• Increase font size
  • Default font size
  • Decrease font size

Проект “Іоносат”

Общие сведения

Историческая справка

Принципы проекта "Ионосат"

Космическая система

КА

Полезная нагрузка

Литература

Общие сведения

Целью проекта "Ионосат" является глобальный мониторинг динамических процессов в ионосфере. Для этого планируется создать группировку из трех низкоорбитальных микроспутников, оснащенных идентичными датчиками электромагнитных полей, нейтральных и заряженных компонент атмосферных газов, потоков энергичных частиц, а также наземный сегмент – систему подспутникового ионосферного зондирования. Запуск КС "Ионосат" возможен после 2013 г.

Научный руководитель проекта – академик Л.Н. Литвиненко (директор РИ НАНУ), глава исполнительного комитета проекта – д.ф.-м.н. О.П. Фёдоров (директор ИКИ), главный конструктор проекта – к.т.н. А.Л. Макаров (главный конструктор КБ-3 ГП "КБ "Южное").

"Ионосат" включён в Общегосударственную космическую целевую научно-техническую программу Украины на 2008-2012 гг. и является вкладом Украины в выполнение европейской программы Глобального мониторинга и безопасности GMES, мероприятий международной инициативы GEOSS и программы космической погоды SW.

Задания проекта группируются по направлениям:

  • Мониторинг динамики ионосферы на различных временных и пространственных масштабах. Создание и пополнение «в реальном времени» базы данных активной ионосферы, интеграция данных в геоинфор¬мационные системы;
  • Систематическое исследование ионосферного отклика на воздействия сверху (солнечную и геомагнитную активность) и снизу (катастрофические явления на Земле);
  • Организация синхронной с космическим сегментом работы подспутниковых электромагнитных и метеорологических полигонов;
  • Разработка научно-методических основ использования низкоорбитальных спутников для геофизического мониторинга ионосферы. С этой целью – создание платформ КА и бортовых измерительных комплексов;
  • Образовательная деятельность, создание виртуальных обсерваторий для изучения динамики ионосферы, популяризация космических исследований, на международной арене – популяризация Украины как космической державы.

Историческая справка

Идея проведения проекта "Ионосат", была выдвинута в феврале 2006 г. в ходе одного из происходивших в НКАУ совещаний. Авторы проекта: В.Н. Ивченко (Киевский национальный университет имени Тараса Шевченко), В.Е. Корепанов (ЛЦ ИКИ), Г.В. Лизунов (ИКИ), О.П. Федоров (тогда – начальник управления научных космических исследований НКАУ) и Ю.М. Ямпольский (РИ НАНУ). Название проекта – "Ионосат" – предложено А.Р. Гронской (ЛЦ ИКИ), причём вначале было "Ионосатс" (от Ionosphere Satellites), но потом последняя буква незаметно отпала.

В период 2006-2008 гг. были разработаны концепция и научная программа проекта, предложен состав научной аппаратуры КА, определён перечень измеряемых параметров, создан научный и организационный комитеты, разработаны требования к КС, проведены баллистические расчеты, приняты положение об управлении проектом и план мероприятий по подготовке проекта. Перечисленные документы утверждены НТС НКАУ от 16 декабря 2008 г.

"Ионосат" вызывал живое международное обсуждение. Интерес к участию в проекте выразили коллеги из России, Польши, Норвегии, Китая, других стран, как в части создания полезной нагрузки КА, так и целых платформ КА.

Начиная с 2009 года финансирование "Ионосата" приостановлено. Работы замерли примерно у того же рубежа, который так и не преодолел проект "Предупреждение". Временами вокруг "Ионосата" возобновляется деятельность, за которой стоят очень разные мотивы: научного интереса и престижа (о чём шла речь в начале раздела 1), необходимости в условиях кризиса оправдывать своё существование в глазах руководства (НКАУ перед правительством, ИКИ и ГП "КБ "Южное" перед НКАУ), поиск источников финансирования ...

Принципы проекта "Ионосат":

  • Орбитальная группировка представляет собой кластер из трех микроспутников с идентичным (или почти идентичным) составом полезной нагрузки, что обеспечивает мультипозиционность космических измерений;
  • Группировка выводится на слабоэллиптическую орбиту с перигеем 400 км, апогеем не более 800 км, что обеспечивает возможность регистрации процессов в «плот¬ной» ионосфере и нейтральной атмосфере. Время активного функционирования КС – не менее двух лет;
  • Орбита приполярная, не солнечно-синхронная, что максимально обеспечивает покрытие земной поверхности орбитальной сеткой для всех значений местного времени;
  • Орбитальная группировка – компактная, движется как целое. Взаимное расхожде¬ние КА не превышает нескольких тысяч километров за 2 года, что обеспечивает диагностику средне- и крупномасштабных атмосферно-ионосферных неоднород¬ностей;
  • Электромагнитная чистота КА, состав измерительной аппаратуры, штанги – обеспечивают синхронную регистрацию природных флуктуаций в заряженных и нейтральных компонентах атмосферы, а также в потоках энергичных частиц и электромагнитном поле;
  • Мониторинговые режимы измерений – основные.

Космическая система

Космическая группировка "Ионосат" создается как компактный кластер, треугольник в горизонтальной плоскости (рис. 4.1). Группировка выводится на орбиту одним запуском. (Разработка вариантов создания КС является отдельной сюжетной линией. Как вариант, рассматривается возможность запуска одновременно двух КА, а затем доукомплектова¬ния группировки с помощью дополнительно запущенного КА).

Орбита КА-1 является опорной:

  • перигей 400 км;
  • апогей не более 800 км, но такой, чтобы (в зависимости от солнечной активности) время жизни КА составляло более 2-х лет;
  • Наклонение плоскости орбиты: в интервале от 82° до 98°.

КА-2 движется следом за КА-1.

КА-3 выводится на орбиту, плоскость которой по долготе восходящего узла повернута приблизительно на 5°. Остальные орбитальные параметры близки к опорным. (Как вариант, рассматривается размещение третьей орбиты в той же плоскости что и предыдущих, но с изменением высот апогея и перигея КА-3. В последнем случае кластер будет сформирован не в горизонтальной, а в вертикальной плоскости).

Под действием природных факторов (асимметрии геоида, неоднородности атмосферы) КА постепенно расходятся между собой. Как показывают баллистические расчеты, на протяжении 2-х лет расстояние между КА не превышает 3000...5000 км. Тем не менее, для компенсации случайных возмущений траекторий КА атмосферными неоднородностями, КА должны быть оснащены корректирующими двигателями.

Рисунок 4.1. Орбитальная конфигурация проекта "Ионосат"

КА

Прототип микроспутниковой платформы: МС-2 (разработка ГП "КБ "Южное").

Штанги для измерительных датчиков: всего необходимы 5 штанг длинной более 2 м. Четыре штанги установлены под углом 90° между собой (крестом) в условно горизонтальной плоскости. Пятая штанга направлена ортогонально к предыдущим четырём, условно вертикально (может быть совмещена со штангой гравитационной стабилизации).

На штангах размещаются (рис. 4.2):

  • 3 волновых зонда WP,
  • феррозондовый магнитометр FGM,
  • анализатор спектра электрического поля RFA.
  • датчики газоплазменных параметров плазмы DN-DE,
  • датчик электрического потенциала EP, который создает четвертую реперную точку для измерения вектора электрического поля.

Служебные системы ориентации, стабилизации и позиционирования:

  1. Система астронавигации для определения ориентации КА с точностью ~ 0.02°. Столь высокая точность необходима для прецизионного измерения компонент вектора магнитного поля Земли (не хуже 1 нТл);
  2. Система GPS с точностью определения мгновенного местоположения КА ~ 10 м. Высокая точность позиционирования необходима для интерпретации синхронных измерений в кластере КА. Наличие GPS-приёмников позволит осуществить эксперименты с радиопросвечиванием ионосферы.
  3. Стабилизация ориентации КА ~ 10°. (В данном проекте требуется высокая точность знания, а не поддержания ориентации КА).

Рис. 4.2. Ориентировочное размещение датчиков на КА

Полезная нагрузка

КА несут идентичную (или почти идентичную) полезную нагрузку. Модельный состав научной аппаратуры представлен в табл. 4.1.

Таблица 4.1. Предлагаемый состав бортовой научной аппаратуры для проекта "Ионосат"

Название прибора изготовитель Измеряемые параметры Измеряемые параметры Примечания
Волновой зонд WP, ЛЦ ИКИ НАНУ-НКАУ Плотность тока в диапазоне частот:
0.1 Гц - 40 кГц,
при шумах 2·10-13 А/см2Гц1/2
на частоте 1 кГц
Переменное магнитное поле: 0.1 Гц - 40 кГц,
при шумах 0.03 пТ/Гц1/2
на частоте 1 кГц
Потенциал электрического поля:
0 Гц - 40 кГц,
при шумах 0.1 мкВ/Гц1/2
на частоте 1 кГц
Датчик:
M ≤ 0.4 кг P≤1,0 Вт
L3 = ø64 × 325 мм
Блок электроники:
M ≤ 0.5 кг
L3 = 140×85×40 мм
Аналоговый сигнал
≤ 13 Мбит/с
3 шт. – на штангах
1 шт. – на платформе КА
Электрический зонд ЕP, ЛЦ ИКИ НАНУ-НКАУ Потенциал электрического поля в диапазоне частот
0 Гц - 200 кГц,
при шумах 50 нВ/Гц1/2 на частоте 1 кГц
Датчик:
M ≤ 0.3 кг P≤1.0 Вт
L3 = ø80 x 190 мм
Блок электроники:
Аналоговый сигнал
≤ 13 Мбит/с
1 шт. – на гравитационной штанге
Датчики кинетических параметров DN-DЕ, ИТМ НАНУ-НКАУ Параметры нейтральных частиц:
концентрация Nn=105-1012 см-3;
давление Р=10-2-10-7 Па.
Параметры заряженных частиц:
концентрация 103 -1011 см-3;
температура электронов 0,1-1.5 еВ
Датчик DN:
M= 1 кг, P < 2 Вт
L3 =120×70×100мм
Датчик DE:
M= 0.1 кг
L3 = ø 40×250 мм
Блок электроники:
M= 1 кг, P < 1 Вт
200 бит/
1 шт. – на гравитационной штанге
1 шт. – на гравитационной штанге
Магнитометр постоянного поля FGM, ЛЦ ИКИ НАНУ-НКАУ Вектор магнитного поля:
Диапазон частот 0 – 1 Гц
Динамический диапазон ±65000 нТ
Шум: 10 пТ/Гц1/2 на частоте 1 Гц
Датчик:
M ≤ 0,1 кг
L3 = ø45 х70 мм
Блок электроники:
L3 = 140х85х40 мм
P< 0.4 Вт M ≤ 0.5 кг
250 бит/с
1 шт. – на платформе КА
Анализатор спектра электрического поля RFA, SRC PAS (Польща) Частотный спектр электрического поля в диапазоне 0,1…15 МГц 1 шт. – на штанге
Спектрометр энергетических электронов СТЕП-Е, ХНУ им. Н.Каразина Потоки и угловое распределение :
электронов 0,2-15 МеВ;
протонов 3,7-61 МеВ;
α-частиц 15,9-246 МеВ.
Угол обзора (96±2)°.
Угловое разрешение 8°.
Датчик:
M= 5 кг, P < 6 Вт
L=145×215×235 мм
Блок электроники:
M= 2 кг, P < 2 Вт
L3=80×200×160
1 Кбит/с
1 шт. – на поверхности платформы КА
Система сбора научной информации ССНИ, ЛЦ ИКИ НАНУ-НКАУ Максимальная скорость
входящей цифровой информации –
до 100 Мбит/с,
Максимальная скорость исходящей цифровой
информации – 64 Мбит/с
M= 1.5 кг, P< 4 Вт L3=21,5×160×186мм
<64 Мбит/с
1 шт. – на платформе КА
Суммарные характеристики Масса научной аппаратуры < 15 кг
Энергопотребление < 20 Вт
Информативность датчиков в мониторинговом режиме опроса f = 100 Гц:
100 Гц ×10 измерительных каналов (WP, EP) × 16 бит +
низкоинформативные каналы = 16 кбит/с = 180 Мбайт/сутки

 

Литература

Литература

  1. Korepanov, V., G. Lizunov, O. Fedorov, Yu. Yampolsky, V. Ivchenko. Ionosat – ionospheric satellite cluster. Adv. Space Res., 2008, v. 42, pp. 1515-1522
  2. Івченко В.Н., В.Є. Корепанов, Г.В. Лізунов, О.П. Федоров, Ю.М. Ямпольський. Іоносферний супутниковий проект “Іоносатс”. Космічна наука і технологія, 2007, т. 13, № 3, с. 55-66