Гоків А. М., Тирнов О. Ф. Харківський національний університет ім. В. Н. Каразіна пл. Свободи 4, Харків-61077, Україна Тел.: (80572) 7051251; e-mail: Alexander.M.Gokov @ univer.kharkov.ua

Анотація – Експериментально досліджено зміни щільності електронів в среднеширотной D-області іоносфери під час віддалених стартів ракет різного типу. Виявлено короткочасні пульсуючі обурення щільності електронів в нижній іоносфері. Для пояснення ефектів запропонована гіпотеза про стимульованих пульсуючих потоками електронів з магнітосфери в нижню іоносферу Землі з енергією ~ 102-10 КеВ і значеннями потоків р ~ 108– 109м ‘2з ‘1

I. Вступ

Явища, що супроводжують запуски ракет, відрізняються різноманіттям, просторовими, тимчасовими, енергетичними та іншими характеристиками. Класифікацію збурень зазвичай проводять за їх просторовим масштабами. Обурення з Ц <100 км, L2~ 100 – 1000 км і L3~ 1000 – 10000 км відповідно називають локалізованими, великомасштабними і глобальними. Такі обурення спостерігалися багатьма дослідниками після перших запусків висотних ракет Огляд великомасштабних збурень представлений [1]. Глобальні обурення в іоносфері досліджуються, наприклад, в [2]. Значна увага приділяється пошуку ефектів в F-області іоносфери. Однак до теперішнього часу залишаються нез’ясованими механізми переносу збурень на глобальні відстані, їх швидкості поширення, величина і характер збурень в нижній частині іоносфери (D-область). В роботі наведені результати експериментальних досліджень можливих варіацій густини електронів в среднеширотной D-області під час віддалених стартів ракет різного типу.

II. Основна частина

Вимірювання параметрів іоносфери виконані методом часткових відбиттів (40) [3] на апаратурі [4] поблизу м. Харкова в 1990-2003 рр.. Тривалість безперервних вимірювань становила не менше 2-4 годин до і після старту ракети. Число оброблених сеансів – 56. Розрахунок висотновременних профілів N (z, t) на інтервалах в 10 хв для всього періоду спостережень з похибкою <30% виконаний за методикою [3]. Видалення від місця старту ракет до пункту спостереження становило Ri -1000-10000 км. Виконано пошук виявлення можливих змін N (z, t) B среднеширотной D-області під час віддалених стартів ракет різної потужності (Глобальні обурення). Зазначимо, що виразні зміни N (z, t) вдалося зареєструвати не у всіх експериментах. Це обумовлено рядом причин: умови в іоносфері в місці старту (польоту) та спостереження, тип (потужність двигунів) ракети, стан радіаційних поясів Землі та ін.) Розглянемо основні особливості варіацій N (z, t) в періоди стартів

ракет різного типу. Для ракет типу «Космос» характерним виявилося наступне (старт 15.11.2000): на висотах z> 84 км через 40-45 хвилин після старту N зменшувалася на 50-100% протягом 40-50 хв з подальшим відновленням до добового ходу; на z <81 км спостерігалися квазігармоніческіе зміни N з & N/N-50% протягом приблизно

годин. У період старту космічного апарату (КА) «Протон» 20.11.1998 квазігармоніческіе зміни N на z> 87 км з ДЛ ^ / Л ^> 50% з періодом Т> 30 хв почалися через -10-15 хв після старту. В період старту КА «Зеніт» 17.07.1999 на висотах 87-90 км через 10-15 хвилин після старту значення N зменшилися на -50% протягом приблизно 30 хв, потім (тобто приблизно через 45 – 55 хв після старту) під всій D-області спостерігалися квазіперіодичні зміни N з aAVTV ~ 50-100% протягом приблизно 3:00. Під час старту КА «Союз» виявлені особливості у змінах N: 26.02.2001 – квазігармоніческіе зміни N на 81-84 км з aN / N ~ 50% і періодом -50 хв через 40-50 хвилин після старту протягом приблизно 3:00; 02.02.2003 – квазігармоніческіе зміни N у всій D-області з ajV / jV> 50% і періодом -50 хв через 40-50 хв після старту протягом 2-2.5 годин; 13.08.1998 – квазігармоніческіе зміни N на z> 93 км з aAVTV ~ 50-100% і періодом -30-40 хв через -10 хв після старту. Під час старту КА «Delta-ll» виявлені такі характерні особливості у змінах N: квазігармоніческіе зміни N на z> 84 км з aN / N ~ 50-100% і періодом -30 – 40 хв через -10 хв після старту. Під час старту КА «Atlas» 21.02.2002 на висоті 84 км N зростала через 10-15 хв приблизно на 80% протягом 25-30 хв з подальшим типовим добовим ходом. У період старту КА «Ariane» 05.06.2002 на 84 км N зростала через 35-45 хв приблизно на 100% протягом 25-30 хв з подальшими квазі-гармонійними змінами з aN / N ~ 50-100% годину. У період старту КА «Columbia» H «Atlantis» виразних змін N, пов’язаних зі стартами, не виявлено оскільки старти відбувалися в період проходження термінатора в пункті спостережень і тому однозначно ідентифікувати спостережувані зміни N не представляється можливим. У період старту КА «Рокот», »Discovery» і «Titan» змін N, пов’язаних зі стартами, не виявлено. Таким чином в періоди віддалених стартів КА експериментально виявлені особливості в висотно-часових змінах N в среднеширотной D-області іоносфери: 1) квазігармоніческіе зміни N на z> 81 км з ДЛ ^ / Л ^ ~ 50 – 100% і періодом -30-40 хв через -10 хв після старту, 2) квазігармоніческіе зміни N на 81 – 90 км з ДЛ ^ / Л ^ ~ 50% і періодом -30-50 Хв через

40-50 хв після старту протягом приблизно 2 –

годин, 3) під час старту КА «Космос» на висотах z> 84 км через 40-45 хвилин після старту N зменшувалася на 50-100% протягом 40-50 хв з подальшим відновленням до добового ходу. В цілому ж поведінку N (відгук) носить більше неоднозначний характер, обумовлений, очевидно, поряд чинників, про які коротко сказано вище. Збурення N приблизно через 10-15 хвилин після старту КА можуть бути пов’язані з генерацією МГД-збурень в іоносферної плазмі, які, за певних умов, впливаючи на радіаційні пояси Землі, можуть викликати пульсуючі висипання електронів високих енергій. Останні, в свою чергу, можуть викликати спостережувані експериментально зміни N на великих віддалях від місця старту КА. Подібний механізм раніше був запропонований для пояснення експериментальних результатів, отриманих під час сильних віддалених землетрусів [5]. Збурення N через 45-50 хвилин після старту КА, мабуть, пов’язані з включенням коригуючих двигунів ракет. Малоймовірно, що такі значні збурення N пов’язані з поширенням хвиль в нижній іоносфері. Більш ймовірно, що вони викликані пульсуючими потоками частинок з магнітосфери, стимульований включенням коригуючих двигунів ракет. Як і у випадку землетрусів за тією ж методикою для обговорюваних експериментів проводилися розрахунки параметрів потоків електронів. Виявилося, що спостерігаються ква-зіперіодіческіе варіації N в нижній іоносфері можуть бути викликані пульсуючими потоками електронів з енергією 10-10 кеВ і плотностями потоків р ~ 106-8 107 м ‘2з ‘1. Такі значення щільності потоків електронів подібні за величиною з значеннями потоків в періоди збурень іншої природи і не представляються великими в умовах среднеширотной іоносфери.

III. Висновок

Таким чином, ракети середньої і великої потужності здатні виробляти короткочасні пульсуючі обурення щільності електронів в нижній іоносфері на відстанях до кількох тисяч км. Мабуть, ці ефекти викликані стимульований пульсуючими потоками електронів з магнітосфери в нижню іоносферу з енергією ~ 102

10 кеВ і значеннями потоків р -10 – 109м ‘2з ‘1

IV. Список літератури

[1] Карлов В. Д., Козлов С. І., Ткачов Г. Н. Великомасштабні збурення в іоносфері, що виникають при польоті ракети з працюючим двигуном (Огляд). Космічні дослідження. 1980. Т. 18. № 2. С. 266.

[2] Костров П. С., Розуменко В. Т., Чорногор П. Ф. Доп-леровское радіозондування збурень в середній іоносфері, супроводжуючих старти і польоти космічних апаратів. Радіофізика і радіоастрономія. 1999. Т.4. № 3. С.227-246

[3] Tyrnov О. F., Garmash К. P., Gokov А. М. et al. The radiophysical observatory for remote sounding of the ionosphere. Turkish J. of Physics. 1994. V.18, № 4, p.1260-1264.

[4]   Belrose J. S. Radio wave probing of the ionosphere by the partial reflection of radio waves (from heigthts below

100 km). J. Atmos. Terr. Phys.. 1970, v.32, p.567-597

[5] гоків А. М. До питання про реакцію середньо-широтной D-області іоносфери на віддалені сильні землетруси. Геомагнетизм і аерономія. 2001. Т. № 4. С. 532-536

EXPERIMENTAL INVESTIGATIONS OF THE MIDDLE-LATITUDE IONOSPHERIC D-REGION RESPONSE TO DISTANT ROCKET LAUNCHES

Gokov A. М., Tyrnov О. F.

V. N. Karazin Kharkiv National University 4 Svobody Sq., Kharkiv – 61077, Ukraine phone: (80572) 7051251; e-mail: Alexander. M.Gokov@univer.kharkov.ua

Abstract – Changes in electron density in the middle- latitude D-region of the ionosphere have been experimentally investigated during distant launches of different types of rockets. Short-term pulsing disturbances of the electron density in the lower ionosphere have been discovered. To explain these effects, the hypothesis has been suggested for conditioned pulsing electron streams arriving into the lower ionosphere from the magnetosphere and having the energies of ~102-10 keV and stream densities of p ~108-109m’2 s’1.

I.  Introduction

Phenomena accompanying rocket launches are noted for the variety of their spatial, temporal, power and other characteristics. Until the present time the mechanisms of disturbances transfer over global distances, as well as their propagation velocity, magnitudes and nature of disturbances in the lower ionosphere have remained unclarified. This paper presents the results of experimentally researching possible variations in the electron density in the middle-latitude D-region during distant launches of different types of rockets.

II.  Main part

Measurements of ionospheric parameters were made near Kharkiv between 1990 and 2003 using the partial reflections technique [3] and the equipment from [4]. The duration of continuous measurements was at least 2-4 hours before and after a rocket launch. The number of processed sessions was 56. The calculation of the N(z,t) profiles for 10-minute intervals with an error of <30% was made by the technique [3] for the whole period of the observations. The distance between the launching and the observation sites was R*~1000-10 000 km. A search for possible N(z,t) changes was conducted over the middle-latitude D-region during distant launches of variously powered rockets (global disturbances). It should be noted that we did not manage to record distinct variations in N(z,t) for all experiments. This was due to a number of reasons, including ionospheric conditions at the launching site (in-flight) and the observation site, types (engine power) of rockets, state of radiation belts, etc. During distant rocket launches the following features in the N(z,t) variations were discovered: 1) quasiharmonic N(z,t) changes at z > 80 km with amplitudes of ~50-100% and a period of 30-40 minutes within approx. 10 minutes following the launch; 2) quasiharmonic N(z,t) changes at 81-90 km with amplitudes of ~50% and a 30-50 minute period within 40-50 minutes following the launch, lasting about 2-3 hours; 3) during the launch of a Cosmos space vehicle within 40-45 minutes following the launch N(z,t) decreased by 50- 100% at z>81 km for 40-50 minutes with a subsequent return to diurnal deviation. Disturbances of N(z,t) within about 10-15 minutes following a space rocket launch may be related to the emergence of MHD disturbances in the ionospheric plasma. These disturbances influencing under certain conditions the Earth radiation belts may cause pulsing eruptions of high-energy electrons. The N(z,t) disturbances within 45-50 minutes following a space rocket launch are likely to be related to the activation of fine- adjustment rocket thrusters.

III.  Conclusion

Middle- and high-power rockets are capable of generating short-term pulsing disturbances of electron density in the lower ionosphere ranging up to several thousands of km. Apparently, these effects are caused by the conditioned pulsing electron flows arriving into the lower ionosphere from the magnetosphere and having the energies of ~102-10 keV and stream densities of p ~108-109m’2 s’1.

Анотація – Експериментально досліджено зміни щільності електронів в среднеширотной D-області іоносфери під час проходження ранкового сонячного термінатора. Виявлено збільшення щільності електронів на 50-150% під час проходження термінатора і після нього. Для пояснення запропонована гіпотеза про стимульованої висипанні електронів з магнітосфери.

I. Вступ

Сонячний термінатор є потужним природним джерелом різних збурень в іоносфері Землі (див., напр., [1]). Найменш вивчено його вплив на параметри нижньої частини іоносфери

– D-області, що зумовлено труднощами проведення тривалих безперервних (години-добу) систематичних вимірів. Серед інших ефектів в [2] виявлено збільшення щільності електронів N в D-області при проходженні термінатора. В роботі наведені результати експериментальних досліджень змін N в среднеширотной D-області під час проходження ранкового термінатора, отримані методом часткових відбиттів (40) [3]. Розглянуто можливість стимульованого термінатором висипання електронів з магнітосфери.

II. Основна частина

Вимірювання параметрів іоносфери виконані методом 40 на апаратурі [4] в різні сезони районі м. Харкова {<