СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК АВРОРАЛЬНОГО ОВАЛА И СОСТОЯНИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ Российский патент 2019 года по МПК G01V3/12 G01S13/95 

Изобретение относится к геофизике и может использоваться в системе мониторинга окружающей среды, контроля космического пространства, обеспечения безопасности коммуникаций и транспортных систем.

Авроральный овал - это область ионосферы, являющаяся проекцией плазменного слоя и каспа вдоль силовых линий геомагнитного поля, где наиболее часто наблюдаются полярные сияния [1]. Авроральный овал - важнейший морфоструктурный элемент высокоширотной ионосферы, который является границей полярной шапки [1]. Положение зоны аврорального овала соответствует проекции склона внешнего радиационного пояса Земли (проекции авроральной магнитосферы) на границу атмосферы [2]. Кроме внешнего есть и внутренний радиационный пояс, который связан с внешней границей овала [3].

Радиационные пояса занимают вокруг Земли область пространства в форме тора, удаленного в плоскости геомагнитного экватора на расстояние от 2 до 7 радиусов Земли. Внутренний пояс находится на расстоянии от 2 до 3 радиусов Земли. Внешний - от 3,5 до 7 радиусов Земли и содержит электроны и ионы с энергиями от десяти КэВ до десятков МэВ [2, 3].

Во время магнитных бурь авроральный овал смещается в средние широты синхронно с движением границы плазмосферы и максимума внешнего радиационного пояса [4, 5].

В ионосфере границы аврорального овала связаны с высыпающимися частицами радиационных поясов Земли и дугой полярных сияний, в районе которой происходят взрывные вспышки высыпаний [6]. Источником электронов и ионов аврорального овала являются потоки плазмы, которые со всех сторон окружают радиационные пояса Земли. Дневная часть аврорального овала обычно совпадает с областью высыпаний электронов (с энергией обычно до 100-300 эВ [6]) граничного плазменного слоя, проекция которого на ионосферу находится на большей широте, чем для связываемых с активными формами полярных сияний электронов (с энергией до 10 КэВ) центрального плазменного слоя [6, 7]. При суббурях фиксируются частицы с энергией более МэВ [6].

В настоящее время положение аврорального овала определяется по данным наблюдений полярных сияний, по данным риометрических измерений уровня космического радиошума в высоких широтах, по результатам моделирования, по данным магнитометрической сети, по данным зондирования ионосферы ионозондами и радарами, за рубежом с использованием данных КА и авровизоров.

Возможность наблюдения полярных сияний указана в решении по Многоцелевой космической системе (Заявка 2008102391/11 от 25.01.2008), которая отражает перспективы развития отечественных систем дистанционного зондирования Земли из космоса. В предложенном решении указано, что на КА для метеорологического и гелиогеофизического мониторинга могут быть установлены многоспектральное сканирующее устройство в видимом и инфракрасном диапазонах, гелиогеофизический аппаратурный комплекс, который установлен на КА серии «Метеор» и «Электро», система сбора данных и бортовой радиотехнический комплекс, содержащий радиоканалы для сброса на приемные станции наземного комплекса приема, обработки и распространения космических данных получаемых на борту КА многоспектральных и гелиогеофизических данных, а также ретрансляционные средства для приема и передачи цифровой информации между устройствами, входящими в наземный комплекс приема, обработки и распространения космических данных. На этих КА размещается также аппаратура для точного определения положения в навигационном поле космической системы ГЛОНАСС. В состав гелиогеофизического аппаратурного комплекса предложено включить спектрометр корпускулярных излучений, спектрометр солнечных космических лучей, детектор галактических космических лучей, измеритель солнечной постоянной, измеритель потока рентгеновского излучения Солнца, измеритель ультрафиолетового излучения Солнца, магнитометр для измерений напряженности магнитного поля, ультрафиолетовый монитор полярных сияний. Но алгоритмов использования гелиогеофизических данных для мониторинга полярных сияний нет. Можно предположить, что мониторинг полярных сияний в предложенном решении планируется осуществлять с КА на основе многоспектральных снимков, гелиогеофизических данных на высоте орбиты, ретрансляции сигналов от платформ сбора метеоданных указанного наземного комплекса. Для спектрометра бортового гелиогеофизического комплекса указаны характеристики аналога, функционирующего на КА серии «Метеор» и «Электро», в том числе с диапазоном измерений корпускулярных излучений с энергией 0,05…20,0 кэВ; 0,03…1,5 МэВ; 0,5…30,0 МэВ.

С развитием Глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС) появилась возможность радиопросвечивания аврорального овала по сигналам навигационных космических аппаратов (НКА) и геостационарных К А (ГКА). Для этого приемные устройства сигналов НКА должны располагаться в зонах полярных шапок Земли, что использовано в способе определения положения аврорального овала и состояния магнитного поля Земли [7], в котором не учитываются данные о потоках энергичных частиц, формирующих авроральный овал.

Результаты информационного поиска технических решений по зондированию и использованию данных об авроральном овале из космоса скудны. В известных технических решениях, в основном, используется положение аврорального овала. Так, учет зоны аврорального овала упоминается в заявке от 07.11.2011 г. № 2011145217/07 «Способ определения местоположения объекта». Заявка относится к области радионавигации с использованием радиоволн для определения местоположения объекта в условиях высоких широт. При наличии полярных сияний предлагается прием радиосигналов от нескольких НКА, их обработка, выбор оптимального рабочего созвездия НКА, вычисление пространственных координат объекта с видеонаблюдением за полярными сияниями. При этом в расчетах осуществляется выбраковка НКА с траекториями трасс, которые проходят через область полярных сияний. Достигаемый технический результат - повышение точности определения местоположения объекта. Диагностика положения зоны аврорального овала в этом техническом решении не предусмотрена, как и состояния магнитного поля Земли.

Модели являются мощным инструментом для мониторинга аврорального овала, его границ, структуры и интенсивности. Для определения границ аврорального овала могут использоваться разработанные различными авторами полуклиматические и адаптируемые модели. В [8 - модель Г.М. Старкова] по данным обработки многолетних наземных наблюдений за положением полярных сияний создана аналитическая модель климатических границ аврорального овала с погрешностью расчета характерных границ аврорального овала (приполюсной границы, экваториальной и границы диффузного свечения) порядка двух градусов широты и больше, так как для расчетов требуется задание координат магнитного полюса Земли. В модели Г.М. Старкова не предусмотрена детализация морфологии аврорального овала, требуется также задание AL-индекса магнитной активности, который рассчитывается по данным наблюдений за состоянием магнитного поля Земли на сети магнитометрических обсерваторий и не может быть получен в режиме реального времени [7]. С момента разработки модели Г.М. Старкова произошли существенные изменения положения северного магнитного полюса. В 2015 г. положение Северного магнитного полюса по данным [9, 10] оценивалось в 86.27° с.ш. и 159.18° в. д., а Южного магнитного полюса - 64.26° ю.ш. и 136.59° з. д.

Для оперативной оценки положения аврорального овала может использоваться модель ионосферы SIMP2 [11]. Пример расчета положения арктического аврорального овала по [11] на основе моделирования медианы критической частоты Е-слоя ионосферы над Арктикой представлен на фиг. 1. Состояние магнитного поля 28.10.2015 г. было спокойное [12].

Пример расчета по [11] медианы критической частоты Е-слоя ионосферы над Антарктидой представлен на фиг. 2. Проверить эти результаты сложно, но разработчики указывают, что в модели ионосферы SIMP2 расчет медианы критической частоты Е-слоя авроральной области производится с помощью эмпирической модели, в которой косвенно учтены авроральный источник ионизации атмосферы и солнечный источник ионизации атмосферы. То есть, положение Солнца отражается в смещении рассчитанной зоны повышенной концентрации Е-слоя в течение суток. Авроральный источник ионизации атмосферы в SIMP2 задается аналитической моделью, коэффициенты уравнений которой подобраны на основе анализа общих закономерностей высыпаний авроральных электронов и связанных с ними авроральных свечений, данных высокоширотных ионосферных станций и установок некогерентного рассеяния радиоволн Северного полушария [13].

В расчетах по модели SIMP2 используются абсолютные значения исправленной геомагнитной широты в градусах и местного времени в часах, значения исправленных геомагнитных широт приполюсной и экваториальной границ аврорального овала, а также диффузного высыпания электронов. Учтено, что потоки высыпающихся электронов не зависят от уровня солнечной активности [13].

Эксперименты с рассчитанными по модели SIMP2 полями ПЭС показали, что в них почти не проявляется положение аврорального овала. Это физически объяснимо особенностями вертикального распределения электронной концентрации выше Е-слоя высокоширотной ионосферы. Однако в морских экспериментах в Арктике в 2011-2015 гг. следы аврорального овала диагностировались в ПЭС по характеристикам сигналов отдельных КА ГНСС и в восстановленном поле ПЭС [7]. Однако для диагностики экваториальной границы аврорального овала лучше всего использовать критическую частоту Е-слоя ионосферы по модели SIMP2.

Для расчета исправленных геомагнитных широт в модели SIMP2 также представляет сложность активное смещение магнитных полюсов, представленное в [9]. При этом, согласно [10], положение южного магнитного полюса вышло за пределы Антарктиды. Но можно ли верить этим данным?

Результаты расчета положения зон полярных сияний по модели США в тестовом режиме представлены в градациях вероятности их проявления в [14]. На фиг. 3 показан пример прогноза вероятности появления полярных сияний в зоне аврорального овала над Антарктидой 24 января 2018 г в 10-35 GT (правый фрагмент), а на левом для сравнения представлены результаты моделирования Е-слоя ионосферы над Антарктидой по модели SIMP2 через несколько часов относительно правого фрагмента. Это видно по положению зон терминатора. Состояние магнитного поля в указанную дату было спокойное.

Представленные инструменты моделирования положения аврорального овала соответствуют разным параметрам и применимы, преимущественно, в спокойных геомагнитных условиях. Разные параметры, представляемые указанными моделями, обусловливают неоднозначность в представлении положения аврорального овала, хотя плотность прогнозируемого Е-слоя в полярной ионосфере по модели SIMP2 может косвенно характеризовать возможность полярных сияний и интенсивность токовых струй. В вероятностной модели зоны полярных сияний [14] предлагается возможность оценки их интенсивности. Но авроральный овал это не только полярные сияния. Это система электрических токов, потоков плазмы, высыпаний энергичных частиц. Кроме этого, следует также отметить, что модель Г.М. Старкова для Антарктиды не адаптирована. Ее развитие в [15] на основе данных, полученных с американских военных спутников DMSP, также требует задания индексов магнитной возмущенности и исправленных геомагнитных координат.

Сравнительный анализ качества полученных результатов провести сложно, так как выходные параметры моделей разные.

В развитии моделей аврорального овала следует отметить, что в [16] по данным КА DMSP-fl6 представлены близкие к реальному времени данные моделирования состояния северного аврорального овала. Указанный КА - один из серии военных метеорологических спутников, созданных по программе "Defense Meteorological Satellite Program", предназначенных для разработки стратегических и тактических прогнозов погоды, для оказания помощи американским военным в планировании операций на море, на суше и в воздухе.

Аналог данных, по которым может быть разработана информационная продукция в [16], частично представлен, например, в [17] поданным с КА "Метеор-М" №1. При этом, для диагностики характеристик аврорального овала в данных о потоках энергичных частиц с КА "Метеор-М" №1 представляет интерес суммарная плотность потока электронов с детектора Гейгера-Мюллера с эффективной пороговой энергией 0.7 МэВ. Пересечение аврорального овала проявляется в всплесках потока электронов указанной энергии. Ось прибора ориентирована по вектору скорости спутника. Эффективная площадь регистрации частиц в пределах телесного угла ~2π составляет ~0.8 см. Для зондирования зоны аврорального овала необходимы существенно меньшие энергии электронов.

Таким образом, учитывая недостатки технических решений по зондированию аврорального овала и результаты моделирования авроральных областей, можно прийти к выводу о необходимости разработки технических решений для оперативного мониторинга границ и интенсивности аврорального овала. При этом необходимо учитывать физику образования аврорального овала, согласно которой, для диагностики его границ и характеристик целесообразно использовать данные о потоках высыпаний низкоэнергичных электронов в высоких широтах.

Диагностика потоков энергичных частиц предусмотрена на отечественных КА, например, серии «Метеор» и «Электро». Однако технических решений задачи диагностики положения аврорального овала с помощью бортовых спектрометров энергий заряженных частиц не обнаружено.

Информационную основу предлагаемого решения по диагностике аврорального овала можно показать, например, на основе результатов измерения потока энергичных частиц с КА «Метеор 3М №1». Пример одной из типовых записей измерений представлен в [18], где пересечение аврорального овала проявляется в двух экстремумах интенсивности регистрируемого потока электронов радиационных поясов - фиг. 4.

По оси абсцисс отмечены пересекаемые L-оболочки и местное время. КА "Метеор" находился на солнечно-синхронной орбите (средняя высота орбиты на экваторе - 835 км, наклонение - 98,85 град, период обращения - 101,3 мин, расчетное время существования планировалось 3-7 лет).

Пересечение зоны аврорального овала проявляется в двух разнесенных «холмах» интенсивности счета электронов, энергии которых связаны с внешним радиационным поясом и приполюсной границей полярных сияний. Пример вспышки высыпаний зафиксирован в изломе склона кривой, отмеченном в круге у верхнего основания линии 3. Это событие произошло на долготе 56,2 град. Дискретность измерений представленных данных была 12 секунд. Вопросы диагностики аврорального овала в [3, 18] не рассматривались, как и возможность активизации полярных сияний в отмеченном событии.

Указанная очевидность формирования двух пространственно разнесенных экстремумов интенсивности счета потоков энергичных электронов при пересечении КА аврорального овала оказалась основным препятствием для технического решения способа зондирования аврорального овала по данным о потоках энергичных электронов. Исходя из этого, для оперативного мониторинга аврорального овала предлагается схема приема потоков электронов в нескольких диапазонах энергий от 100-300 эВ до 10 кэВ с помощью бортовых (на КА) датчиков потоков (далее спектрометров) низкоэнергичных частиц. Спектрометры должны пересекать авроральный овал, то есть находиться на полярной или близкой к ней орбите в ОКП. Географическое положение экстремумов в регистрируемых потоках электронов в диапазонах больших энергий до 10 кэВ и малых энергий до 300 эВ будет характеризовать границы зоны экваториальной границы аврорального овала (линия 2 и 2* на фиг. 4). Интенсивность аврорального овала характеризует относительная, по сравнению с климатическими значениями, амплитуда экстремумов.

Положение подошвы склона куполообразного всплеска интенсивности высыпаний низкоэнергичных электронов в диапазоне малых энергий до их фоновых значений будет соответствовать границе диффузных сияний (в сторону низких широт, линии 1 и 1 * на фиг. 4) и приполюсной границе аврорального овала (в сторону полюса, линии 3 и 3* на фиг. 4).

Для зондирования состояния магнитного поля Земли по полученным координатам экваториальной границы овала осуществляется подбор ее наилучшего совпадения с климатическим положением по модели овала и задаваемыми оценками магнитной активности. По длительным рядам наблюдений возможен расчет изменений состояния магнитного поля. Для уточнения полученных результатов могут использоваться данные доступных наблюдений в приавроральной зоне.

Целью заявленного изобретения является определение характеристик аврорального овала по регистрируемым в ОКП характерным пространственно-временным экстремумам потоков низкоэнергичных электронов в высоких широтах, связанных с внешним и внутренним радиационными поясами, и расчет состояния магнитного поля Земли, с которым связано положение аврорального овала.

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение оперативности, точности и надежности мониторинга аврорального овала, магнитной активности по зондируемым в высокоширотной ионосфере характеристикам низкоэнергичных электронов.

Технический результат достигается приемом не менее чем одним спектрометром в высокоширотной ионосфере синхронизированного по времени потока электронов по нескольким диапазонам энергий, с привязкой к подспутниковым координатам, раскодированием принятых сигналов, расчетом положения и интенсивности экстремумов в распределении регистрируемого потока низкоэнергичных электронов вдоль траекторий КА, использованием климатических моделей авроральных овалов. По положению экстремальных зон в широтном распределении высыпаний электронов в диапазоне больших и малых энергий по орбите движения спектрометра определяется положение экваториальной зоны аврорального овала, середина которой принимается за широту экваториальной границы, а по положению основания куполообразного всплеска интенсивности регистрируемых потоков низкоэнергичных электронов в диапазоне малых энергий - границы диффузных сияний и приполюсной границы аврорального овала. С помощью последовательных приближений устанавливается соответствие широт климатического и выявленного положений аврорального овала, подбирается оценка возмущенности магнитного поля Земли. До накопления статистических данных для создания адаптируемой климатической модели аврорального овала для расчетов северного аврорального овала используется модель [8] или [11]. Для южного аврорального овала модель критической частоты Е-слоя ионосферы по SIMP2 или модель [15]. В дальнейшем на основе длительных рядов наблюдений формируется адаптируемая модель аврорального овала, которая также используется при диагностике состояния магнитного поля Земли, а при наличии многолетних наблюдений для расчета тренда и смещения магнитных полюсов Земли. Интенсивность аврорального овала характеризует относительная, по сравнению с климатическими значениями, амплитуда зафиксированных экстремумов интенсивности потоков электронов.

Для уточнения положения границ аврорального овала могут использоваться решения [7] по диагностике сигналов ГНСС в авроральной и приавроральной зонах, данные зондирования высокоширотной ионосферы радарами и другими средствами наблюдений, а также архивы наблюдений полярных сияний и магнитного поля Земли.

Данные зондирования спектрометрами могут обрабатываться как на борту КА, так и в пунктах приема и обработки информации с КА. При этом, спектрометр низкоэнергичных электронов должен обеспечить измерение дифференциальных энергетических спектров низкоэнергичных электронов в интервале энергий 0,05… 100,0 кэВ и плотности потока электронов с отстройкой от фона протонов в нескольких энергетических интервалах (например, 0,05-0,3-1,5-7,0-50,0-200 кэВ). Регистрация потоков низкоэнергичных (0,05-100,0 кэВ) электронов целесообразно осуществлять из одного направления, например, по оси Z космического аппарата (зенит) с помощью спектрометра. Технологические особенности исполнения детекторов определяются имеющимися ресурсами и факторами ОКП. В качестве детекторов могут, например, использоваться электростатические анализаторы сегментоидного типа, позволяющие минимизировать габариты системы селекции частиц низких энергий. Частота опроса и передачи информации в бортовые приемо-вычислители должна быть не менее 1,0 Гц, учитывая космические скорости движения КА. Один из примеров технического решения для компактного бортового спектрометра представлен в полезной модели в [19].

Управление спектрометром (команды, питание, бортовое время) должно осуществляться непосредственно служебными системами КА. Информационный обмен спектрометра с КА - через контроллеры, которые обеспечивают сбор информации, запоминание и формирование кадра информации, подаваемого на соответствующую служебную систему КА.

Расчет положения аврорального овала заключается в следующем:

- устанавливается не менее одного спектрометра потоков низкоэнергичных электронов на не менее одном КА с околополярной орбитой, пересекающей зоны полярных шапок Земли;

- принимают не менее одним спектрометром синхронизированные по времени потоки электронов по нескольким диапазонам энергий;

- раскодируют в бортовых приемовычислителях принятые информационные кадры;

- фиксируют распределение, положение и амплитуду экстремумов в зарегистрированных потоках низкоэнергичных электронов;

- передают через контроллеры и каналы связи принятые и обработанные данные в центр приема, обработки и анализа информации с ПЭВМ оператора на базе процессора с устройством отображения информации, где:

- рассчитывают в каждый установленный для измерений момент времени положение используемых для измерений КА, в том числе их подспутниковых точек в географических и исправленных магнитных координатах;

- определяют положение, размах и амплитуду экстремальных зон регистрируемого потока электронов вдоль траекторий КА;

- фиксируют положение экваториальной границы аврорального овала между положением экстремумов в широтном распределении высыпаний электронов по их наибольшему и наименьшему энергетическому диапазону;

- определяют положение границы диффузных сияний и приполюсной границы аврорального овала по положению границ экстремальных зон - оснований куполообразных всплесков интенсивности регистрируемых потоков низкоэнергичных электронов;

- уточняют положение границ аврорального овала по доступным данным зондирования авроральной зоны и адаптируемым моделям аврорального овала;

- рассчитывают карты распределения авроральных овалов и формируют адаптивные модели аврорального овала на основе длительных рядов наблюдений;

- подбирают оценку возмущенности магнитного поля Земли с помощью последовательных приближений на наибольшее соответствие широт климатического и выявленного положений аврорального овала;

- определяют при наличии многолетних расчетов состояния магнитного поля Земли тренды и смещение положения магнитных полюсов Земли;

- предоставляют полученные результаты потребителям и архивируют.

Архивы результатов мониторинга высокоширотной ионосферы используются для коррекции адаптивных моделей аврорального овала, полярной шапки и состояния магнитного поля Земли с индексами магнитной активности.

Для уточнения (верификации) положения аврорального овала используется сравнение (при наличии) с результатами других наблюдений аврорального овала и источникам проверяемой информации.

Структурная схема, реализующая предлагаемый способ, состоит из следующих скоммутированных основных элементов (фиг. 5):

1 - Группировка бортовых спектрометров низкоэнергичных электронов;

2 - Пункт приема и обработки данных

3 - АРМ с ПЭВМ на базе процессора с устройством отображения информации;

4 - Блок исходных данных, архивов, результатов зондирования, адаптируемых моделей.

Программное обеспечение для реализации заявленных функций способа целесообразно выполнить на основе процессора для ОС Windows и Unix-подобных систем, серверных приложений и коммуникационной сети на основе Интернет-связи, оптоволоконной связи, линий радиосвязи. В расчетах должна быть предусмотрена реализация процедур, представленных на фиг. 6.

Преимущество заявленного способа зондирования характеристик аврорального овала и состояния магнитного поля Земли обусловлено диагностикой физически обоснованных параметров, формирующих область аврорального овала, использованием космических технологий, в том числе малых и микро КА в качестве носителей спектрометров, совершенствованием технологических решений по диагностике аврорального овала, простотой схемы зондирования, возможностью оперативной оценкой положения аврорального овала и состояния магнитного поля Земли.

Литература

1. ГОСТ 25645.109-84 Магнитосфера Земли. Термины и определения.

2. Ковтюх А.С., Панасюк М.И., Радиационные пояса Земли. В кн. Плазменная гелиофизика, в 2 т. (Под ред. Л.М. Зеленого, И.С. Веселовского). - М.: ФИ3-МАТЛИТ, 2008. т. 1. С. 510-534.

3. Барсуков Ю.С. Модель высыпаний электронов с энергией более 100 кэВ при развитии циклотронной неустойчивости в радиационных поясах Земли // Известия ПГПУ. 2011. №26. С. 418-424.

4. Хорошева О.В. Пространственно-временное распределение полярных сияний/Результаты исследований по международным геофизическим проектам, №16. - М: Наука, 1967.

5. Старков Г.В. Планетарная динамика аврорального свечения/Физика околоземного космического пространства. - Апатиты: ПГИ, 2000.

6. Лазутин Л.Л. Овал полярных сияний - прекрасная, но устаревшая парадигма // Солнечно-земная физика. 2014. Т. 1, №1. С. 23-35. DOI: 10.12737/5673.

7. Тертышников А.В. Способ определения положения аврорального овала и состояния магнитного поля Земли. Решение РОСПАТЕНТа от 19.07.2016 г. о выдаче патента на изобретение по заявке №2015126532/28(041268) от 02.07.2015 г.

8. Старков Г.В. Математическое описание границ аврорального свечения // Геомагнетизм и аэрономия, 1994, т. 34, №3. С. 80-86.

9. http://www.ngdc.noaa.gov/geomag/GeomagneticPoles.shtml.

10. http://wdc.kugi.kyoto-u.ac.ip/poles/polesexp.html.

11. http://space-weather.ru/index.php?page=raschet-sostoyaniya-ionosfery-po-modeli-simp.

12. http://www.celestrak.com/SpaceData/.

13. Вадим В.И., Деминов М.Г., Деминов Р.Г., Шубин В.Н. Модель медианы критической частоты е-слоя для авроральной области //Солнечно-земная физика. Вып. 22 (2013). С. 24-26.

14. https://www.swpc.noaa.gov/products/aurora-30-minute-forecast.

15. http://apm.pgia.ru/webtool/frontend/about/.

16. http://sd-www.jhuapl.edu/Aurora/ovation_live/ovationdisplay.cgi.

17. http://ipg.geospace.ru/meteor-data.html.

18. Барсуков Ю.С. Зависимость числа событий высыпаний энергичных электронов на спутнике «Метеор 3М №1» от напряженности магнитного поля и параметра Мак-Илвайна в 2002-2005 гг.http://vestnik.geospace.ru/index.php?id=119.

19. Брильков И. А., Оседло В.И., Панасюк М.И., Рубинштейн И.СА., Тулупов В.И., Щербовский Б.Я. Спектрометр энергичной космической радиации (СПЭР). Заявка: 2015149253/28, 17.11.2015. Опубликовано: 27.09.2016. Бюл. №27.

Изобретение относится к геофизике и может использоваться в системе мониторинга окружающей среды, контроля околоземного космического пространства. Заявлен способ зондирования характеристик аврорального овала и состояния магнитного поля Земли, включающий прием не менее одним приемным устройством в высокоширотной ионосфере синхронизированного по времени потока низкоэнергичных электронов. По положению экстремальных зон в широтном распределении потока низкоэнергичных электронов определяются границы аврорального овала. Данные зондирования могут обрабатываться на борту КА и в пунктах приема и обработки информации с КА. Для уточнения положения аврорального овала используют доступные источники информации и средства наблюдений, а также архивы данных зондирования авроральных овалов, адаптивные модели авроральных овалов и магнитного поля Земли. С помощью последовательных приближений положения климатических границ аврорального овала и полученных результатов зондирования положения границ овала рассчитывается состояние магнитного поля Земли. На основе длительных рядов наблюдений за положением границ аврорального овала рассчитывается изменение состояния магнитного поля. Технический результат - повышение оперативности, точности и надежности мониторинга аврорального овала, магнитной активности по зондируемым в высокоширотной ионосфере характеристикам потоков энергичных электронов. 6 ил.

Способ определения характеристик аврорального овала и состояния магнитного поля Земли, заключающийся в том, что:

- регистрируют не менее одним приемным устройством на не менее одном КА интенсивность потоков электронов с установленной периодичностью по времени;

- рассчитывают изменение спектральной интенсивности потоков электронов;

- передают принятые данные и результаты обработки данных об изменениях интенсивности потоков электронов в пункты приема данных и в центр обработки с ПЭВМ оператора на базе процессора с устройством отображения информации, где:

- рассчитывают в каждый установленный для измерений момент времени положение приемных устройств и проекции их траекторий на поверхность Земли в географических и магнитных координатах;

- рассчитывают характеристики авроральных овалов по климатическим моделям;

отличающийся тем, что:

- приемные устройства находятся на орбите, пересекающей области авроральных овалов Земли;

- рассчитывают положение и координаты экстремумов интенсивности потока низкоэнергичных электронов вдоль орбиты приемных устройств по не менее двум диапазонам энергий;

- фиксируют положение экваториальной границы аврорального овала между положением широты экстремальных значений интенсивности потока электронов в диапазоне наибольших энергий до десятков эВ и положением широты экстремальных значений интенсивности потока электронов в диапазоне до 300 эВ вдоль траектории движения приемных устройств в высоких широтах;

- фиксируют положение широты границ диффузных сияний и приполюсных границ аврорального овала вдоль траектории приемных устройств по положению основания куполообразных зон экстремальной интенсивности регистрируемых потоков низкоэнергичных электронов;

- определяют интенсивность аврорального овала по относительной, по сравнению с климатическими оценками, амплитуде экстремальных значений интенсивности потока зафиксированных потоков низкоэнергичных электронов;

- восстанавливают пространственное расположение авроральных овалов по полученным данным наблюдений;

- рассчитывают состояние магнитного поля Земли последовательными приближениями положения климатических границ аврорального овала при задаваемых уровнях магнитной активности к выявленным границам аврорального овала;

- формируют адаптивные модели аврорального овала и состояния магнитного поля Земли на основе длительных рядов наблюдений.