Russian Federation
Russian Federation
Irkutsk, Russian Federation
Irkutsk, Irkutsk region, Russian Federation
As part of the Plasma—Progress and Radar—Progress space experiments performed from 2006 to 2014, effects of Progress spacecraft engines on the ionosphere have been studied using data from Global Navigation Satellite System (GNSS) receivers. 72 experiments have been carried out. All these experiments were based on data from the worldwide IGS network of GNSS receivers to record ionospheric plasma irregularities caused by engine operation. 35 experiments used data from the ISTP SB RAS SibNet network. The analysis of the spatio-temporal pattern of total electron content (TEC) variations has shown that the problem of identifying the TEC response to engine operation is complicated by a number of factors: 1) the engine effect on ionospheric plasma is strongly localized in space and has a relatively low intensity; 2) a small number of satellite—receiver radio rays due to the small number of GNSS stations, particularly before 2013; 3) a potential TEC response is masked with background ionospheric disturbances of various intensity. However, TEC responses are identified with certainty when a satellite—receiver radio ray crosses a disturbed region within minutes after exposure. TEC responses have been registered in 7 experiments (10 % of cases). The amplitude of ionospheric response (0.3–0.16 TECU) exceeded the background TEC variations (~0.25 TECU) several times. The TEC data indicate that the ionospheric irregularity lifetime is from 4 to 10 minutes. According to the estimates we made, the transverse size of irregularities is from 12 to 30 km.
ionosphere, GNSS, SibNet, Progress
ВВЕДЕНИЕ
Активные эксперименты по воздействию на ионосферную плазму вызывают большой интерес, поскольку они, во-первых, могут быть повторены для сопоставления и верификации результатов, а, во-вторых, представляют собой калиброванное локальное воздействие, которое можно использовать для сравнения точности разных средств диагностики, уточнения моделей ионосферы, проверки гипотез о взаимодействии различных слоев атмосферы.
Активные космические эксперименты (КЭ) «Плазма—Прогресс» и «Радар—Прогресс» [Лебедев и др., 2008; Potekhin et al., 2009; Хахинов и др., 2013], проводившиеся в Институте солнечно-земной физики Сибирского отделения Российской академии наук (ИСЗФ СО РАН) в период с 2006 по 2014 г., были направлены на изучение воздействия двигательных установок (ДУ) транспортно-грузовых кораблей (ТГК) «Прогресс» на верхние слои атмосферы и ионосферу [Khakhinov et al., 2011, 2012; Борисов и др., 2012; Хахинов и др., 2010, 2012]. Включения ДУ для экспериментов проводились после отстыковки ТГК от международной космической станции (МКС) при пролете ТГК над обсерваториями ИСЗФ [Khakhinov et al., 2011, 2012; Хахинов и др., 2012]. В качестве средств диагностики состояния околоземного космического пространства использовался комплекс геофизических инструментов ИСЗФ [Сейсмоионосферные…, 2012; Институт…, 2015]. Одним из таких инструментов является разработанный в ИСЗФ программно-аппаратный комплекс GLOBDET [Афраймович, Перевалова, 2006], предназначенный для детектирования ионосферных возмущений естественного и техногенного происхождения на основе измерений вариаций полного электронного содержания (ПЭС). Измерения выполнены с помощью сигналов глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС). Основой и источником данных комплекса GLOBDET служит сеть наземных двухчастотных приемников ГНСС. В 2006–2012 гг. для регистрации ионосферных эффектов работы ДУ ТГК «Прогресс» использовались приемники ГНСС, входящие в глобальную сеть IGS. В 2012 г. в ИСЗФ была развернута собственная региональная сеть SibNet наземных приемных станций ГНСС [Ишин и др., 2017]. Поэтому в 2013–2014 гг. привлекались данные этой сети. Настоящая работа посвящена подробному анализу реакции ионосферы на работу сближающе-корректирующих двигателей (СКД) ТГК «Прогресс», проявляющейся в ПЭС, по данным ГНСС.
1. Afraimovich E.L., Perevalova N.P. GPS-monitoring verhnej atmosfery Zemli [GPS-monitoring of the Earth's upper atmosphere]. Irkutsk, 2006. 480 p.
2. Borisov B.S., Gabdullin F.F., Garkusha V.I., Korsun A.G., Kurshakov M.Yu., Strashinskiy V.A., Tverdokhlebova E.M., Khakhinov V.V. Radiophysical characteristics of low-orbit spacecraft plasma environment revealed by space experiments. Nelineinyi mir [J. Nonlinear World]. 2012, vol. 10, no. 10, pp. 700-709. (In Russian).
3. Hofmann-Wellenhof B., Lichtenegger H., Collins J. Global Positioning System: Theory and Practice. New York, Wien, Springer-Verlag, 1992, 327 p.
4. Hofmann-Wellenhof B., Lichtenegger H., Wasle E. GNSS - Global Navigation Satellite Systems: GPS, GLONASS, Galileo and more. New York, Wien, Springer, 2008, 516 p.
5. Institut solnechno-zemnoj fiziki: sozdanie i razvitie. Ed. Zherebtsov G.A. [Institute of Solar-Terrestrial Physics: Foundation and Development. Ed. Zherebtsov G.A.]. Novosibirsk, SB RAS Publ., 2015. 610 p. (In Russian).
6. Ishin A.B., Voeykov S.V. Determination of the ionospheric responce parameters to the engine operation of spaceship “Progress” according to GNSS data Proc. XXIII International Symp. “Atmospheric and Ocean Optics. Atmospheric Physics”. Irkutsk, July 3-7, 2017, pp. E85-E88. (In Russian).
7. Ishin A.B., Perevalova N.P., Voeykov S.V., Khakhinov V.V. First results of registering the ionospheric disturbances according to SibNet network of GNSS receivers in active space experiments. Solnechno-zemnaya fizika [Solar-Terr. Phys.]. 2017, vol. 3, iss. 4, pp. 82-92. DOI:https://doi.org/10.12737/szf-34201708. (In Russian).
8. Khakhinov V.V., Potekhin A.P., Lebedev V.P., Medvedev A.V., Kushnarev D.S., Shpynev B.G., Zarudnev V.E., Alsatkin S.S., Ratovsky K.G, Podlesny A.V., Bryn’ko I.G. Radio physical methods of diagnostics of the ionospheric disturbances generated by onboard engines of TCS “Progress”: algorithms, tools and results. Zhurnal radioelektroniki. Rossiiskaya nauchnaya konferentsiya “Zondirovanie zemnykh pokrovov radarami s sintezirovannoi aperturoi. Ulan-Ude, 06.09-10.09 2010. [J. Radio Electronics. Proc. The Russian Scientific Conference “Sounding of Terrestrial Covers Using Radars with the Synthesized Aperture. Ulan-Ude, 06.09-10.09, 2010]. 2010, pp. 553-569. (In Russian).
9. Khakhinov V.V., Potekhin A.P., Lebedev V.P., Alsatkin S.S., Ratovsky K.G, Kushnarev D.S., Tverdokhlebova E.M., Kurshakov M.Yu., Manzheley A.I., Timofeeva N.I. Results of remote sounding of ionospheric disturbances during active experiments Radar-Progress. Sovremennye problemy distantsionnogo zondirovaniya Zemli iz kosmosa [Current Problem in Remote Sensing of the Earth from Space]. 2012, vol. 9, no. 3. pp. 199-206. (In Russian).
10. Khakhinov V.V., Potekhin A.P., Lebedev V.P., Kushna-rev D.S., Alsatkin S.S. Some results of “Plasma-Progress” and Radar-Progress active space experiments. Vestnik Sibirskogo gosudarstvennogo aerokosmicheskogo universiteta im. akademika M.F. Reshetneva [Bull. Acad. M.F. Reshetnev Siberian State Space University]. 2013, Special Iss., vol. 5, no. 51, pp. 160-162. ISSN: 1816-9724. (In Russian).
11. Khakhinov V., Potekhin A., Shpynev B., Alsatkin S., Ratovsky K., Lebedev V., Kushnarev D. Results of complex radiosounding of ionospheric disturbances generated by the transport spacecraft Progress onboard thrusters. Proc. 30th URSI General Assembly and Scientific Symp. 2011. URL: http://www.ursi.org/proceedings/procGA11/ursi/HP2-15.pdf (accessed 12.05.2017).
12. Khakhinov V.V., Shpynev B.G., Lebedev V.P., Kushna-rev D.S., Alsatkin S.S., Khabituev D.S. Radiosounding of ionospheric disturbances generated by exhaust streams of the transport spacecraft Progress engines. Proc. PIERS-2012. Moscow, 2012, pp. 1168-1171.
13. Lebedev V.P., Khakhinov V.V., Gabdullin F.F., Korsun A.G., Tverdokhlebova E.M., Laletina E.A., Manzheley A.I. Radar Sensing Studies in Plasma Surrounding Characteristics for Low-Earth-Orbit Spacecraft. Kosmonavtika i raketostroenie [Cosmonautics and Rocket Engineering]. 2008, vol. 1, no. 50, pp. 51-60. (In Russian).
14. Potekhin A.P., Khakhinov V.V., Medvedev A.V., Kushnarev D.S., Lebedev V.A., Shpynev B.G. Active space experiments with the use of the transport spacecraft Progress and Irkutsk IS Radar. Progress in Electromagnetics Research Symp. 2009, pp. 223-227.
15. Seismoionosfernye i seismoelektromagnitnye protsessy v Bajkal’skoi riftovoi zone. Ed. Zherebtsov G.A. [Seismoionospheric and seismoelectromagnetic processes in the Baikal rift zone. Ed. Zherebtsov G.A.]. Novosibirsk, SB RAS Publ. 2012, 304 p. (In Russian).
16. URL: http://sopac.ucsd.edu (accessed May 12, 2017).
17. URL: http://www.vniiftri-irk.ru (accessed May 12, 2017).
18. URL: http://www.ipa.nw.ru (accessed May 12, 2017).
