«Союз» запускает первую ионосферную миссию
Анатолий Зак, russianspaceweb.com
Первоисточник
Ракета-носитель «Союз-2-1б» стартовала с космодрома «Восточный» 5 ноября 2024 года с первой парой из четырёх космических аппаратов «Ионосфера». «Ионосфера» — один из немногих российских космических научных проектов, которые, как ожидается, будут запущены в этом десятилетии. Цель «Ионосферы» — мониторинг явлений «космической погоды», таких как воздействие солнечного ветра на околоземное пространство, что будет иметь двойное назначение. Эта же ракета также вывела на орбиту 53 дополнительных спутника, в том числе два спутника из Ирана.
Предыдущая миссия: Метеор-М2-4
Краткое описание миссии «Ионосфера-1, -2»:
Краткая история миссии «Ионосфера»
Ранняя демонстрационная модель спутника "Ионосфера".
Как следует из названия, спутники «Ионосфера-М» были разработаны для изучения области околоземного пространства, известной как ионосфера, на высоте от 50 до 2000 километров. Из-за влияния солнечного и галактического излучения в этой области содержатся заряженные частицы, такие как ионы и электроны, образующиеся в результате взаимодействия нейтральных атомов и молекул верхних слоёв атмосферы с рентгеновским и ультрафиолетовым излучением из космоса. В результате ионосфера может проводить электричество и отражать радиоволны или создавать помехи для них. Поскольку электрический ток, возникающий в магнитосфере Земли, может распространяться через ионосферу, она играет важнейшую роль в формировании магнитных бурь и других явлений, в том числе знаменитых полярных сияний. С практической точки зрения, мониторинг ионосферы может помочь предсказывать события, связанные с «космической погодой», которые могут влиять на постоянно растущее число космических и наземных систем.
Критическим свойством, определяющим условия в ионосфере, является концентрация заряженных частиц, которую можно измерить, отражая радиоимпульсы и интерпретируя отражённый сигнал с разных высот. Этот метод стал известен как ионосферное зондирование, или «ионозондирование» по-русски, и впервые был испытан на борту советского спутника «Космос-381», запущенного в 1970 году, и на борту «Интеркосмоса-19» в 1979 году. Затем СССР запланировал создание целой группировки спутников для наблюдения за «космической погодой», но в 1987 году была запущена только недолговечная миссия «Космос-1809», после чего космический бюджет СССР сократился вместе с остальной экономикой.
Тем не менее, один эксперимент по изучению ионосферы был проведён на борту модуля «Природа», который был запущен на космическую станцию «Мир» в 1996 году при поддержке НАСА, и по сути завершил советский период исследований в этой области. (1071)
В 2000-х годах Московский институт космических исследований ИКИ предпринял первые реальные попытки возобновить работу над проектом «Ионозонд», который наряду с основным квартетом также включал пятый космический аппарат, известный как «Зонд-М». Однако Российская Федеральная программа, рассчитанная на 2016-2025 годы, ограничила финансирование спутников «Ионосфера», отложив запуск «Зонд-М» до следующего 10-летнего периода. (ИНСАЙДЕРСКИЙ КОНТЕНТ)
«Ионосфера квартет» был построен в московской корпорации ВНИИЭМ, в то время как ИКИ и ее субподрядчики поставляли приборы и разрабатывали научную программу. Российское федеральное метеорологическое агентство, Росгидромет и Российская академия наук (РАН) выступили заказчиками полученных данных. Из-за потенциального влияния солнечной активности на военные операции было также объявлено, что одним из заказчиков является Министерство обороны России.
Научный багаж «Ионосфера-М» включал в себя семь приборов:
LAERT — ионный зонд для измерения вертикального распределения концентрации электронов в ионосферной плазме;
PES — приёмник навигационных сигналов спутников GPS и ГЛОНАСС для изучения свойств ионосферы методом радиозатмения;
«МАЯК» — передатчик радиосигналов на наземную станцию для метода маловысотной томографии;
NVK — низкочастотный приёмник-анализатор электромагнитных волн с магнитными и электрическими датчиками для измерения естественного излучения космической плазмы, а также искусственных наземных источников низкочастотного излучения, таких как линии электропередачи и передатчики.
SPER/1 — плазменный спектрометр для плазмы и излучения для мониторинга поступающей из магнитосферы плазмы.
GALS/1 — Спектрометр галактических лучей и магнитосферного излучения;
SG/1 - Гамма-спектрометр.
Помимо приборов, полезная нагрузка «Ионосферы-М» включала специальное устройство, предназначенное для обработки поступающих научных данных.
Кроме того, ИКИ в сотрудничестве с НПП «Астрон-Электроника» разработал прибор «Озонометр-ТМ» для исследования озонового слоя, но его пришлось отложить до запуска второй пары «Ионосфера-М». В то же время запуск первых двух «Ионосфер» должен был сопровождаться развёртыванием кубсата SamSat-Ionosfera среди дополнительных полезных нагрузок для одновременного измерения плотности плазмы.
Проект «Ионосфера» предполагал размещение каждой пары спутников на отдельной плоскости 820-километровой солнечно-синхронной орбиты с наклоном 98 градусов по отношению к экватору. Первая пара будет находиться в орбитальной плоскости, земная траектория которой пересечёт экватор из Южного в Северное полушарие примерно в 21:00 по местному времени, а вторая плоскость сделает то же самое в 15:00 по местному времени.
В пределах каждого плоского участка два спутника будут находиться на расстоянии около 180 градусов друг от друга по орбитальному кругу для полного охвата ионосферной зоны во время миссии, которая должна продлиться не менее восьми лет.
Три наземные станции Росгидромета сети космического мониторинга «Планета», расположенные в Европейском (Москва), Сибирском (Новосибирск) и Дальневосточном (Хабаровск) регионах России, были оборудованы для приема научных данных со спутников «Ионосфера». В свою очередь, Центр приема и распределения данных Росгидромета, NKPOR, был назначен ответственным за обработку и распространение данных. Как это принято для гражданских космических аппаратов, за управление полётом спутников отвечал центр управления полётами «Роскосмоса» в научно-исследовательском институте ЦНИИмаш в Королёве под Москвой.
Известны технические характеристики спутника «Ионосфера»:
Вторичная полезная нагрузка
Помимо двух спутников «Ионосфера», разгонный блок «Фрегат» был запрограммирован на развёртывание 53 дополнительных полезных нагрузок, в том числе 16 кубсатов, разработанных в рамках образовательной программы Space–π. В общей сложности 43 кубсата были размещены в стандартных пусковых контейнерах, предоставленных подрядчиком Aerospeis Kapital, и прикреплены к разгонному блоку «Фрегат». Этот же подрядчик также интегрировал 24 спутника CubeSat-3U для автоматической системы идентификации SITRO-AIS, используемой на судах. Они были размещены в шести контейнерах по 12U, в каждом из которых находилось по четыре кубсата по 3U.
Второстепенные полезные нагрузки на борту «Союза», запущенного 5 ноября 2024 года:
Пусковая кампания «Ионосферы»
После многочисленных задержек в декабре 2016 года Роскосмос заключил с корпорацией «ВНИИЭМ» официальный контракт на полномасштабную разработку системы «Ионосфера-2025». Однако в феврале 2017 года бюджет проекта был сокращён, что отодвинуло запуск спутника «Зонд-М» на 2025 год. К тому времени разработка спутников «Ионосфера-М» была в основном завершена, и их производство уже началось. На тот момент запуск первой пары был обещан на 2023 год, а второй пары — на год позже. (1072)
В 2019 и 2020 годах разработка шла достаточно гладко, чтобы официальные лица перенесли дату запуска первой пары с 2023 года на апрель-июнь 2021 года, но проект неизбежно отставал от первоначального графика.
В 2022 году запуск первой пары был запланирован на 5 декабря 2023 года, но в сентябре 2023 года запуск перенесли на 10 декабря 2023 года в 02:18 по московскому времени, а затем на 12 декабря 2023 года. К ноябрю 2023 года запуск был перенесён на 21 мая 2024 года, но к тому времени его перенесли на 5 ноября 2024 года, и он остался в графике.
27 августа 2024 года «Роскосмос» объявил, что специалисты из подразделения наземной инфраструктуры ЦЭНКИ в Восточном и инженеры из НПО «Лавочкин» приступили к подготовке разгонного блока «Фрегат», что ознаменовало начало подготовки к запуску миссии «Ионосфера-М» с космодрома Восточный. 4 сентября 2024 года совместная команда ЦЭНКИ и НПО «Лавочкин» переместила «Фрегат» с места обработки на заправочную станцию. Загрузка компонентов топлива и сжатых газов на борт ступени началась 5 сентября.
Два основных блока полезной нагрузки «Ионосфера» для миссии были доставлены грузовиком на склад (INSIDER CONTENT) в центр обработки в Восточном утром 27 сентября 2024 года, где транспортные контейнеры были выгружены, а спутники были перенесены в здание для подготовки космических аппаратов для предстоящих электрических и пневматических испытаний, которые были завершены к 11 октября, сообщает Роскосмос.
Секция полезной нагрузки для миссии «Ионосфера» была полностью собрана к 30 октября 2024 года, а 1 ноября её интегрировали с ракетой-носителем «Союз». В тот же день Государственная комиссия, осуществляющая надзор за полётом, разрешила выкатить ракету на стартовую площадку 1С, что и произошло 2 ноября 2024 года.
Как запущена «Ионосфера»
А «Союз-2-1б» - ракета-носитель с разгонным блоком «Фрегат» стартует со стартового комплекса «Союз» на космодроме Восточный 5 ноября 2024 года, в 02:18:40.459 по московскому времени.
После нескольких секунд вертикального подъёма под действием четырёх ускорителей первой ступени и основного ускорителя второй ступени ракета направилась на северо-запад через восточную часть России, выйдя на околополярную орбиту с наклоном около 98,57 градусов к экватору. Четыре закрепленных разгонных блока первой ступени отделились через 1 минуту 59 секунд после старта, чтобы упасть в районе падения № 981 в Амурской области (Приамурье) на границе Тындинского и Зейского районов.
Обтекатель, защищающий полезную нагрузку, затем разделился на две половины и отделился во время работы второй ступени на 3-й минуте 47-й секунде полёта. В результате его фрагменты упали в районе падения № 983 в Алданском районе Республики Саха (Якутия).
За 4 минуты 48 секунд до завершения работы второй ступени двигатель РД-0124 третьей ступени начал работать через межступенчатую решётчатую конструкцию, которая через несколько мгновений отделилась вместе со второй ступенью через 4 минуты 48 секунд после старта.
Всего через 1,5 секунды хвостовая часть третьей ступени разделилась на три сегмента. И вторая ступень, и сегменты хвостовой части должны были упасть на землю в районе падения № 985 в Вилюйском районе, расположенном севернее в Республике Саха.
Третья ступень продолжала работать, выводя верхнюю ступень «Фрегат» и её пассажиров на орбиту с апогеем (наивысшей точкой) около 196 километров и перигеем всего 12 километров, то есть в плотной атмосфере. В результате после отключения двигателя и отделения от «Фрегата» через 9 минут 24 секунды после старта третья ступень начала долгое свободное падение на Землю над Арктическим и Северным Атлантическим океанами. Его траектория была рассчитана таким образом, чтобы горящие обломки ракеты-носителя упали в Атлантический океан.
Профиль полета космического буксира
После отделения от третьей ступени «Фрегат» был запрограммирован на включение двигателей над Арктическим регионом через 10 минут 23 секунды после старта примерно на 1,5 минуты, чтобы выйти на переходную орбиту. Предполагалось, что «Фрегат» будет пассивно подниматься в течение примерно 46 минут, прежде чем ему придётся включиться во второй раз в апогее своей начальной орбиты, на этот раз над Антарктидой, через 51 минуту 33 секунды после старта. Маневр, длившийся менее минуты, был разработан для вывода аппарата на почти круговую орбиту на высоте около 830 километров над поверхностью Земли. Примерно через минуту, или через 56 минут 15 секунд после старта, пара спутников «Ионосфера» была запрограммирована на отделение от адаптера полезной нагрузки «Фрегата», что завершило основную задачу миссии.
Роскосмос подтвердил, что спутники «Ионосфера» были выведены на запланированную орбиту.
Поскольку первые запуски двигателей «Фрегата» должны были выполняться за пределами видимости российских наземных станций, их успешное завершение должно было быть подтверждено во время последующих пролётов над территорией России.
Предполагалось, что после успешного запуска основной полезной нагрузки «Фрегат» выполнит запрограммированную последовательность действий для вывода на орбиту дополнительных полезных нагрузок.
