Анотація до роботи:

Костров Л. С. Доплерівське зондування штучно збуреної середньоширотної іоносфери. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.03 – радіофізика – Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна Міністерства освіти і науки України, Харків, 2004.

На основі радіофізичних вимірювань проведені дослідження реакції іоносферної плазми на антропогенний локальний вплив на навколоземний простір. Експерименти проведені на середньоширотному полігоні Капустин Яр (Росія) та в радіофізичній обсерваторії с. Гайдари Харківської області.

Запропоновані методики зондування та обробки, які дозволили провести селекцію сигналів, відбитих від штучних плазмових утворень. Проаналізовані результати доплерівського зондування штучних іоносферних неоднорідностей в періоди інжекції в іоносферу різної кількості Ва, Li, Cs на висотах 107 – 189 км і пусків ракет з двигунами середньої потужності, які працювали при проходженні всіх шарів нижньої іоносфери, та досліджена реакція іоносфери на наземні вибухи з еквівалентним енерговиділенням W_екв ~ 100 т ТНТ.

Результати дисертаційної роботи можуть бути використані для розробки та модернізації радіофізичних систем іоносферного моніторингу.

В даній дисертаційній роботі вивчені радіофізичні характеристики реакції іоносфери на антропогенні чинники впливу на навколоземний космічний простір. Досліджено варіації доплерівського зміщення частоти сигналів зондування іоносферних збурень під час викидів хімічних реагентів, стартів ракет, під впливом акустичних імпульсів та інших джерел локального енерговиділення. Проведено спільний аналіз даних, отриманих радіофізичними та оптичними методами спостереження, що дозволило уточнити параметри радіофізичних моделей штучних іоносферних неоднорідностей. Траєкторне моделювання з використанням уточненої моделі підтвердило модову структуру та доплерівське зміщення частоти кожної з тих компонент відбитого сигналу, що спостерігалися в експериментах.

Аналіз даних доплерівського зондування іоносфери показав:

1. Штучні плазмові хмари, що реєструються радіофізичними засобами діагностики на протязі десятків хвилин, з’являються після інжекції реагентів, які легко іонізуються сонячним випромінюванням (барію, літію, цезію та інших), масою М ~ 10 кг на висотах h ~ 150 км:

– момент появи відбитих від збуреної області іоносфери радіосигналів настає, коли електронна концентрація за рахунок фотоіонізації парів реагенту перевищує у декілька разів фонову на висоті викиду;

– доплерівське зміщення частоти відбитих та рикошетуючих від штучного іоносферного утворення сигналів зондування на частоті f₀ ~ 4 МГц досягає F_d ~
(–0,5 – –1,0) Гц;

2. Доплерівське зондування області зниженої концентрації (іоносферної “діри”) після викиду в іоносферу значної кількості продуктів згоряння ракетного палива на активній ділянці траєкторії ракет з двигунами середньої потужності реєструює від’ємне доплерівське зміщення частоти до F_d ~ –1,0 Гц сигналів, відбитих від F-області, коли зондування на частоті f₀ ~4 МГц проводиться на відстані D ~ 100 км від активної ділянки траєкторії, та до F_d ~ –0,75 Гц, коли відстань збільшується до D ~ 200 км. На етапі релаксації штучного збурення реєструється додатнє зміщення частоти до F_d ~ 0,2 Гц.

3. Швидкі знакозмінні варіації частоти сигналів зондування F₂-області іоносфери до одиниць герц на інтервалі T » 40 – 60 с супроводжують наземні вибухи з енерговиділенням W_екв ~ 100 т ТНТ. Середня швидкість руху акустичної хвилі до висот h ~ 110 ± 5 км складає V_сер » 300 ± 15 мс^–1, а вище, до висот F-області, швидкість руху досягає V 700 м с^–1.

4. Порівняння доплерівських зміщень частоти сигналів зондування іоносфери під час розвитку та релаксації області зниженої концентрації, що виникає при роботі двигунів ракет в іоносфері, та під час сонячних затемнень великого степіню закриття, показує їх подібність за часом існування, величиною та знаком варіацій частоти, хоча суть процесу впливу цих штучних та природних явищ на іоносферу зовсім різна.

5. Запропоновані методики доплерівського зондування та двопараметричної обробки результатів дали можливість проводити селекцію сигналів, відбитих від штучних плазмових утворень, навіть якщо вони були енергетично набагато слабкішими за сигнали, що відбиваються від незбуреної іоносфери.

6. Використані моделі іоносферних збурень, параметри яких вибрані на основі результатів спільних радіофізичних та оптичних спостережень штучних плазмових утворень, дозволили провести моделювання траєкторій і доплерівського зміщення частоти сигналів зондування, яке показало відповідність розрахованих параметрів з тими, що спостерігались у експериментах.

Публікації автора:

Фахові видання:

1. Костров Л.С., Поднос В.А., Приймак П.А., Чулаков С.Г. Радиофизический комплекс для исследования динамических процессов в Е и F-слоях ионосферы методом доплеровского зондирования // Вестник Харьковского госуниверситета. Радиофизика и электроника. –1987. – № 307. – С. 26 – 29.

2. Костров Л.С., Черногор Л.Ф. Доплеровское радиозондирование крупномасштабных волновых возмущений в ионосфере, генерируемых мощным радиоизлучением // Геомагнетизм и аэрономия. – 1990. – Т. 30, № 1. – С. 159 – 161.

3. Дорохов В.Л., Костров Л.С., Мартыненко С.И., Пивень Л.А., Пушин В.Ф., Шемет А.С. О связи магнитных пульсаций с параметрами среднеширотной нижней ионосферы // Геомагнетизм и аэрономия. – 1989.– Т. 29, № 1. – С. 132 – 133.

4. Дорохов В.Л., Костров Л.С., Мартыненко С.И., Розуменко В.Т., Сомов В.Г., Тырнов О.Ф. Радиофизические исследования искусственных плазменных образований, вызываемых выбросами химических реагентов в ионосферу // Вісник Харківського національного університету. – 2000. – № 467. – С. 163 – 165.

5. Гармаш К.П., Гоков А.М., Костров Л.С., Розуменко В.Т., Тырнов О.Ф., Федоренко Ю.П., Цымбал А.М., Черногор Л.Ф. Радиофизические исследования и моделирование процессов в ионосфере, возмущенной источниками различной природы. 2. Процессы в искусственно возмущенной ионосфере. Вариации характеристик радиосигналов. Моделирование возмущений // Вісник Харківського університету. Радіофізика та електроніка. – 1999. – Вип. 1, № 427. – С. 3 – 22.

6. Chernogor L.F., Garmash K.P., Kostrov L.S., Rozumenko V.T., Tyrnov O.F., Tsymbal A.M. Perturbations in the ionosphere following U.S. powerful space vehicle launching // Radio Physics and Radio Astronomy. – 1998. – Vol. 3, № 2. – P. 181 – 191.

7. Костров Л.С., Розуменко В.Т., Черногор Л.Ф. Доплеровское радиозондирование возмущений в среднеширотной ионосфере, сопровождающих старты и полеты космических аппаратов // Радиофизика и радиоастрономия. – 1999. – Т. 4, № 3 / 4. – С. 227 – 246.

8. Костров Л.С., Черногор Л.Ф. Результаты наблюдения процессов в средней ионосфере, сопутствующих затмению Солнца 11 августа 1999 г. // Радиофизика и радиоастрономия. – 2000. – Т. 5, № 4. – C. 361 – 370.

Результати дисертації додатково висвітлені в працях:

статті:

9. Пушин В.Ф., Костров Л.С. Трехмерный лучевой синтез многопараметрических ионограмм цифровых ионозондов в возмущенных условиях // Вісник Харківського університету. Радіофізика та електроніка. – 1999.– Вип. 1, № 427. – С. 23 – 28.

10. Костров Л.С., Розуменко В.Т., Черногор Л.Ф. Доплеровское радиозондирование возмущений в Е- и F-областях ионосферы при стартах и полетах космических аппаратов // Космічна наука і технологія. Додаток. – 2003. – Т. 9, № 2. – С. 132 – 143.

11. Garmash K.P., Gokov A.M., Kostrov L.S., Rozumenko V.T., Tyrnov O.F., Fedorenko Y.P., Tsymbal A.M., and Chernogor L.F. Radiophysical Investigations and Modeling of Ionospheric Processes Generated by Sources of Various Nature. 1. Processes in Naturally Disturbed Ionosphere. Technical Facilities // Telecommunications and Radio Engineering. – 1999. – Vol. 53, № 4 – 5. – P. 6 – 20.

12. Костров Л.С. Доплеровское зондирование ионосферы импульсными сигналами малой скважности / Радиофизические исследования ионосферы и распространения радиоволн в Харьковском университете. – Харьков, 1995. – 5 с. – Рус. – Деп. в ГНТБ Украины 09.03.95, № 596 - Ук95.

13. Костров Л.С., Мисюра В.А., Черногор Л.Ф. Возможность проявления нелинейных эффектов на космических радиолиниях КВ-диапазона // В сборнике "Влияние мощного радиоизлучения на ионосферу". – Апатиты: Кольский филиал АH СССР. – 1979. – С. 43 – 46.

14. Garmash K.P., Gokov A.M., Kostrov L.S., Rozumenko V.T., Tyrnov O.F., Fedorenko Y.P., Tsymbal A.M. and Chernogor L.F. Radiophysical Investigations and Modeling of Ionospheric Processes Generated by Sources of Various Nature. 1. Processes in a Modified Ionosphere. Signal Parameter Variations. Disturbance Simulation // Telecommunications and Radio Engineering. – 1999. – Vol. 53, № 6. – P. 1 – 22.

15. Дорохов В.Л., Костров Л.С., Мартыненко С.И., Мисюра В.А., Пушин
В.Ф., Сомов В.Г., Тырнов О.Ф., Цымбал А.М., Шемет А.С. Радиофизические исследования ионосферных возмущений, вызываемых выбросами химических реагентов / Харьковский университет. – Харьков, 1993. – 16 с. – Рус. – Деп. в ГНТБ Украины 24.05.93, № 1005 - Ук93.

16. Rozumenko V.T., Kostrov L.S., Martynenko S.I., Misyura V.A., Tyrnov O.F., Tsymbal A.M., Chernogor L.F. Studies of Global and Large-Scale Ionospheric Phenomena due to Sources of Energy of Different Nature // Turkish Journal of Physics. – 1994. – Vol. 18, № 11. – P. 1193 – 1198.

17. Tyrnov O.F., Garmash K.P., Gokov A.M., Gritchin A.I., Dorohov V.L., Kontzevaya L.G., Kostrov L.S., Leus S.G., Martynenko S.I., Misyura V.A., Podnos V.A., Pokhilko S.N., Rozumenko V.T., Somov V.G., Tsymbal A.M., Chernogor L.F., Shemet A.S. The Radiophysical Observatory for Remote Sounding of the Ionosphere // Turkish Journal of Physics. – 1994. – Vol. 18, № 11. – P.1260 – 1265.

18. Pushin V.F. and Kostrov L.S. 3-D Ray-Tracing Synthesis of Multiparameter Ionograms as Obtained by Digital Sounders in a Disturbed Ionosphere // Telecommunications and Radio Engineering. – 1999. – Vol. 53, № 2. – P. 58 – 64.

Матеріали конференцій:

19. Dorohov V.L., Kostrov L.S., Martynenko S.I., Misyura V.A., Pushin V.F., Somov V.G., Tyrnov O.F., Tsymbal A.M., Shemet A.S. Radiophysical investigation of artificial ionospheric disturbances caused by releases of chemical reagents // Proc. Internat. Conference "Physics in Ukraine". – Kiev (Ukraine). – 1993. – P. 83 – 85.

20. Костров Л.С., Розуменко В.Т., Тырнов О.Ф., Черногор Л.Ф. Доплеровское радиозондирование возмущений в Е и F-областях ионосферы, сопровождающих старты и полеты космических аппаратов // Труды ХХ Всероссийской научной конференции “Распространение радиоволн”. – Нижний Новгород (Россия). – 2002. – С. 44 – 45.

21. Костров Л.С., Розуменко В.Т., Черногор Л.Ф. Доплеровское радиозондирование возмущений в ионосфере, сопутствовавших стартам и полетам космических аппаратов // Материалы Международной конференции «Современные проблемы физики и высокие технологии». – Томск (Россия).– 2003. – С. 464 – 467.

Тези конференцій:

22. Костров Л.С., Пушин В.Ф. Использование кросс-спектрального анализа для исследования быстрых вариаций параметров геомагнитного поля и ионосферной плазмы // Сборник тезисов II Всесоюзной научно-технической конференции "Методы представления и обработки случайных сигналов и полей". ХИРЭ. – Харьков (Украина). – 1991. – С. 192.

23. Костров Л.С., Чулаков С.Г. Измерение малых медленных вариаций частоты заполнения импульсов радиозондирования // Сборник тезисов Всесоюзного семинара "Современные методы аттестации методик выполнения измерений". – Харьков (Украина). – 1990. – С. 115.

24. Костров Л.С., Мартыненко С.И., Милованов Ю.Б., Розуменко В.Т., Тырнов О.Ф., Цымбал А.М. Методы наблюдения глобальных возмущений в ионосфере установками частичных отражений и доплеровского зондирования // Сборник тезисов Международного симпозиума "Мониторинг окружающей среды и проблемы солнечно-земной физики". – Томск (Россия). – 1996. – С. 78 – 79.

25. Chernogor L.F., Garmash K.P., Kostrov L.S., Leus S.G., Pokhilko S.N., Rozumenko V.T., Tsymbal A.M. and Tyrnov O.F. HF Doppler probing of ionospheric perturbations which accompanied the space shuttle Atlantis launch with a geomagnetic storm as a background // Annales Geophysicae. Space and Planetary Sciences. III. – Grenoble (France). – 1998. – Vol. 16. – P. 839.

26. Chernogor L.F., Garmash K.P., Kostrov L.S., Leus S.G., Pokhilko S.N., Rozumenko V.T., Tsymbal A.M. and Tyrnov O.F. Observations of ionospheric D region perturbation which accompanied the space shuttle orbiter Atlantis launch with a geomagnetic storm as a background by partial reflection technique // Annales Geophysicae. Space and Planetary Sciences. III. – Grenoble (France). – 1998. – Vol. 16. – P. 839.

27. Костров Л.С., Розуменко В.Т., Тырнов О.Ф., Черногор Л.Ф. Доплеровское радиозондирование возмущений в Е и F-областях при стартах и полетах космических аппаратов // Сборник тезисов Второй Украинской конференции по перспективным космическим исследованиям. – Кацивели (Украина). – 2002. – С.45.

28. Костров Л.С., Тырнов О.Ф., Черногор Л.Ф., Цымбал А.М. Доплеровское радиозондирование естественно-возмущенной ионосферы // Сборник тезисов Второй Украинской конференции по перспективным космическим исследованиям. – Кацивели (Украина). – 2002. – С. 46.

29. Chernogor L.F., Kostrov L.S., Rozumenko V.T., Tyrnov O.F. Doppler radar measurements of bottomside ionosphere perturbations associated with space vehicle launch and maneuvering system burns // XXVII General Assembly of the International Union of Radio Science, Programme, poster presentations Maastricht Exhibition and Congress Center (MECC). – Maastricht (The Netherlands). – 2002. – P. 152.

30. Костров Л.С., Розуменко В.Т., Черногор Л.Ф. Результаты доплеровских наблюдений возмущений в геокосмосе, сопутствовавших полетам космических аппаратов // Сборник тезисов Третьей Украинской конференции по перспективным космическим исследованиям. – Кацивели (Украина). – 2003. – С. 133.