофизического комплекса Российской академии наук, приводится обзор задач, которые можно решать с его помощью, обсуждаются его основные технические характеристики, и дается описание окружающей стенд наблюдательной инфраструктуры. В работе обосновывается перспективность создания в средних широтах Восточной Сибири нагревного стенда, который может излучать в частотном диапазоне 2.5–6.0 МГц с эффективной мощностью порядка нескольких сотен мегаватт. Важно, что стенд будет находиться в окружении многофункциональных инструментов, таких как современный радар некогерентного рассеяния, мезосферный и стратосферный лидар, а также набора современных оптических и радиофизических наблюдательных систем, которые могут обеспечить широкие возможности диагностики искусственных плазменных возмущений и искусственных образований оптического свечения верхней атмосферы.

Бернгардт О.И., Куркин В.И., Кушнарев Д.С., Гркович К.В., Федоров Р.Р., Орлов А.И., Харченко В.В. «Декаметровые радары ИСЗФ СО РАН» Солнечно-земная физика, 6, № 2, с. 79-92 (2020)

В рамках проекта «Национальный гелиогеофизический комплекс Российской академии наук» планируется создание нескольких когерентных декаметровых радаров. Однако в Институте солнечно-земной физики (ИСЗФ) СО РАН работы по созданию когерентных декаметровых радаров проводились задолго до начала финансирования этого проекта. Это позволило получить опыт эксплуатации подобных радаров, выявить технологические проблемы, которые желательно решить при создании отечественных радаров, и разработать проект радаров, имеющих более широкие возможности по диагностике ионосферы по сравнению с существующими аналогичными радарами. В работе представлено описание радара EKB ИСЗФ СО РАН, рассмотрены его технические недостатки и предложена структура нового радара системы СЕКИРА. Приведены результаты макетирования элементов радара СЕКИРА, продемонстрировавшие возможность его реализации. Обсуждаются потенциальные возможности использования радара в задачах исследования ионосферы на территории Российской Федерации, в том числе в высокоширотных областях.

Матвиенко Г.Г., Маричев В.Н., Бобровников С.М., Яковлев С.В., Чистилин А.Ю., Сауткин В.А. «Мезостратосферный лидар для гелиогеофизического комплекса» Солнечно-земная физика, 6, № 2, с. 93-104 (2020)

В состав Гелиогеофизического комплекса РАН, создаваемого на базе Института солнечно-земной физики СО РАН в районе Иркутска, входят инструменты для изучения Солнца, верхней атмосферы и мезостратосферный лидарный комплекс (МС-лидар) для анализа нейтрального компонента атмосферы от поверхности Земли до термосферы (высота 100–110 км). Задачами МС-лидара являются круглосуточное измерение профилей термодинамических параметров атмосферы и получение высотного распределения аэрозольно-газового состава. Для решения данных задач в МС-лидаре предусмотрено применение нескольких методик лазерного зондирования на особым образом выбранных лазерных длинах волн в суммарном диапазоне 0.35–1.1 мкм. При этом используются молекулярное, аэрозольное, комбинационное (рамановское) и резонансное рассеяние, а также дифференциальное поглощение, доплеровское уширение и смещение спектра рассеянного излучения. В статье представлено описание используемых методов зондирования и измеряемых МС-лидаром характеристик атмосферы.

Васильев Р.В., Артамонов М.Ф., Белецкий А.Б., Зоркальцева О.С., Комарова Е.С., Медведева И.В., Михалев А.В., Подлесный С.В., Ратовский К.Г., Сыренова Т.Е., Тащилин М.А., Ткачев И.Д. «Научные задачи оптических инструментов национального гелиогеофизического комплекса» Солнечно-земная физика, 6, № 2, с. 105-122 (2020)

Исследования верхней атмосферы должны выполняться с использованием оптических фотометрических и спектрометрических средств. Современные устройства позволяют вести прецизионную фотометрию свечения ночной атмосферы с высоким временным, пространственным и спектральным разрешением. Получаемые параметры свечения позволяют определять физико-химические свойства верхней атмосферы, наблюдать их вариации под действием различных факторов. Создающийся в Восточной Сибири Национальный гелиогеофизический комплекс должен иметь в своем составе определенный набор современных оптических инструментов. В работе обсуждаются основные явления, которые будут исследоваться оптическими инструментами комплекса, изложены сведения о составе и задачах этих инструментов, приведены результаты предварительных исследований, выполненных с помощью прототипов инструментов. В результате исследований установлено наличие существенного (около 10 м/с) вертикального ветра на разных высотах (100 и 250 км), продемонстрирована важность его учета для исследования вертикальной динамики заряженной компоненты. Многолетняя динамика вертикального ветра на высоте около 100 км имеет выраженный сезонный ход и отсутствие суточных вариаций, в то время как на высоте 250 км она имеет выраженный суточный ход, наиболее ярко проявляющийся в зимнее время. Это говорит о предполагаемом наличии вертикальных циркуляционных ячеек на разных высотных уровнях. Демонстрируются возможности методов оптической стереоскопии и дифференциального анализа изображений в применении к исследованию быстрых светящихся образований и проведению активных наземных и космических экспериментов по модификации ионосферы Земли. Приведены результаты определения трехмерной картины долгоживущего метеорного следа с использованием двух широкоугольных камер. Предложен алгоритм, который позволяет получить стереоизображение происходящих в верхней атмосфере событий, зарегистрированных одновременно с разных точек наблюдений. Показано, что совместная работа инструментов всего комплекса и развитие сотрудничества со сторонними организациями являются достаточно хорошим направлением дальнейшего исследования вертикальной динамики верхней атмосферы Земли и явлений космической погоды.