Направление 2. Исследование Земли и космоса

Цель

Цель направления - изучение физических процессов, происходящих на поверхности, в атмосфере и ионосфере Земли, изучение ближнего и дальнего космоса.

Основные положения

Одним из важнейших направлений применения космической техники для решения социально-экономических и научных задач является в настоящее время создание и развитие космических средств и технологий наблюдения Земли. По результатам таких наблюдений обнаруживаются, отождествляются и классифицируются физические объекты, фиксируется состояние и осуществляется мониторинг природохозяйственных объектов и процессов, связанных с природоохранной деятельностью, прогнозированием погоды, неблагоприятных и опасных гидрометеорологических явлений. Спутниковые наблюдения необходимы для оценки масштабов чрезвычайных ситуаций и принятия адекватных мер по минимизации причиняемого при их возникновении ущерба и уменьшению их последствий, для контроля за эффективностью производственных процессов, связанных с природопользованием, для изучения эволюции Земли и изменений окружающей среды и климата.

Исследование Земли из космоса с МКС осуществляется по следующим основным направлениям:

• исследование атмосферы и подстилающей поверхности;

• экологические исследования;

• изучение и диагностирование природных и техногенных катастроф;

• развитие новых методов и методик дистанционного зондирования;

• калибровка и интеркалибровка измерительной аппаратуры, валидация результа-

тов обработки экспериментальных данных;

• развитие новых технологий обработки и хранения информации, обмена данными.

Важной составляющей программы являются исследования по геофизике и изучению ОКП в том числе - изучение космической погоды, влияющей на торможение МКС, на функционирование наземных и космических технических систем, радиационную обстановку в ОКП и т.д. В рамках этого направления предполагаются наблюдения Солнца и солнечной активности, как основного источника формирования космической погоды в ОКП.

В солнечной физике на сегодняшний день существует целый ряд нерешенных фундаментальных задач, представляющих большой научный интерес. К наиболее известным из них можно отнести проблему коронального нагрева, механизмы развития вспышек и эруптивных процессов, формирование высокотемпературной плазмы в активных областях. Кроме того, актуальным направлением современной солнечной физики является прогнозирование геоэффективных процессов в атмосфере Солнца. Для исследования перечисленных научных задач необходимо проведение телескопических и спектроскопических наблюдений Солнца в широком энергетическом диапазоне.

В связи с отсутствием отечественных регулярных внеатмосферных наблюдений ультрафиолетового излучения Солнца, важного для формирования ионосферы, озоносферы (и в целом средней атмосферы и термосферы Земли) целесообразно проводить его мониторинг на МКС.

МКС является эффективным инструментом по изучению вертикального распределения температуры и плотности воздуха, вертикальных профилей спектра загрязняющих примесей в атмосфере Земли, в том числе тонкой слоистой структуры вертикального распределения озона и аэрозоля, а также пространственного распределения приземной двуокиси азота и других составляющих компонент атмосферы. Кроме того, необходимо продолжить исследования направленных на изучение и диагностирование природных и техногенных катастроф которые в дальнейшем должны проводиться по отдельной межведомственной целевой программе.

Технические и аппаратурные возможности МКС позволяют проводить исследования по изучению различных проявлений атмосферного электричества. Особый интерес последнее время вызывает изучение «экстремальных» вспышечных событий: самых мощных источников

УКВ излучения в земной атмосфере - компактных межоблачных разрядов, спрайтов, покрывающих большие пространства в стратосфере и мезосфере, а также синих джетов. Специально для проведения полномасштабных исследований указанных выше явлений был разработана микроспутниковая платформа «Чибис», запуск которой также осуществляется с использованием инфраструктуры РС МКС.

Установка на борту РС МКС радиоприемной аппаратуры навигационного диапазона позволит использовать радиосигналы спутниковых систем GPS/ГЛОНАСС и наземных передатчиков для отработки комбинированного метода радиозондирования ионосферы и выполнить исследования, направленные на решение задач повышения точности позиционирования пользователей навигационной системы ГЛОНАСС.

Активные методы изучения ионосферы и использование ионосферы как естественной плазменной лаборатории позволят изучить возможности формирования магнитосферного волновода для создания электромагнитного канала коммуникационной связи, оценить предельные техногенные нагрузки на ионосферную среду, выяснить эффекты нагрева ионосферы и инициирования геофизических явлений мощными радиопередатчиками и специальными нагревными стендами, изучить эффекты воздействия выбросов двигательных установок МКС на ионосферу и происходящие при этом релаксационные процессы в ионосферной плазме. Изучение плазменно-волновой обстановки в окрестности самой станции позволит понять фоновые условия для проведения других электромагнитных экспериментов и ограничения на точность проводимых измерений.

Эксперименты в рамках астрофизических и фундаментальных физических проблем дают значительный вклад в развитие представлений о структуре вещества Вселенной, о высокоэнергетических процессах, протекающих в космических объектах. Проведение аналогичных экспериментов с помощью наземных установок невозможно по принципиальным ограничениям из-за влияния атмосферы. Важно отметить, что проведение космического эксперимента позволяет достичь равномерного наблюдения всей небесной сферы в космических лучах предельно высоких энергий с помощью одного прибора, что недостижимо для наземных детекторов. Это делает возможным исследование анизотропии космического излучения на новом уровне и провести верификацию различий в данных наземных экспериментов.

В области гамма-астрономии разрабатываются проекты, направленные на измерение фоновых и вспышечных потоков линейчатого гамма-излучения в диапазоне энергий от 0,2 до 2,0

МэВ с помощью нового, не имеющего аналогов в практике космических исследований типа прибора - газовой ионизационной камеры с ксеноном при высоком давлении и исследование первичного гамма-излучения высокой энергии - от 1 до 1000 ГэВ.

Астрофотометрия решает три основные методические задачи: измерение блеска различных небесных объектов в единой шкале звездных величин, исследование изменения во времени величины потока световой энергии и изучение распределения энергии в спектре небесных объектов. В результате астрофотометрических измерений решается широкий круг проблем астрономии и астрофизики. В их числе определение галактических расстояний и изучение строения и эволюции Галактики, проблемы внутреннего строения и эволюции звезд и много другое.

Полученные результаты дадут ценную информацию о наблюдаемых объектах для астрономических исследований вообще и для астрофизики в частности, а также позволят создавать звездные каталоги для прикладных применений.

Целью исследования космических лучей является систематическое получение детальных энергетических спектров тяжелых ядер космических лучей внутри магнитосферы Земли в различные периоды солнечной активности с целью установления природы частиц (солнечного, галактического, магнитосферного или другого происхождения) путем сравнения с данными других экспериментов, выполненных на орбитах с различным наклонением внутри и вне магнитосферы при краткосрочных и длительных экспозициях.

Исследования частиц высоких энергий, рождающихся во Вселенной - чрезвычайно бурно развивающееся направление в связи с актуальными проблемами их происхождения. Результаты этих исследований закладывают основу нового направления исследования космических лучей высоких энергий с помощью космических аппаратов. Результаты исследований имеют первостепенное значение для понимания структуры Вселенной, развития её во времени и будут востребованы институтами и организациями, изучающими астрофизику и космологию. Результаты исследования в этой области будут иметь большое значение для физики элементарных частиц, физики высоких энергий и, в конечном счёте, для поиска новых источников энергии.

Поскольку размещение приборов и инструментов в космосе даёт возможность регистрировать электромагнитное излучение в диапазонах, в которых земная атмосфера непрозрачна, открывается возможность получить, например, полное изображение видимого полушария Луны в рентгеновских, ультрафиолетовых и инфракрасных лучах. Благодаря отсутствию атмосферы разрешающая способность таких инструментов в 7 – 10 раз больше, чем у аналогичных приборов, расположенных на Земле. Подобная информация окажется весьма полезной при предварительном выборе областей, обогащенных специфическими природными ресурсами (например, иридием), для последующих более детальных исследований. В качестве успешного изучения лунной поверхности с низкой околоземной орбиты можно привести результаты лунно-планетной программы космического телескопа «Хаббл».

Исследования возможностей построения инструментов с разделенными элементами являются необходимой частью (этапом) создания таких сверхбольших инструментов, как телескоп Френеля, который может быть использован для изучения экзопланет, исследования поведения материи в экстремальных условиях и др.

 

Статистика по состоянию КЭ

Эксперименты

Наименование Руководитель Состояние
Альфа-Электрон Колдашов С. В. Готовится
Базис Пластинин Ю.А. Готовится
БТН-Нейтрон Митрофанов И. Г., ИКИ РАН, заведующий лабораторией, д.ф.-м.н. Реализуется
БТН-Нейтрон-2 Митрофанов И. Г., ИКИ РАН, заведующий лабораторией, д.ф.-м.н. Готовится
Ветер Готовится
Волны Алпатов В.В., Институт прикладной геофизики, заведующий отделом, к.ф.-м.н. Завершен
Всплеск Гальпер А.М. Завершен
Гидроксил Кузнецов В.Д. Готовится
ГРИС – ФКИ – 1 Котов Ю.Д. Готовится
Диатомея Виноградов М.Е., академик РАН Завершен
Дриада Кораблёв О. И., ИКИ РАН Готовится
Дубрава Федорчук Р.С. Реализуется
Импульс (1 этап) Ружин Ю.Я., ИЗМИРАН, зам. директора, д.ф.-м.н. Завершен
Импульс (2 этап) Ружин Ю.Я., ИЗМИРАН, зам. директора, д.ф.-м.н. Готовится
Ионозонд-ТГК Данилкин Н. П., Институт прикладной геофизики, д.ф.-м. н., профессор Готовится
ИФР-1 Шноль С. Э., МГУ, каф. биофизики физического ф-та, главный научный сотрудник, д.б.н., профессор Готовится
Климат Израэль Ю. А., ГУ «ИГКЭ» Росгидромета и РАН, директор, д.ф.-м.н., академик РАН Готовится
КЛПВЭ Хренов Б. А. НИИЯФ МГУ Готовится
Конвергенция Шарков Е. А., ИКИ РАН, зав.отделом, д.ф.-м.н., профессор Готовится
Кортес Кузин С.В., Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН, зав. лаб., к.ф.-м.н. Готовится
Лира-Б Захаров А. И. Готовится
МВН Семена Н. П., ИКИ РАН, старший научный сотрудник, к.т.н. Готовится
МВН М-2 Павлинский М. Н., ИКИ РАН, зам. директора, д.ф.-м.н. Готовится
Метрад Готовится
Микроспутник Зелёный Л. М., ИКИ РАН, директор, профессор, академик РАН Завершен
МКС-Глонасс Лукин Д.С. Готовится
МКС-РСА(Р) Кутуза Б. Г., ИРЭ им. В.А.Котельникова РАН, зав.лаборатории, д.ф-м.н., профессор Готовится
Молния-Гамма В.Д. Кузнецов Завершен
Молния-СМ Кузнецов В. Д. Завершен
Мониторинг-ДТР Меньшиков В.А., Ассоциации «МАКСМ», первый вице-президент-генеральный конструктор, д.т.н., профессор Готовится
Напор-миниРСА Микрин Е. А., ПАО РКК "Энергия", первый зам. ген. конструктора, академик РАН Реализуется
Обстановка (1 этап) Климов С.И., ИКИ РАН, в.н.с., зав.лаб., д.ф.-м.н. Завершен
Обстановка (2 этап) Климов С.И., ИКИ РАН, в.н.с., д.ф.-м.н. Готовится
Плазма - МКС Лукьященко В. И. Завершен
Плазма-Прогресс Твердохлебова Е.М., ФГУП ЦНИИмаш, нач.лаб., к.т.н. Завершен
Плазма-ЭРП Твердохлебова Е.М., ФГУП ЦНИИмаш, нач.лаб., к.т.н. Готовится
Планетный мониторинг Кораблёв О.И., ИКИ РАН, зам.директора, д.ф.-м.н. Готовится
Платан Гагарин Ю. Ф. Завершен
Радар-Прогресс Шувалов В. А., ЦНИИмаш, нач. лаборатории, к.т.н., с.н.с. Завершен
Радиолокатор Караев В. Ю., Институт прикладной физики РАН, с.н.с., к.ф.-м.н. Готовится
Ракурс Беляев А.Н Готовится
Релаксация Пластинин Ю.А., ФГУП ЦНИИмаш, зам.нач.отделения-нач.отдела, к.т.н. Завершен
Русалка Кораблёв О.И., ИКИ РАН, зам.директора, д.ф.-м.н. Завершен
СВЧ-радиометрия Смирнов М.Т. Завершен
Сейнер Ванюшин Г.П. Завершен
Сейсмопрогноз Кузнецов В.Д. Завершен
Скаттерометр-L Смирнов М.Т. Готовится
СОЛНЦЕ-ТЕРАГЕРЦ Готовится
Сценарий Беляев М. Ю., ПАО РКК «Энергия», д.т.н., профессор Реализуется
Тахомаг-МКС Кузнецов В. Д., ИЗМИРАН, директор, д.ф.-м.н. Готовится
Терминатор Беляев А.Н. Готовится
Трабант Климов С.И., ИКИ РАН, зав.лаб., в.н.с., д.ф.-м.н. Готовится
Ураган Беляев М. Ю., ПАО РКК «Энергия», зам. рук. НТЦ - нач. отд., д.т.н., профессор Реализуется
УФ Атмосфера Хренов Б.А., НИИЯФ МГУ, в.н.с., д.ф.-м.н. Готовится
Фон Савиных В. П., Московский государственный университет геодезии и картографии, президент университета, д.т.н., член-корр. РАН, профессор Готовится
Чибис-АИ Готовится
Экон Онуфриенко Ю. И., ЦПК, летчик-космонавт РФ Завершен
Экон-М Орешкин Г.Д., ЦПК им. Ю.А. Гагарина, зам.нач. 1-го управления по научно-исследовательской испытательной работе, к.т.н. Реализуется