научная статья по теме ОРБИТАЛЬНАЯ ГРУППИРОВКА МАЛЫХ КА КОСМИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ “ИОНОЗОНД” Энергетика

Текст научной статьи на тему «ОРБИТАЛЬНАЯ ГРУППИРОВКА МАЛЫХ КА КОСМИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ “ИОНОЗОНД”»

ИЗВЕСТИЯ АКАДЕМИИ НАУК № 1 ЭНЕРГЕТИКА 2015

УДК 629.7

ОРБИТАЛЬНАЯ ГРУППИРОВКА МАЛЫХ КА КОСМИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ "ИОНОЗОНД"

© 2015 г. В.П. ХОДНЕНКО, А.В. ХРОМОВ, А.Н. ЗАПОРОЖЦЕВ, В.И. РОМАНОВ, А.Н. ТИТОВ

Открытое акционерное общество «Научно-производственная корпорация "Космические системы

мониторинга, информационно-управляющие и электромеханические комплексы" им. А.Г. Иосифьяна"» (ОАО «Корпорация "ВНИИЭМ"»), Москва E-mail: vniiem@orc.ru

Представлен космический комплекс (КК) наблюдения геофизических параметров ионосферы, верхних слоев атмосферы, околоземного космического пространства КК "Ионозонд". Орбитальная группировка (ОГ) КК "Ионозонд" должна состоять из пяти космических аппаратов (КА): четырех КА "Ионосфера" и одного аппарата "Зонд".

КА "Ионосфера" предназначены для функционирования на круговых солнечно-синхронных орбитах высотой ~820 км, они должны располагаться в двух взаимно перпендикулярных плоскостях (по два КА — "Терминатор" и "Меридиан" в каждой плоскости и разведены на угол ~180°. КА "Зонд" должен функционировать на круговой околотерминаторной орбите с высотой на экваторе 600—650 км.

Для поддержания фазовых характеристик КА, находящихся в одной плоскости, в системе коррекции орбиты КА "Ионосфера" будут применены абляционные импульсные плазменные двигатели АИПД-95. Аналогичная система коррекции будет использоваться на КА "Зонд".

Приведены характеристики АИПД-95 и показаны их преимущества для решения целевой задачи. Доля времени на проведение корректирующей орбиты от общего срока активного существования (8 лет) должна составлять по расчетным оценкам не более 5%.

Ключевые слова: космический комплекс, космический аппарат, орбитальная группировка, корректирующая двигательная установка, система коррекции, абляционные импульсные плазменные двигатели, фазовые характеристики, срок активного существования, целевая задача.

MAINTAINING THE SMALL SATELLITES OF IONOZOND SPACE SYSTEM COMPRISING THE CONSTELLATION USING AIPD-95-BASED

V.P. KHODNENKO, A.V. KHROMOV, A.N. ZAPOROZHTSEV, V.I. ROMANOV, A.N. TITOV

Joint Stock Company Research and Production Corporation "Space Monitoring Systems, Information & Control and Electromechanical Complexes " named after A.G. Iosifian E-mail: vniiem@orc.ru

The article presents the information on Ionozond Space system designed for observation of geophysical parameters of ionosphere, upper atmosphere and near-Earth space. The Ionozond satellite constellation will comprise five satellites: four Ionosphere satellites and one Zond satellite.

The Ionosphere satellites will operate in circular Sun-synchronous orbits at the altitude of ~820 km. These satellites are to be located in two orthogonal planes (two satellites per terminator and meridian planes). The angle between two satellites in each of the planes shall be ~180°. The Zond satellite will operate in a circular near-terminator orbit at the altitude of 600—650 km above the equator.

The attitude of the Ionosphere satellites located in one plane will be maintained by ablative pulsed plasma thrusters AIPD-95 comprising the Ionosphere orbit correction system. Similar propulsion system will be used on the Zond satellite.

The main performance characteristics and mission-critical advantages of AIPD-95 thrusters are provided in the article. The estimated duration of orbit correction period in the total satellite lifetime (8 years) shall be no more than 5%.

Key words: Space system, satellite, satellite constellation, vernier propulsion system, correction system, ablative pulsed plasma thrusters, attitude, lifetime, mission.

Космические средства получения информации являются одним из важнейших инструментов изучения процессов, протекающих на поверхности Земли и в околоземном пространстве. Наблюдения из космоса позволяют получать сведения о процессах, протекающих на Солнце, в межпланетном пространстве, в литосфере, атмосфере Земли и на земной поверхности.

К хорошо известным факторам отклика состояния ионосферы на солнечные и маг-нитосферные возмущения, на изменения токовых систем в полярных и экваториальных областях, на динамику циркуляции средней и верхней атмосферы в последние годы добавились сведения о различного рода модификациях ионосферы, связанных с ее нагревом, приближающимися землетрясениями (с заблаговременностью от семи до одних суток), наземными химическими и подземными ядерными взрывами, запусками и работой на орбите космических объектов [1].

Исследования, проведенные в последние годы, показывают, что ионосферные возмущения (бури и суббури) при относительно спокойном геомагнитном поле негативно воздействуют на состояние здоровья людей.

Но ионосфера как объект контроля легко подвергается одному из самых доступных методов дистанционной диагностики — радиозондированию, которое дает богатую и беспрецендентную по точности информацию о состоянии и свойствах ионосферы. Следовательно, большинство факторов, вызывающих естественные и техногенные возмущения ионосферы, могут быть легко обнаружены и идентифицированы (при наличии развитой системы радиозондирования).

Важнейшим прикладным аспектом мониторинга состояния ионосферы является контроль за ее влиянием на технические средства и системы, использующие электромагнитные волны или подверженные их влиянию, в частности, средства связи, навигации и т.п. Это обстоятельство привлекает интерес как традиционных потребителей ионосферной информации — организаций, связанных с выполнением оборонных или прикладных задач, учреждений, обеспечивающих дальнюю космическую радиосвязь и навигацию, космические и прогностические службы, Российскую академию наук, так и новых потребителей — организации по предупреждению чрезвычайных ситуаций, частные и государственные страховые службы, органы здравоохранения и т.д.

В связи с актуальностью исследования перечисленных атмосферных и ионосферных процессов ОАО "Корпорация "ВНИИЭМ" по заказу Федерального космического агентства создает отечественную космическую систему (КС) "Ионозонд", предназначенную для контроля состояния верхней атмосферы, магнитосферы, озоносферы, Солнца и получения регулярной и достоверной информации с помощью измерений космическими средствами характеристик и параметров процессов и явлений в ионо-

КА "Зонд"

КА "Ионосфера" № 1

00:00

КА "Ионосфера" № 4

КА "Ионосфера" № 3

12:00 СОЛНЦЕ

КА "Ионосфера" № 2

06:00

Рис. 1. Орбитальная группировка космического сегмента "Ионозонд"

Рис. 2. КА "Ионосфера" в транспортном положении

сфере, верхней атмосфере и магнитосфере в спокойный период и в условиях возмущений природного и антропогенного характера. Область применения КС — мониторинг геофизической обстановки ("космической погоды") для решения широкого спектра задач контроля и прогнозирования обстановки в интересах: Росгидромета, Роскосмо-са, МЧС, Минсвязи, Минтранса, Минатома, и др.

Основные задачи КС "Ионозонд":

— мониторинг состояния ионосферы;

— наблюдение Солнца и солнечной активности;

— наблюдение верхней атмосферы;

— контроль магнитосферы;

— диагностика волновой активности (электромагнитные, акустические волны);

— диагностика корпускулярных ионизирующих излучений;

— наблюдение распределения озона в верхней атмосфере.

В состав орбитальной группировки космического сегмента "Ионозонд" входят (рис. 1):

1) космические аппараты (КА) "Ионосфера" (4 шт.);

2) КА "Зонд" (1 шт.).

Космические аппараты "Ионосфера"

Космический аппарат "Ионосфера" предназначен для наблюдения состояния ионосферы, магнитосферы и озоносферы. КА должны функционировать на солнечно-синхронных орбитах (ССО) высотой ~820 км, наклонением 98° и располагаться в

Рис. 3. КА "Ионосфера" на орбите

двух орбитальных плоскостях (по два КА в каждой плоскости, см. рис. 1). КА "Ионосфера" в каждой плоскости должны быть разведены на угол 180° ± 30°. Положение плоскости орбиты первой пары КА относительно прямого восхождения среднего Солнца ~135°, местное время восходящего узла орбиты ~21 ч. Положение плоскости орбиты второй пары КА ~ 46°, местное время восходящего узла орбиты ~15 ч. Изменение положения плоскостей орбит в течение срока активного существования (САС) — не более ± 10°.

Виды КА "Ионосфера" в транспортном положении и на орбите показаны на рис. 2, 3, основные характеристики даны в табл. 1.

Основная целевая аппаратура и ее характеристики

Бортовой ионозонд в диапазоне 0,1—20 МГц с передатчиком 137 МГц (ЛАЭРТ) предназначен для оперативного определения критической частоты ионосферы вдоль трассы полета КА, получения вертикальных профилей электронной концентрации ионосферы, определения параметров ионосферной плазмы на высоте орбиты спутника по частотам плазменных резонансов, измерение спектров ВЧ излучений в диапазоне частот ионозонда ЛАЭРТ.

Прибор для измерения параметров ионосферы (ЭСИП) для измерения локальных параметров ионосферной плазмы вдоль орбиты КА, для изучения структуры и динамики ионосферы в целом, для изучения отдельных физических процессов в ионосферной плазме и глобального мониторинга ионосферы.

Спутниковый озонометр (ОзонометрТМ) предназначен для измерения содержания озона в атмосфере Земли на основе спектроскопических измерений по двум сильным полосам поглощения — полосе Хартли и полосе Хюггинса.

Низкочастотный волновой комплекс (НВК2) для измерения магнитных и электрических полей ОКП в диапазоне частот от 0 до 20 кГц для определения состояния маг-нитосферно-ионосферной плазмы выявления воздействий естественного и антропогенного происхождения.

GPS измеритель полного электронного содержания (ПЭС) для определения высотного распределения электронной концентрации ионосферы Земли по данным радио-затменных измерений сигналов глобальных навигационных систем GPS/ГЛОНАСС.

Спектрометр плазмы и энергичной радиации (СПЭР/1) предназначен для измерения дифференциальных энергетических спектров низкоэнергичных электронов и

Основные характеристики КА "Ионосфера"

Тип орбиты

Околокруговая, солнечно-синхронная

Высота орбиты ~ 820 км

Наклонение ~98,76°

Период обращения ~ 101,2 мин

Масса КА ~400 кг

Масса полезной нагрузки ~ 100 кг

Габаритные размеры

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.

Показать целиком