Луч с орбиты. Зондирование атмосферы — залог точного приземления космонавтов.

В космических делах мелочей не бывает. Каждая фаза полета на орбиту и возвращения с нее должна быть скрупулезно проработана, иначе жизнь космонавтов будет поставлена под угрозу. Скажем, малейшее отклонение при спуске приведет к посадке не в заданном районе, а где-нибудь в тайге — такие случаи бывали. В Институте оптики атмосферы им. В.Е.Зуева СО РАН разрабатывают технологии лидарного зондирования атмосферы, которые могут помочь движению спускаемых космических аппаратов по правильной траектории. Напомним, лидар — это технология получения и обработки информации об удаленных объектах с помощью активных оптических систем, использующих явления отражения света и его рассеяния. 

На Малой станции высотного зондирования ИОА СО РАН лидарными исследованиями занимаются с начала 1980-х годов. Постепенно они приобрели комплексный характер: дистанционно определяются характеристики атмосферного аэрозоля, измеряется содержание озона в атмосфере, отслеживаются колебания температуры. Специалисты проводят регулярный мониторинг профилей аэрозольных параметров, температуры и плотности атмосферы на высотах от 10 до 70 километров. Полученные данные необходимы при изучении глобальных изменений климата и составлении прогнозов для авиационной и космической отраслей. Ученые института инициировали создание подобных лидарных станций в Якутске и Петропавловске-Камчатском.

Недавно к директору института Геннадию Матвиенко обратились представители РКК “Энергия” с просьбой найти передовое техническое решение, позволяющее зондировать атмосферу из космоса.

— Получение оперативной информации о реальном высотном распределении плотности атмосферы очень важно для обеспечения высокоточного управления движением капсул космических аппаратов. Когда спускаемые аппараты пилотируемых космических кораблей и межпланетных станций возвращаются на Землю, необходимо “погасить” их скорость за счет торможения в атмосфере и осуществить мягкую посадку, — рассказывает Валерий Николаевич. — Для этого требуется знать характер колебаний плотности атмосферы, ведь даже небольшие ее изменения приводят к значительному отклонению траекторий спуска от расчетных, а также к росту перегрузок и даже механическим повреждениям спускаемого аппарата.

Традиционно при расчете параметров движения используется модель так называемой стандартной атмосферы. Но эта модель не учитывает такие параметры, как время года и суток, географическое положение, что снижает точность проводимых расчетов. В мировой практике известны случаи, когда определение плотности осуществлялось с помощью высотных ракет, которые запускались незадолго до момента входа космического аппарата в плотные слои атмосферы, например, в Индийском океане с научно-исследовательских судов “Воейков” и “Шокальский” при каждом полете космического аппарата “Зонд”. Но такой способ имеет ряд недостатков, он не позволяет обеспечить постоянный мониторинг и является очень затратным. Ученые из ИОА СО РАН предложили альтернативный вариант — определять плотность атмо­сферы с борта космического корабля с помощью специально сконструированного для этих целей лидара.

Он будет проводить активное дистанционное лазерное зондирование атмосферы на высотах до 80 километров над поверхностью Земли. На основе этих данных будут вычисляться вертикальные профили плотности атмосферы (а также температура и стратификация аэрозоля) и строиться ее модели над заданными районами для обеспечения точности посадки космических аппаратов.

Лидар также будет использоваться для исследования механизмов образования, распределения и переноса аэрозольных полей, термического режима стратосферы. Это необходимо для изучения климатических изменений на планете. Кроме того, результаты зондирования пригодятся при разработке новой научной аппаратуры для космических станций.

Проект представлен на заседании секции “Исследования Земли из космоса” координационного научно-технического совета “Роскосмоса” и получил одобрение. Принято решение о включении в долгосрочную программу исследований космического эксперимента “Лидарные измерения профилей плотности воздуха в нижней термосфере, мезосфере и стратосфере с борта российского сегмента МКС”. Если будет выделено финансирование, ученые перей­дут к следующему этапу, от модели — к созданию лидара и уникального программного комплекса для него, которые обеспечат глобальный мониторинг атмосферы Земли из космоса и высокую точность расчетов траекторий движения космических аппаратов.