Международная космическая станция
Геофизические эксперименты «Релаксация» на РС МКС
Цели и задачи КЭ «Релаксация» на МКС:
- Исследование физико-химических и радиационных процессов и фундаментальных констант процессов гиперскоростных столкновений молекулярных потоков с атмосферным кислородом с целью развития моделей взаимодействия выхлопов двигательных установок с верхней атмосферой Земли и уточнение модели собственной внешней атмосферы пилотируемых станций и космических аппаратов (КА)
- Исследование физико-химических и радиационных явлений, сопровождающих вход КА в атмосферу Земли с целью проведение верификации термохимических и радиационных моделей высокотемпературного воздуха по траектории спуска разрабатываемых и перспективных КА на высотах от 110 до 30 км, а также моделирование фрагментации космического мусора и естественных космических тел (боллидов, метеоров и др.).
- Исследования излучения верхней атмосферы Земли и околоземного космического пространства в УФ, видимом и ближнем ИК диапазонах спектра с целью получения данных, необходимых для моделирования глобальных атмосферных явлений естественного и техногенного происхождения (транзиентных световых явлений в верхней атмосфере Земли в УФ-диапазоне, модификация верхней атмосферы при радионагреве, явление бифуркации и глобальной трансформации высотного распределения и концентраций малых компонент в верхней атмосфере и др.)
С 2002 г. и по настоящее время проведено более 70-ти экспериментов по 8-ми направлениям, приведенных на схеме.
 |
Результаты:
- 
Разработаны базовые принципы УФ-мониторинга геофизической обстановки, в основе которых лежит использование цифровой регистрации сверхслабых полей яркости и спектров излучения верхней атмосферы Земли и ОКП с помощью разработанной в ЦНИИмаш аппаратуры высокой чувствительности «Фиалка-МВ-Космос» с использованием технологии усиления яркости и автоматизированного спектрометра с оптоволоконным входом [1, 2].
- 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.[1-4]
- 
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. [1, 2, 4]
- 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». [1, 2, 5-7]
- При воздействия мощного модулированного излучения среднеширотного радионагревного стенда «Сура» 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. [8]
- По данным систематических измерений полей яркости в верхней атмосфере Земли в УФ-диапазоне 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. [1, 2, 4-9]
- 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. [10]
- Разработана методология и получен большой объем информации по гиперспектральному мониторингу системы «атмосфера–Земля» с борта МКС в УФ, видимой и ближней ИК-областях 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). [1, 2]
Таким образом, в серии космических экспериментов «Релаксация», выполненных на борту МКС в 2002 – 2010 г. г., 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.
Перспективы исследований: проведение дальнейших системных и проектно-поисковых исследований естественных и антропогенных глобальных явлений в атмосфере и ионосфере Земли, для внедрения в перспективных разрабатываемых космических аппаратах дистанционного зондирования Земли, а также в целях 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 взаимодействия объектов РКТ с атмосферой и ионосферой Земли.
Научный руководитель КЭ «Релаксация»: к. т.н., с. н.с., старший член Американского института аэронавтики и астронавтики (AIAA), академик Российской академии космонавтики им. К. Э. Пластинин, , г. Королев, Московская обл.
Главный специалист по КЭ «Релаксация»: д. т.н., с. н.с., старший член Американского института аэронавтики и астронавтики (AIAA) , , г. Королев, Московская обл.
Главный метролог КЭ «Релаксация»: , , г. Королев, Московская обл.
Научные консультанты: д. т.н., профессор , академик РАН, д. т.н., профессор , , г. Королев, Московская обл.
Публикации
[1] , , Пластинин на МКС атмосферы и ионосферы Земли // Полет, 2007, № 12, с.3-10.
[2] , , Пластинин эксперименты «Релаксация»: научные задачи, аппаратура и результаты исследований на борту Российского сегмента Международной космической станции. // Космонавтика и ракетостроение, 2007 г., вып, стр. 33-40.
[3] Карабаджак 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, стр. 123-130.
[4] , , Хмелинин исследования сверхслабых эмиссий естественного и техногенного происхождения в верхних слоях атмосферы и ионосферы Земли // Космонавтика и ракетостроение, 2007, вып, стр. 26-32.
[5] , , Горшков исследования с борта МКС плазменных образований. – Тезисы доклада на международной конференции «Современные проблемы газовой динамики», посвященной 100-летию академика , 21-23 апреля 2009 г., г. Москва
[6] , , Горшков исследования с борта МКС плазменных образований при входе и фрагментации космических аппаратов в атмосферу Земли. – Тезисы доклада на Шестом Международном аэрокосмическом конгрессе IAC’09, г. Москва, 23-27 августа 2009 г.
[7] Ф, , А, Хмелинин входа в атмосферу Земли грузового КА ATV спектрозональной системой «Фиалка-МВ-Космос» с борта МКС // Космонавтика и ракетостроение, 2010, вып
[8] , , Хмелинин 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, стр. 88-94.
[9] , , Хмелинин профилей концентраций атомов кислорода в верхних слоях атмосферы Земли по экспериментальным данным с пилотируемых космических станций // Космонавтика и ракетостроение, 2007, вып, стр. 38-43
[10] , , Хмелинин из космоса грозовых образований в верхней атмосфере Земли в ультрафиолетовой области спектра // Космонавтика и ракетостроение, 2010, в печати
