КЭ Релаксация

Исследование процессов релаксации в УФ области спектра при
высокоскоростном взаимодействии продуктов выхлопа реактивных
двигателей с верхней атмосферой Земли, атмосферных оптических
явлений при входе тел в разреженную верхнюю атмосферу и ее
оптических свойств в УФ- диапазоне на МКС
(Релаксация), 5 исследований
Постановщик(-и):
Пластинин Ю.А. , к.т.н., ЦНИИмаш, старший член Американского института аэронавтики и
астронавтики (AIAA), академик Российской академии космонавтики им. К.Э. Циолковского
Экспедиции 4, 5, 6, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 15, 16, 17, 18, 19/20, 21/22, 23/24, 25/26,
27/28, 29/30, 31/32, 33/34, продолжается





Релаксация - Выхлоп
Релаксация - УФ-Вход
Релаксация - Стенд
Релаксация - Гроза
Релаксация - Спектр
Область исследования Исследование Земли и космоса
С 2002 года проведено более 90 экспериментов по 5-ти направлениям исследований.
Научная аппаратура:
В эксперименте используется высокочувствительная спектрозональная система
«Фиалка-МВ-Космос», состоящая из:
 блока УФ-камеры (УФК);
 спектрометров СП №1 и СПМ № 2;
 видеокамеры (ЛК-2) SONY DCR-TRV900E;
 кронштейна переходного под УФ-камеру (для иллюминатора № 9 РС МКС);
 адаптера под видеокамеру ЛК-2.
Спектрозональная система «Фиалка-МВ-Космос»
на борту РС МКС
1
«Релаксация-Выхлоп»
Исследования взаимодействия выхлопов двигательных установок космических аппаратов
с ионосферой и собственной внешней атмосферой (СВА) МКС;
«Релаксация-УФ-Вход»
Исследования пространственно-временной структуры газоплазменных образований при
входе в атмосферу Земли космических аппаратов и их фрагментации;
«Релаксация-Стенд»
Исследования модификации атмосферы и ионосферы Земли при воздействии мощного
радиоизлучения с Земли;
«Релаксация-Гроза»
Исследование глобальных электромагнитных процессов в верхней атмосфере Земли
(грозы, спрайты и др.) в УФ-области спектра;
«Релаксация-Спектр»
Гиперспектральный мониторинг атмосферы Земли системы «атмосфера-поверхность
Земли» в ультрафиолетовой, видимой и ИК–областях спектра
Использование результатов эксперимента на Земле
Результаты дальнейших системных и проектно-поисковых исследований естественных и
антропогенных глобальных явлений в атмосфере и ионосфере Земли могут быть
использованы для разработки перспективных космических аппаратах дистанционного
зондирования Земли, а также в целях разработки новых подходов прогнозирования
землетрясений и других катастрофических явлений, разработки перспективных методов
гиперспектрального мониторинга Земли, метеоконтроля и газового состава атмосферы и
ионосферы, антропогенного влияния на атмосферу и ионосферу Земли космической
деятельности при взаимодействии объектов РКТ с атмосферой и ионосферой Земли.
Результаты
«Релаксация-Выхлоп»
Обнаружены и исследованы глобальные области взаимодействия выхлопов реактивных
двигателей (РД грузовых кораблей «Прогресс», транспортных кораблей «Союз ТМА») с
верхней разреженной атмосферой Земли (Н ~ 350 – 400 км); в результате анализа полей
яркости определены фундаментальные константы процессов гиперскоростного
взаимодействия атомов кислорода с компонентами выхлопов ДУ.
Установлено, что при работе бортовых двигательных установок (ДУ) наблюдается яркое
УФ свечение собственной атмосферы МКС в молекулярных полосах OH, связанное с
распадом и фотолизом паров воды в выхлопах ДУ.
2
Обработанный видеокадр излучения
выхлопных струй двигателя причаливания
и ориентации (ДПО), 2010г.
«Релаксация-УФ-Вход»
Получены уникальные натурные экспериментальные данные в УФ-диапазоне спектра по
пространственной структуре и интенсивности спектра излучения плазменных
образований КА и фрагментов блоков ТК при входе в атмосферу Земли с гиперзвуковыми
скоростями по всей траектории спуска на примере наблюдения входа и фрагментации ТК
«Союз ТМА» и европейского грузового корабля ATV «Жюль Верн».
ATV «Жюль Верн»,
высота ~ 70 км
Изображения плазменных образований при
входе и фрагментации ATV-1 в различных
рабочих областях спектра: а) в УФ-области, б)
видимом диапазоне
Спектр излучения плазменного
образования при взрыве и фрагментации
КА ATV-1 на высоте ~ 70 км.
3
«Релаксация-Стенд»
При воздействии мощного радиоизлучения с Земли на
ионосферу и атмосферу Земли обнаружено глобальное
свечение верхней атмосферы Земли на высотах ~ 100 –
140 км в южном и северном полушариях; вероятный
механизм модификации атмосферы – возбуждение
альвеновских колебаний ионосферы.
Лимб Земли,
Н = 90 км
Поверхность Земли
на горизонте
Область свечения
атмосферы
Область релаксации
свечения атмосферы
«Релаксация-Гроза»
Впервые исследованы в УФ-диапазоне спектра пространственно-временные и
энергетические характеристики глобальных грозовых явлений в верхней атмосфере
Земли (эльфы, спрайты, джеты и др.) и получены в районе экваториальной Африки новые
ранее неизвестные данные о природе процессов их возникновения и развития.
Кольцевое свечение (эльф) и поперечное
распределение его яркости
«Релаксация-Спектр»
По данным систематических измерений полей яркости в верхней атмосфере Земли в УФдиапазоне спектра обнаружено явление бифуркации высотного лимба на высотах ~ 100
км и, соответственно, слоя концентрации атомарного кислорода над сейсмоактивным
районом схождения тектонических плит в районе Аравийского подводного хребта в
Индийском океане.
Разработана методология и получен большой объем информации по гиперспектральному
мониторингу системы «атмосфера–Земля» с борта МКС в УФ, видимой и ближней ИКобластях спектра по трассе полета станции в различных геогелиофизическх условиях
наблюдения (спектральное разрешение – 1,5 нм, полоса обзора – не менее 200 км,
пространственное разрешение - от 1,5 до 15 км).
4
Изображение подстилающей поверхности –
территория Испании
Таким образом, в серии космических экспериментов «Релаксация», выполненных на
борту МКС, показана высокая эффективность использования УФ-диапазона спектра для
мониторинга глобальных физических явлений естественного и техногенного характера,
геофизической обстановки в атмосфере Земли и околоземном космическом
пространстве.
Публикации
Анфимов Н.А., Землянский Б.А., Карабаджак Г.Ф., Пластинин Ю.А. Исследования на МКС
атмосферы и ионосферы Земли // Полет, 2007, № 12, с.3-10.
Землянский Б.А., Карабаджак Г.Ф., Пластинин Ю.А. Космические эксперименты
«Релаксация»: научные задачи, аппаратура и результаты исследований на борту
Российского сегмента Международной космической станции. // Космонавтика и
ракетостроение, 2007 г., вып. 4 (49), стр. 33-40.
Карабаджак Г.Ф. Определение эффективного сечения реакции О+Н2О=ОН(А)+ОН(Х) при
гиперскоростных столкновениях компонентов по измерениям интенсивности свечения
гидроксила в ходе космических экспериментов // Космонавтика и ракетостроение, 2004,
вып. 3 (36), стр. 123-130.
Карабаджак Г.Ф., Пластинин Ю.А., Родионов А.В., Сженов Е.Ю., Сипачев Г.Ф., Хмелинин
Б.А. Спектрозональные исследования сверхслабых эмиссий естественного и техногенного
происхождения в верхних слоях атмосферы и ионосферы Земли // Космонавтика и
ракетостроение, 2007, вып. 4 (49), стр. 26-32.
Пластинин Ю.А., Карабаджак Г.Ф., Хмелинин Б.А., Землянский Б.А., Залогин Г.Н., Горшков
А.Н. Космические исследования с борта МКС плазменных образований. – Тезисы доклада
на международной конференции «Современные проблемы газовой динамики»,
посвященной 100-летию академика Х.А. Рахматулина, 21-23 апреля 2009 г., г. Москва
Пластинин Ю.А., Карабаджак Г.Ф., Хмелинин Б.А., Землянский Б.А., Залогин Г.Н., Горшков
А.Н. Космические исследования с борта МКС плазменных образований при входе и
5
фрагментации космических аппаратов в атмосферу Земли. – Тезисы доклада на Шестом
Международном аэрокосмическом конгрессе IAC’09, г. Москва, 23-27 августа 2009 г.
Карабаджак Г.Ф, Красоткин В.С., Манжалей А.И., Пластинин Ю.А, Хмелинин Б.А.
Наблюдение входа в атмосферу Земли грузового КА ATV спектрозональной системой
«Фиалка-МВ-Космос» с борта МКС // Космонавтика и ракетостроение, 2010, вып. 2 (59).
Карабаджак Г.Ф., Комраков Г.П., Кузнецов В.Д., Пластинин Ю.А., Ружин Ю.Я., Фролов В.Л.,
Хмелинин Б.А. Исследование глобальных пространственно-временных характеристик
свечения верхней атмосферы и ионосферы Земли при воздействии на них
радиоизлучения при наблюдении с борта МКС // Космонавтика и ракетостроение, 2009,
вып. 4 (57), стр. 88-94.
Карабаджак Г.Ф., Пластинин Ю.А., Сженов Е.Ю., Хмелинин Б.А. Определение профилей
концентраций атомов кислорода в верхних слоях атмосферы Земли по
экспериментальным данным с пилотируемых космических станций // Космонавтика и
ракетостроение, 2007, вып. 1 (46), стр. 38-43
Пластинин Ю.А., Ризванов А.А., Сипачев Г.Ф., Хмелинин Б.А. Исследование из космоса
грозовых образований в верхней атмосфере Земли в ультрафиолетовой области спектра
// Космонавтика и ракетостроение, 2010
6