Николай Крупенио - Радиоисследования планет с космических аппаратов

На космических аппаратах «Маринер-6 и -7» была сделана первая попытка бистатической радиолокации Марса — на длине волны 13,0 см с помощью передатчиков, которые работали в режиме непрерывного излучения. Условия экспериментов были неудачными, но ученым удалось по сопоставлению ширины спектра отраженного сигнала с расчетными данными оценить среднеквадратичные углы наклона поверхности в районах измерений АМС «Маринер-6».

В горной части трассы, изобилующей кратерами, значение этого угла было несколько меньше 1,5°. При перемещении зеркальной точки в район Тимиамата (вблизи кратеров Трувело и Март: φ = 10–15°, λ = 0 — 10°) спектр отраженного сигнала стал значительно уже, что соответствовало уменьшению значения σα примерно в 3 раза.

В процессе измерений несколько раз было отмечено сильное уменьшение интенсивности отраженного сигнала. Причиной таких флуктуации могло быть наличие в районах точки зеркального отражения валов кратеров и протяженных наклонных площадок. Эти образования способствовали формированию отраженного сигнала в направлении, отличном от направления на наземный пункт приема.

Эксперименты на АМС «Маринер-6 и -7» проводились при очень больших углах падения (Θ ≥ 86°), что определялось узкой шириной диаграммы направленности бортовой антенны КА. Антенна КА во время эксперимента была направлена на Землю, так как вслед за экспериментом по бистатической радиолокации проводился эксперимент по измерению рефракции радиоволн при заходе АМС за видимый с Земли диск планеты (для определения высотных зависимостей температуры и давления в атмосфере планеты).

Во время полета автоматических станций «Викинг-1 и -2» около Марса было проведено несколько радиофизических экспериментов по изучению свойств атмосферы и поверхности планеты. Так, с помощью орбитальных аппаратов этих станций проводились радиорефракционные измерения одновременно на длинах волн 3,8 и 13 см, а также предполагалось проведение сеансов по бистатической радиолокации с приемом прямого и отраженного сигналов на Земле.

Радиотехническая аппаратура системы посадки спускаемых аппаратов использовалась для проведения моностатической радиолокации на длине волны 2,3 см (радиолокационный измеритель скорости спуска) и на длине волны 30 см (радиовысотомер). Кроме того, радиопередатчики спускаемых аппаратов, работавшие на длине волны 75 см, использовались для проведения бистатической радиолокации с приемом прямого и отраженного сигналов на борту орбитальных аппаратов. Так по данным радиоизмерений траектории полета орбитальных аппаратов уточнен период вращения Марса, который равен 24 ч 37 мин 22,663 ± 0,004 с, что на 8 мс больше периода, определенного астрономами по многолетним наблюдениям.

В одном из районов Великой Северной равнины определено приповерхностное давление и температура атмосферы, а также высота этой области относительно среднего радиуса планеты. Эти данные получены путем радиорефракционных измерений, проведенных с борта орбитального аппарата «Викинга-1».

Проведенные измерения ночной ионосферы позволили лишь оценить верхний предел максимальной концентрации электронов. Он оказался равным 3 · 10 4электронов в 1 см 3, что в 3 раза выше верхнего предела, оцененного по подобным измерениям ночной ионосферы, проведенным во время пролета АМС «Маринер-4» в 1965 г.

Эксперимент по бистатической радиолокации, проведенный с помощью спускаемого аппарата «Викинга-1», показал, что в месте посадки грунт имеет эффективную диэлектрическую проницаемость ε = 3,5 ± 0,5, что характерно для пород типа туфов. Результат измерений величины эффективной диэлектрической проницаемости находится в хорошем согласии с данными измерений плотности грунта, выполненных с помощью приборов этого же спускаемого аппарата.

Пока космические аппараты достигли только окрестностей Юпитера — ближайшей из больших планет, или, как их еще называют, планет-гигантов. Космический аппарат «Пионер-11», пролетев мимо Юпитера в декабре 1974 г., сейчас держит путь к Сатурну, к которому он приблизится в сентябре 1979 г.

В августе-сентябре 1977 г. в США запущено два космических аппарата «Вояжер», которые должны пролететь вблизи Юпитера и Сатурна и передать на Землю данные об этих планетах и их спутниках — Ио и Каллисто (у Юпитера), Титана и Япета (у Сатурна). После этого один из этих космических аппаратов планируется направить к Урану и, возможно, Нептуну.

На автоматических межпланетных станциях «Вояжер» установлен радиометрический приемник, который подключен к V-образной штыревой антенне, длина штырей которой равна 10 м. С помощью этой антенны будут изучаться радиоизлучения Юпитера и Сатурна на ряде частот в диапазоне 20 кГц — 40 МГц. Проведение данного эксперимента вблизи Юпитера, вероятно, позволит определить влияние местоположения спутника Ио на радиоизлучение Юпитера в этом диапазоне радиочастот, а также локализацию всплесков радиоизлучения Юпитера относительно его магнитосферы и самой планеты.

Использование мощных бортовых передатчиков на длинах волн 3 и 12 см позволит провести радиорефракционные измерения вблизи Юпитера и Сатурна с целью определения физических характеристик их атмосфер и ионосфер.

Рассмотрим результаты радиофизических исследований Юпитера.

Дважды с американских искусственных спутников Земли «РАЕ-1» (в 1969 г.) и «ИМП-6» (в 1972 г.), а также с искусственного спутника Луны «РАЕ-2» (в 1973 г.) проводились эксперименты по измерению радиоизлучения Юпитера в недоступном для наземных наблюдений диапазоне низких частот, которые не пропускаются земной ионосферой. На ИСЗ «РАЕ-1», радиометры одновременно регистрировали радиоизлучение на 7 частотах в диапазоне 450 кГц — 4,7 МГц, а на «ИМП-6» — на 25 частотах в диапазоне 425 кГц — 9,9 МГц. Для компенсации радиопомех от Земли на борту спутников устанавливались специальные антенные системы. Измерения радиоизлучения Юпитера одновременно проводились с борта ИСЗ и с помощью наземных радиотелескопов, но на более высоких частотах, чем с борта искусственного спутника.

На ИСЛ «РАЕ-2» измерение радиоизлучения одновременно проводилось на 9 частотах в диапазоне 450 кГц — 9,18 МГц. При этом на борту использовалась штыревая V-образная антенна, штыри которой имели длину 229 м.

В результате всех этих измерений было зарегистрировано несколько сот всплесков радиоизлучения Юпитера. Максимум плотности потока радиоизлучения находился в области 7,5–8 МГц с очень ярко выраженным спадом интенсивности в области более высоких и более низких частот. На ИСЗ «ИМП-6» был зарегистрирован другой тип радиоизлучения, который имел узкий спектр, расположенный вблизи частоты 900 кГц. Иногда наблюдался спектр, являющийся комбинацией этих типов спектров.