Вестник МГТУ. 2018, том 21, № 1.

Вестник МГТУ. 2018. Т. 21, № 1. С. 170–181. DOI: 10.21443/1560-9278-2018-21-1-170-181 171 64,8° и высоту 19100 км. Спутники с таким наклонением более удобны для исследования высокоширотной ионосферы, чем обычно используемые спутники американской глобальной навигационной спутниковой системы Global Positioning System (GPS), наклонение которых равно 55°. Более высокое наклонение спутников ГЛОНАСС позволяет проводить наблюдения изменений полного электронного содержания (англ. total electron content, TEC) вдоль геомагнитной силовой линии при экспериментах по модификации ионосферы нагревной установкой EISCAT/Heating. В конце октября 2013 г. в ста метрах от нагревной установки EISCAT/Heating вблизи радара некогерентного рассеяния (НР) ультравысокой частоты (УВЧ, 930 МГц) был установлен приемный комплекс сигналов спутников ГЛОНАСС/GPS. В течение нескольких дней была выполнена запись сигналов со спутников, когда линия зрения "приемный комплекс – спутник ГЛОНАСС" проходила через область разогрева ионосферы нагревной установкой. Материалы и методы В период с 21 октября по 1 ноября 2013 г. было проведено восемь сеансов по модификации высокоширотной ионосферы мощным КВ-радиоизлучением нагревного комплекса EISCAT/Heating. Одновременно велась запись сигналов спутников ГНСС, а луч радара НР следовал за траекторией спутника и раз в минуту проводил измерение профиля электронной концентрации и электронной температуры вдоль линии зрения на спутник. Ионосферная обстановка контролировалась дайнозондом, обеспечивающим получение ионограмм вертикального зондирования 1 раз в 2 минуты. Наблюдения проводились в дневное и вечернее время, из них в спокойных ионосферных и геомагнитных ( Кр ≤ 1) условиях проведено шесть наблюдений, в возмущенных – два. На рис. 1 показана схема положения спутников ГЛОНАСС и GPS при наблюдении области нагрева в районе нагревной установки. На рисунке местоположение нагревной установки, приемника сигналов спутников и радара НР обозначено как EISCAT. Стрелкой с буквой В показано направление магнитной силовой линии в области наблюдения. При нагреве ионосферы нагревный луч установки был направлен в магнитный зенит (прерывистая линия, направленная из места наблюдения вверх, к югу). В центре рисунка в виде эллипса показана зона нагрева на высоте 250 км. Согласно данным дайнозонда максимум электронной концентрации в период нагрева менялся в пределах от 220 до 250 км. Видно, что для наблюдателя в месте расположения EISCAT (цифра 1 на рисунке) линия зрения на спутник ГЛОНАСС проходит через область нагрева, при этом линия зрения на спутник GPS лежит вне зоны нагрева. Для того чтобы с помощью спутника GPS можно было бы наблюдать ту же область нагрева, что и спутником ГЛОНАСС, приемник сигналов спутника GPS необходимо отнести севернее точки наблюдения EISCAT в точку 2 на несколько десятков километров. При этом угол между направлением на магнитный зенит и линией зрения на спутник увеличивается, что приводит к ухудшению геометрии наблюдения структур электронной концентрации в области нагрева. В зависимости от ионосферных и геомагнитных условий высота области максимального нагрева ионосферы и изменений ионосферных структур может меняться. Спутники ГЛОНАСС позволяют регистрировать эти изменения, поскольку линия зрения на спутник в месте приема проходит через область изменений в ионосфере вне зависимости от высоты, на которой находится эта область в момент наблюдения. В то же время приемник GPS, отнесенный на некоторое расстояние, например, в точку 2, для наблюдения за предполагаемой областью нагрева, может регистрировать изменения только в ограниченной области высот. При изменении ионосферных условий может измениться высота области максимального нагрева и условия появления искусственных ионосферных неоднородностей в этой области. В этом случае полное электронное содержание, наблюдаемое с использованием спутников GPS, может характеризовать состояние ионосферы вне области развития основных нагревных процессов, либо на ее краю. Это может дать неполную картину развития процессов во время нагрева ионосферы. За время наблюдений наиболее ярко изменения в полном электронном содержании проявились во время пролета спутника ГЛОНАСС R01 21 октября 2013 г. Геометрия пролета этого спутника представлена на рис. 2. На этом рисунке пунктирная линия – проекция траектории спутника на высоте 250 км, эллипс – область нагрева на высоте 250 км. На рис. 2, а штриховая линия – направление магнитного зенита, на рис. 2, б правая точка в области нагрева – центр диаграммы направленности, левая точка – магнитный зенит, EISCAT – место расположения приемника и нагревной установки. Во время пролета спутника минимальный угол между линией зрения "приемник – спутник" и магнитным зенитом составил 3 градуса (время пролета спутником минимального угла показано стрелкой на рис. 2, б ). При проведении эксперимента 21 октября 2013 г. с 16:20 UT по 16:50 UT осуществлялась модификация ионосферы с помощью непрерывного коротковолнового излучения ионосферного нагревного комплекса на частоте 6,2 МГц (в начале нагрева критическая частота слоя F 2 была равна 6,8 МГц), при этом эффективная мощность излучения установки – около 200 МВт. В течение нагрева критическая частота уменьшилась более чем на 1 МГц. В эксперименте использовалась антенная система, обеспечивающая ширину диаграммы направленности антенны нагревного комплекса около 12,5°. Чтобы повысить эффективность разогрева, диаграмма направленности антенны была отклонена на 12° от вертикали к югу в направлении локального магнитного зенита. Сигналы спутника регистрировались двухчастотным приемником Maxor- GGDT с частотой опроса 1 Гц.