ANNEE GÉOPHYSIQUE INTERNATIONAL
1957
1958
INTERNATIONALE GEOPHYSICAL YEAR
История науки
Метеорологическое зондирование атмосферы ракетами (1957-2007)
С. П. ПЕРОВ,
кандидат физико-математических наук Центральная аэрологическая обсерватория Росгидромета (г. Долгопрудный)
й 1 1
ИШ^айия-
Один из важнейших пунктов программы Международного геофизического года (1957-1959) - исследование атмосферыI Земли с помощью геофизических ракет. Начатое тогда впервые, оно продолжается по сей день. Анализ данныи ракетного метеорологического зондирования атмосферыI, вы/полненного за 50 лет Центральной аэрологической обсерваторией (ЦАО) Росгидромета, дал ряд научны/х результатов мирового уровня, касающих-
. . .В качестве исследователя атмосферы...
предлагаю реактивный прибор...
К.Э. Циолковский, 1903 г.
ся климатологии средней атмосферыi, озоносферыI и нижней ионосферыi. Установлена зависимость их свойств от гео-, гелио- и космофизических факторов, вскры/ты/ некоторые физические механизмыi атмосферны/х процессов и сформулированыi новы/е подходыI к проблеме глобальныи изменений.
ШТУРМ СТРАТОСФЕРЫ
В 1948 г. в Центральной аэрологической обсерватории по инициативе ее директора Г.И. Голышева были созданы лаборатории № 1 и № 2 для исследования стратосферы с помощью воздухоплавательной техники. В.А. Путохин, A.M. Касаткин, Г.Л. Беляева начали разрабатывать методику взятия проб стратосферного воздуха с последующим анализом в лаборатории. Вскоре два подразделения слились в Отдел стратосферных исследований (ОСИ), куда и направил в 1957 г. автора статьи его научный руководитель профессор МГУ А.Х. Хргиан на преддипломную практику. В 1964 г. начальник
58
© Перов С.П.
Высота, км
30° 20° 10° 0° 10° 20° 30° 40°
Широта
I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26
Июль
Первый в истории науки высотно-временной разрез атмосферы, построенный по данным запусков ракет ММР-05с борта дизель-электрохода "Обь"в период с 10по 26июля 1958г. в зоне широт от 35°ю.ш. до 26° с.ш. в тропической части Атлантического океана (долготы - 45...20° з.д.). На разрезе отчетливо видно вторжение теплой стратосферы летнего Северного полушария в глубь атмосферы зимнего Южного. Он построен по запускам 9 ракет и 16 радиозондов. Выше 20 км во всей толще стратосферы вплоть до 15°ю.ш. наблюдаются исключительно восточные ветры; только южнее 20-25°ю.ш. в стратосфере они меняют направление на западное. Сплошные линии - изотермы (°C), пунктирные линии - изо-тахи (линии одинаковой скорости ветра, км/ч), скорости ветра восточных направлений - со знаком минус. По A.M. Боровикову, Г.И. Голышеву, Г.А. Кокину (1962).
ОСИ профессор МГУ Е.Г. Швидковский
стал директором ЦАО, а ОСИ, переименованный в Отдел физики высоких слоев атмосферы (ОФВСА), возглавил профессор Г.А. Кокин, который им руководит и поныне.
В 1948 г. по предложению Г.И. Голы-шева и В.А. Путохина было подготовлено
постановление Правительства, в соответствии с которым Специальному конструкторскому бюро академика А.Д. На-дирадзе предписывалось разработать за три года ракетный комплекс МР-1. НИИ парашютно-десантных средств (НИИПДС) приступило под руководством О.И. Волкова к разработке специальных
грузовых парашютов для спасения головных частей ракет с полезной нагрузкой 11 кг и двигательных установок ракеты МР-1 (вес 600 кг, высота подъема 90 км). Конструктор A.M. Касаткин и его молодые коллеги - М.Н. Изаков, Г.А. Конкин с другими выпускниками физфака МГУ -собрали блок датчиков, в который вошли термометры из тонкой вольфрамовой проволоки и малоинерционные манометры, укрепленные на изящном обтекаемом шпиле. Последний использовался в испытаниях скоростных самолетов в Летном испытательном институте (ЛИИ) им. М.М. Громова. Его установили на головной части ракеты. Так впервые в мире был применен прямой метод измерения температуры воздуха при сверхзвуковом полете метеорологической ракеты. До этого использовали данные измерений давления, по которым рассчитывали температуру. Продувки термометров с целью получения метрологически важных коэффициентов восстановления и теплообмена тонких (40 мкм) нитей термометров проводили в лаборатории академика Г.И. Петрова на первой в СССР аэродинамической трубе разреженного газа в НИИ-1 М.Н. Изаков, Л.В. Козлов, а с 1959 г. - автор статьи.
РАКЕТНАЯ МЕТЕОРОЛОГИЯ
В 1952-1959 гг. на станции Волгограде результате нескольких десятков успешных запусков ракеты МР-1 получены данные о профилях температуры, давления и плотности воздуха до 80 км и ветра - до высоты 60 км. Это позволило создать в 1962 г. советскую модель стандартной атмосферы СА-64. Парашют головной части на нисходящей ветви траектории гасил сверхзвуковую скорость на высоте около 60 км, и по его дрейфу (с учетом инерции) определяли скорость и направление ветра. Слежение за ракетой и головной ее частью осуществлялось с помощью системы кинотеодолитов. В дальнейшем для траекторных измерений использовали радиолокационный активный метод, разработанный Б.Г. Рождественским на РЛС "Метеор". В головной части ракеты установлен радиоответчик конструкции М.В. Кречмера.
Теория и первые результаты запуска ракеты МР-1 в 1956 г. были опубликованы в журнале "Метеорология и гидрология", а вскоре, в октябре 1957 г., сразу после выхода на орбиту первого спутника, A.M. Касаткин на Международной конференции по космическим исследованиям в Вашингтоне сделал сообщение о ракетном метеорологическом зондировании в СССР. На зарубежных ученых произвели впечатление прямой метод измерения температуры, считавшийся невозможным для таких скоростей, запуск ракеты по траектории, при которой головная часть на парашюте возвращалась, как бумеранг, практически к месту старта, спасение двигателей ракеты на парашюте (они годились для повторного использования). География ракетного зондирования была расширена для решения прикладных задач в 1957 г., когда на о. Хей-са (Земля Франца-Иосифа) и Новой Земле был введен в строй комплекс ММР-05 (главный конструктор Д.Д. Севрук) с высотой подъема ракеты до 50 км, созданный на базе ракеты боевого применения. А 31 декабря 1957 г. на траверзе только что открытой советской антарктической станции "Мирный" впервые в мире с борта корабля (дизель-электрохода "Обь") успешно стартовала метеоракета ММР-05. Был получен вертикальный разрез атмосферы, на котором удалось обнаружить эффект вторжения теплой стратосферы Северного полушария в глубь атмосферы Южного. Тем самым заметно расширился вклад СССР в выполнение научных программ МГГ и последовавшего за ним Международного года спокойного Солнца - МГСС (Земля и Вселенная, 2007, № 4). В 1959 г. этими комплексами были оснащены научно-исследовательские суда Гидрометслужбы "Воейков" и "Шокальский".
В 1962 г. по инициативе академика Е.К. Федорова (Институт прикладной геофизики - ИПГ) и руководства ЦАО принято правительственное решение о разработке трех новых ракетных комплексов на базе пороховых двигателей с высотами подъема 60 км (ММР-06), 90100 км (М-100) и 150-180 км (MP-12). Этими комплексами оборудованы научно-исследовательские суда (НИС), вновь по-
Запуск советской ракеты М-100Б с борта НИС "Академик Ширшов"вблизи французской базы Порт-о-Франс (о. Кергелен, 49°ю.ш.). 1 декабря 1970 г. Фото А. Фрегера.
строенные станции ракетного зондирования. Разработкой ракет МР-12 в ОКБ-9 Уралмашзавода руководили главный конструктор Ф.Ф. Петров и ведущий конструктор В.П. Теслеико, ракет М-100 и мМр-06 на Ижевском машиностроительном заводе - главный конструктор А.Т.Чернов. В 70-х и 80-х гг. XX в. ракетные комплексы, вывозившиеся в Антарктиду, Индию, Францию, Болгарию, ГДР и Монголию, были модернизированы.
СЕТЬ ЗОНДИРОВАНИЯ
В 1970-1980 гг. в Восточном полушарии, на пространстве практически от Северного полюса до Южного, была создана уникальная сеть ракетного зондирования атмосферы (СРЗА) из 8 станций и 10 научно-исследовательских кораблей, оснащенных ракетными комплексами: о. Хейса (81° с.ш., 58° в.д.), Ахтопол (Болга-
рия, 42° с.ш., 44° в.д.), Волгоград (49° с.ш., 44° в.д.), Цингст (ГДР, 55° с.ш., 12° в.д.), Балхаш (Казахстан, 47° с.ш., 75° в.д.), Сайнд-Шанд (Монголия, 48° с.ш., 58° в.д.), Тумба (Индия, 8.5° с.ш., 77° в.д.), база Порт-о-Франс (о. Кергелен, 49° ю.ш., 69° в.д.), Молодежная (Антарктида, 68° ю.ш., 46° в.д.). Ракетное зондирование производилось с борта 11 научно-исследовательских судов: "Профессор Зубов", "Профессор Визе" (комплекс МР-12), "Воейков", "Шокальский", "Академик Ширшов", "Академик Королёв" (комплекс М-100Б), "Кренкель", "Бугаев", "Пассат", "Муссон", "Прилив" (комплекс ММР-06). Последние пять НИС - "корабли погоды", предназначавшиеся для оперативного обслуживания метеоданными заинтересованных международных агентств, связанных с авиацией и судоходством. В определенной точке Северной Атлантики постоянно находилось одно из этих су-
л
pq
n
0.5 60 0
-0.5^ n
0.5 г 50 0
-0.5<f-°
n
0.5
40 0
-0.5?
n
0.5 30 0
-0.5 n
20
15
J_I_I_I_I_L_
J_L
31 10 20 30 10 20 31 10 20 сентябрь октябрь ноябрь
Дата
Временной ход концентрации озона в относительных единицах п (доли средних величин за сентябрь -ноябрь 1987 г.) на различных высотах, по данным оптических (белые кружки) и хемилюминесцентных (черные кружки) озонометров. На высотах 15и 20км отчетливо видна аномалия в вертикальном распределении озона. Запуски ракет М-100Б производились в период антарктической весенней озоновой "дыры" над станцией Молодежная (Антарктида) в 1987 г.
дов, зондировавших атмосферу ракетами ММР-06. Порты приписки судов - Ленинград, Одесса и Владивосток, и они совершали рейсы в Атлантическом, Индийском и Тихом океанах (по 2-3 рейса за год); в половине случаев на их борту были ракеты. Всего на СРЗА произведено от 500 до 600 запусков ракет за год, с регулярностью один раз в неделю летом и не реже двух раз в неделю зимой.
Организационно-техническое и методическое руководство работой сети СРЗА осуществляла ЦАО, куда поступали первичные данные пусков по радиотелетайпным каналам для вторичной обработки. Затем их оперативно передавали в Гидрометцентр СССР, в службу
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.