научный журнал по космическим исследованиям Космические исследования ISSN: 0023-4206

БАНЩИКОВ А.В., ЧАЙКИН С.В. — 2015 г.

Используя идеи Ляпунова в исследовании устойчивости движения по уравнениям первого приближения, в пространстве введенных параметров выделены области, в которых обеспечивается устойчивость, неустойчивость или гироскопическая стабилизация относительных равновесий указанного в заголовке орбитального гиростата с постоянным вектором гиростатического момента. В частности, сформулирован результат о неустойчивости и невозможности гироскопической стабилизации одного класса (из двух имеющихся) равновесий системы. Исследования выполнены с помощью программного комплекса LinModel и функций символьно-численного моделирования пакета компьютерной алгебры Mathematica.

МУШАИЛОВ Б.Р., ТЕПЛИЦКАЯ В.С. — 2015 г.

В рамках планетного варианта задачи трех тел при орбитальном двухчастотном резонансе первого порядка с учетом рэлеевской диссипации получены аналитические решения, интерпретирующие динамическую эволюцию орбитальных элементов компонент рассматриваемой системы.

ВОЙТА Я., ГАВРИЛОВА Е.А., ГАГУА И.Т., ГАГУА Т.И., ЗАСТЕНКЕР Г.Н., КОЛОСКОВА И.В., НЕМЕЧЕК З., ПРЕХ Л., РЯЗАНОВА E.E., РЯЗАНЦЕВА М.О., ХРАПЧЕНКОВ В.В., ШАФРАНКОВА Я. — 2015 г.

В работе описываются результаты изучения вариаций величины и направления потоков ионов солнечного ветра, измерявшихся с высоким временным разрешением (до 31 мсек). В отличие от прежних работ, представлявших, в основном, измеренные с периодичностью в несколько минут величины, нами показано, что направление потока ионов в солнечном ветре может испытывать большие (до нескольких градусов) и быстрые (до нескольких секунд) вариации.

ДУ А., ИОШИКАВА А.И., МОИСЕЕВ А.В., МУЛЛАЯРОВ В.А., ПОПОВ В.И., САМСОНОВ С.Н. — 2015 г.

По данным наземных и спутниковых наблюдений проведен анализ пространственно-временных характеристик геомагнитных пульсаций во время внезапного импульса 4.VIII.2010 г. В работе показано, что в это время наблюдались два типа геомагнитных пульсаций, отличающихся друг от друга как размером области локализации в пространстве, частотой колебаний, так и механизмами генерации. Обнаружено, что геомагнитные пульсации с неизменной частотой колебаний 4.5 мГц на разных широтах наблюдались с максимальной амплитудой в вечернем секторе. Колебания с близкой частотой регистрировались в солнечном ветре в Bz-компоненте ММП. На утренней стороне регистрировались более высокочастотные пульсации с частотами 7–10 мГц, зависящими от широты. Предполагается, что геомагнитные пульсации с частотой 4.5 мГц были обусловлены колебаниями, проникающими из межпланетной среды, а более высокочастотные пульсации являлись альвеновскими резонансными колебаниями, возбуждаемыми при сжатии магнитосферы. Ассиметричное распределение амплитуды колебаний относительно полудня обусловлено ортоспиральной ориентацией ММП в данном событии.

ШАТИНА А.В., ШЕРСТНЕВ Е.В. — 2015 г.

Исследуется движение системы “планета–спутник” в гравитационном поле сил взаимного притяжения. Планета моделируется телом, состоящим из твердого ядра и вязкоупругой оболочки из материала Кельвина–Фойгта. Спутник моделируется материальной точкой. Из вариационного принципа Даламбера–Лагранжа выводится система интегро-дифференциальных уравнений движения механической системы в рамках линейной модели теории упругости. Асимптотическим методом разделения движений строится приближенная система уравнений движения в векторном виде, описывающая динамику системы с учетом возмущений, вызванных упругостью и диссипацией. Получено в явном виде решение квазистатической задачи теории упругости для деформируемой оболочки планеты. Выводится усредненная система дифференциальных уравнений, описывающая эволюцию параметров орбиты спутника. Для частных случаев построены фазовые траектории, найдены стационарные решения и исследована их устойчивость. В качестве примеров рассмотрены некоторые планеты Солнечной системы и их спутники. Данная задача является модельной для изучения приливной теории движения планет.

ВАСЬКО И.Ю., КИСЛОВ Р.А., МАЛОВА Х.В. — 2015 г.

Построена самосогласованная стационарная осесимметричная МГД модель магнитодиска Юпитера, которая является обобщением моделей плоских токовых слоев предложенных ранее для описания структуры токового слоя в магнитосферном хвосте Земли [1, 2]. В рамках модели учитываются центробежная сила, которая обусловлена наличием электрического поля коротации, а также азимутальное магнитное поле. Получены конфигурации силовых линий для изотермической (температура плазмы полагается постоянной) и изоэнтропической (энтропия плазмы полагается постоянной) моделей магнитодиска. Определена зависимость толщины магнитодиска от расстояния до планеты. Толщина магнитодиска и распределение магнитного поля не существенно отличаются для изотермической и изоэнтропической моделей. Учет малого фонового давления плазмы приводит к существенному уменьшению толщины магнитодиска. Данный эффект связан с преобладанием центробежной силы над градиентом давления на большом удалении от планеты. Рассмотрен механизм униполярной генерации и связанная с данным механизмом крупномасштабная система токов. В приближении слабого азимутального магнитного поля, получены величины прямого и обратного биркеландовских токов. Результаты моделирования согласуются с оценками из других работ и с экспериментальными данными.

ВЛАСОВА Н.А., КАЛЕГАЕВ В.В., ПЕНГ Ж. — 2015 г.

C использованием модели магнитосферного магнитного поля А2000 проведено исследование динамики крупномасштабных магнитосферных токовых систем во время геомагнитных бурь 21–22.I.2005 и 14–15.XII.2006. Развитие бури контролируется, как межпланетным магнитным полем, так и давлением солнечного ветра, которые создают условия для поступления плазмы во внутреннюю магнитосферу. Показано, что главную роль в развитии магнитной бури 21–22.I.2005 сыграл мощный импульс давления солнечного ветра в отличие от бури 14–15.XII.2006, инициированной изменением ориентации межпланетного магнитного поля. Как следствие Dst-вариация геомагнитного поля во время бури 21–22.I.2005 определяется, в основном, развитием кольцевого тока, а 14–15.XII.2006 – сравнимыми по величине вкладами кольцевого тока и токов хвоста магнитосферы. Результаты моделирования подтверждены данными о динамических особенностях потоков трех популяций ионов с энергией 30–80 кэВ (на низких широтах – L < 2, а также на широтах ниже и выше границы изотропных высыпаний) по измерениям на солнечно-синхронных спутниках NOAA (POES 15, 16, 17).

ИВАНЮХИН А.В., ПЕТУХОВ В.Г. — 2015 г.

Рассматривается непрямой подход к оптимизации траекторий с конечной тягой, основанный на принципе максимума Понтрягина. Задачей оптимизации является вычисление минимальной величины тяги для перелета за заданное время между фиксированными точками при постоянной скорости истечения и постоянной мощности. Эта задача может использоваться для вычисления области существования оптимальной траектории с переключениями тяги: очевидно, что решение последней задачи существует, если величина минимальной тяги меньше или равна величине располагаемой тяги в задаче с переключениями. Предлагается метод вычисления оптимальных траекторий с конечной тягой, начинающийся с решения задачи минимизации реактивного ускорения с последующим численным продолжением по величине массового расхода к задаче минимизации тяги. Предлагаемый метод позволяет обнаружить вырождения, связанное с недостатком величины тяги или удельного импульса. Фактически, этот метод позволяет вычислить границы области существования траекторий с переключениями тяги и, таким образом, открывает возможность автоматизации решения задачи оптимизации траекторий с переключениями тяги.

СЛЕМЗИН В.А., ШУГАЙ Ю.С. — 2015 г.

Рассмотрены методы локализации корональных источников солнечного ветра (СВ), таких как корональные дыры, квазистационарные потоки из активных областей и транзиентные источники, связанные с мелкомасштабными активными явлениями, по ВУФ изображениям короны при низкой солнечной активности в период начала 24-го солнечного цикла (2010 г.). Показано, что профиль скорости СВ может быть рассчитан по относительным площадям корональных дыр (КД) в центральной части диска по изображениям в диапазонах 193 и 171 A. Изображения в 193 A хорошо описывают геометрию больших КД, являющихся источниками быстрого СВ. Изображения в 171 A лучше передают мелкие КД, по которым с большей точностью (до 65 км/с) рассчитывается профиль медленной компоненты СВ. По данным Hinode/EIS от 15.X.2010, с помощью метода допплеровской спектроскопии в основании стримера над активной областью 11112 локализован источник исходящего потока плазмы со средней скоростью 17 км/с, находящийся в области магнитного поля с напряженностью менее 200 Гс. По оценке, плотность потока плазмы из этого источника на порядок больше величины, необходимой для объяснения различия между расчетным и измеренным профилями скорости медленного СВ. Для выявления транзиентной составляющей СВ от мелкомасштабной вспышечной активности проведен анализ параметров СВ для периодов вспышек, сопровождавшихся корональными выбросами массы (КВМ), и периодов без вспышек по данным, полученным в 2010 г. со спутников ACE, GOES и коронографов на КА STEREO-A и B. Показано, что ионные соотношения С+6/С+5 и О+7/О+6 и средний заряд ионов Fe для периодов со вспышками были смещены в сторону больших значений, что предполагает наличие горячей компоненты СВ, связанной со вспышечной активностью. Подтверждена заметная корреляция максимального заряда ионов Fe с пиковой мощностью вспышки, ранее наблюдавшаяся для вспышек более высокого класса. Средняя величина плотности потока СВ в периоды вспышек оказалась на 30% выше, чем в периоды без вспышек, что, возможно, связано также с ростом потоков от других источников при повышении уровня солнечной активности. На примере серии вспышек 13–14.X.2010 высказано предположение, что транзиентные потоки СВ от слабых вспышек при низкой солнечной активности могут проявляться в виде межпланетных КВМ-транзиентов.

КРОТОВ О.И., СМУЛЬСКИЙ И.И. — 2015 г.

Достаточно часто рассчитанные траектории и реальные движения небесных тел и космических аппаратов различаются. Их отличие может быть обусловлено несовершенством методов расчета орбит и траекторий. С целью проверки этих методов рассмотрено изменение кинетического момента при расчете движений программой Galactica, с помощью эфемерид DE406 и системы Horizons. Наименьшее изменение получено в программе Galactica, наибольшее – по системе Horizons. Исследована динамика кинетического момента планет. Полученные результаты могут быть использованы для контроля и совершенствования методов расчета движений.

ВОЛЬВАЧ А.Е., ВОЛЬВАЧ Л.Н., КАНЕВСКИЙ Б.З., КОВАЛЕНКО А.В., КОСТЕНКО В.И., ЛАРИОНОВ М.Г., МУХА Д.М., НАБАТОВ А.С., РЕЗНИЧЕНКО А.М. — 2015 г.

В статье приводятся результаты наземных РСДБ экспериментов, выполненных на частотах проекта “РадиоАстрон”, между РСДБ пунктами Симеиз (РТ-22)–Евпатория (РТ-70) и Симеиз (РТ-22)–Пущино (РТ-22).

ЗИНОВЬЕВ А.Н. — 2015 г.

Представлены результаты наблюдений за работой оборудования наземно-космического комплекса проекта “РадиоАстрон” в условиях космического полета радио-обсерватории. Рассмотрена технология оценки качества информации, принимаемой с борта космического радиотелескопа (КРТ). Определена зависимость показаний бортового счетчика кадров от величины радиальной скорости и дальности КРТ. Опробована технология конструирования модели наземно-космических атомных часов и бортовой квантовой шкалы времени с использованием результатов радиоастрономических наблюдений. Рассмотрен метод измерения когерентной кумулятивной навигационной задержки при помощи бортовой квантовой шкалы времени. Представлены результаты наблюдений эффекта релятивистского и кинематического замедления времени на борту КРТ.

БАРИНОВА Е.В., ТИМБАЙ И.А. — 2015 г.

Рассматривается задача об изменении амплитуды колебаний угла атаки в пространственном движении неуправляемого спускаемого аппарата, аэродинамический восстанавливающий момент которого описывается нечетным рядом Фурье по углу атаки с тремя первыми гармониками. Проводится исследование эволюции фазовых траекторий на основе анализа интеграла действия, для которого найдены аналитические выражения. Получена формула для времени появления дополнительных положений равновесия на фазовом портрете, а также для времени перехода между различными областями фазовой плоскости. Для случаев движения, когда при пересечении сепаратрисы фазовая точка может попадать в различные колебательные области, найдены формулы для определения вероятности захвата в ту или иную область.

ЧЕЛНОКОВ Ю.Н. — 2015 г.

В настоящей статье1 анализируются основные проблемы, возникающие при решении задач оптимального управления траекторным движением КА с помощью принципа максимума (в том числе неустойчивость в смысле Ляпунова решений сопряженных уравнений). Показывается, что использование кватернионных моделей астродинамики позволяет устранить особые точки в дифференциальных фазовых и сопряженных уравнениях и в их частных аналитических решениях; построить новые кватернионные первые интегралы, существенно уменьшить размерности систем дифференциальных уравнений краевых задач оптимизации с одновременным их упрощением за счет использования новых кватернионных переменных, связанных с кватернионными константами движения преобразованиями вращения; построить общие решения дифференциальных уравнений для фазовых и сопряженных переменных на участках пассивного движения КА в наиболее простой и удобной форме, что важно для решения задач оптимальных импульсных перелетов КА; расширить возможности аналитического исследования дифференциальных уравнений краевых задач с целью выявления основных закономерностей оптимального управления и движения КА; улучшить вычислительную устойчивость решения краевых задач; уменьшить необходимый объем вычислений.

УЛЫБЫШЕВ С.Ю. — 2015 г.

Представлен метод проектирования неоднородных спутниковых систем глобального обзора с использованием комбинации экваториальной и полярных спутниковых группировок. Получены уравнения для определения основных проектных параметров всей спутниковой системы и условий ее замыкания при стыке полярного и экваториального сегментов. Проведен анализ особенностей построения таких систем, их преимуществ и недостатков по сравнению с наиболее известными типами полярными фазированными и кинематически правильными спутниковыми системами. Рассмотрены варианты построения НОСС с различными высотами полета и количеством космических аппаратов в экваториальной и полярных плоскостях, а также представлены численные примеры таких СС.

ЕРМОЛАЕВ Ю.И., ЛОДКИНА И.Г., НИКОЛАЕВА Н.С. — 2015 г.

В работе выполнено моделирование корректированного (с учетом токов магнитопаузы [9]) D индекса на главной фазе магнитных бурь, генерированных 4-мя типами солнечного ветра (СВ): МС (10 бурь), CIR (28 буря), Sheath (21 буря), Ejecta (31 буря), аналогично тому, как это было сделано нами ранее для простого Dst индекса [8]. Для идентификации типов СВ использовался “Каталог крупномасштабных явлений солнечного ветра для периода 1976–2000гг.” ([1], ftp://ftp.iki.rssi.ru/pub/omni/), созданный на основе данных базы OMNI. Временной ход D аппроксимировался линейной зависимостью от интегрального электрического поля (sumEy), динамического давления (Pd), и уровня флуктуаций (sB) межпланетного магнитного поля (ММП). Было выполнено 3 вида моделирования D : 1 – индивидуальными значениями коэффициентов аппроксимации; 2 – коэффициентами аппроксимации, усредненными по типу СВ; 3 – так же, как в 2, но с учетом значений D индекса, предшествующих началу главной фазы магнитной бури. Результаты моделирования корректированного D индекса сравниваются с моделированием обычного Dst индекса. В условиях большого статистического разброса коэффициентов аппроксимации, использование Dst вместо D на точность моделирования и коэффициент корреляции влияет незначительно.

ВОРОНОВ С.А., КАРЕЛИН А.В., КОЛДОБСКИЙ С.А. — 2015 г.

На основании данных, полученных со спутника за 2006–2009 гг. в эксперименте ПАМЕЛА, была обнаружена тень Луны в космических лучах с энергией более 400 ГэВ. Полученные результаты основаны на использовании методики определения направления прилета частиц в позиционно-чувствительном калориметре, входящим в состав магнитного спектрометра ПАМЕЛА. Тень Луны оказалась смещенной на восток из-за отклонений электронов в магнитном поле Земли, являющихся частью выборки зарегистрированных частиц.

НУРАЛИЕВА А.Б., САДОВ Ю.А. — 2015 г.

Открытие новых сверхпрочных материалов в конце 20-го века вызвало всплеск активности в работах по космическому лифту (КЛ). Сформировалась довольно полная концепция КЛ. Эта концепция, при всех своих достоинствах, обладает ограниченными возможностями и недостаточной надежностью. В данной работе представлена измененная концепция космического лифта [1], обладающего большей надежностью и расширенными возможностями. Такая конструкция сложнее и дороже в сооружении и может быть реализована только в составе масштабной космической программы. Включение космического лифта в такую программу будет способствовать развитию новых технологий.

ПОПОВА Т.А., ЯХНИН А.Г., ЯХНИНА Т.А. — 2015 г.

Рассмотрены некоторые особенности области источника высыпаний протонов и электромагнитных ионно-циклотронных волн на дневной стороне во время сжатия магнитосферы. Для локализации этой области использованы вспышки протонного свечения, наблюдавшиеся спутником IMAGE в дневном секторе к экватору от овала протонных сияний. Данные геостационарных спутников LANL, проекции которых во время сжатия магнитосферы оказывались внутри вспышки протонного свечения, позволили установить, что область источника протонных высыпаний обычно находится вне плазмосферы. В периоды повышенной геомагнитной активности эта область располагается ближе к Земле. По данным спутников NOAA показано, что в дневной внешней магнитосфере высыпания энергичных протонов с относительно низкой интенсивностью наблюдаются и до сжатия магнитосферы, что указывает на выполнение здесь условий для развития ионно-циклотронной неустойчивости. Сжатие магнитосферы приводит к резкому увеличению инкремента неустойчивости и, как следствие, к резкому росту потоков высыпающихся протонов и превышению уровня, необходимого для регистрации протонных сияний со спутника IMAGE.

БЕСПАЛОВ П.А., САВИНА О.Н. — 2015 г.

В работе рассматривается нелинейный отклик экваториальной токовой струи на внешние воздействия и некоторые его геофизические проявления. Облучение токовой струи коротковолновым электромагнитным излучением с амплитудной модуляцией в диапазонах ОНЧ и геомагнитных пульсаций может создать условия для реализации в области токовой струи нелинейной антенны. Оценки показывают, что за счет модуляции электронной температуры и концентрации в области токовой струи под ней на поверхности Земли электромагнитные сигналы на частоте модуляции могут быть на два порядка больше, чем в средних широтах. Рассмотрен вопрос о влиянии сигналов от модулированной экваториальной токовой струи на режимы работы плазменного магнитосферного мазера в ОНЧ диапазоне. Отмечена возможность резонансной модификации спектров естественных электромагнитных волн ОНЧ диапазона в магнитосфере.