Вестник МГТУ, 2022, Т. 25, № 2.

Черняков С. М. Модельная оценка точности расчета полного электронного содержания. Введение В изучении свойств верхней атмосферы, солнечно-земных связей большая роль принадлежит радиофизическим методам. Данные, передаваемые с помощью этих методов, служат исходным материалом для получения физической картины процессов, развивающихся в околоземном пространстве. Одним из активно используемых параметров является полное электронное содержание (ПЭС), равное суммарному числу свободных электронов в столбе единичного сечения. Существующие методы позволяют получать исходные данные для ПЭС непрерывно в автоматическом режиме, с большой точностью и малыми затратами. Первые наблюдения ПЭС проводились в области ниже максимума слоя F2 (Ratcliffe, 1951). Впоследствии для получения ПЭС выше максимума слоя F2 использовали радиоотражение от Луны, прием сигналов космических источников, но такие эксперименты были редки. В настоящее время для этих целей иногда используются установки по исследованию ионосферы методом некогерентного рассеяния радиоволн (Терещенко и др., 2019). Запуски искусственных спутников Земли (ИСЗ) привели к появлению новых трансионосферных (или радиопросвечивания) методов получения ПЭС, которые начали интенсивно развиваться. Сигнал, переданный бортовым передатчиком спутника, пройдя через ионизированную среду и испытав ее воздействие, принимается на Земле. Точное местоположение спутника в момент излучения сигнала определяют с помощью оскулирующих элементов орбиты ИСЗ и, зная положение приемного пункта, можно получить координаты любой точки линии зрения со спутника до приемного пункта и привязать в пространстве рассчитанное значение ПЭС (Афраймович и др., 2006а). Для получения ПЭС используют, как правило, фазовые методы, поскольку для их применения не требуется создание специальных систем, также возможно использование спутников, запущенных для выполнения других целей. К ним относятся, например, навигационные и геостационарные спутники. Спутники, используемые для получения ПЭС, имеют различные параметры орбит. Это дает широкие возможности для изучения как пространственных, так и временных свойств ионосферы, причем в любом выбранном месте и в требуемое время. Первые спутниковые навигационные системы были основаны на использовании низкоорбитальных спутников системы США "Транзит" (развернута в 1964 г.), летающих по околополюсной круговой орбите с высотой 1 100 км, и спутников отечественных систем "Цикада" и "Парус" (высота 1000 км, период обращения 105 минут, наклонение 83°). Спутники этих систем непрерывно излучали по две когерентные частоты приблизительно 150 и 400 МГц. С самого начала эти спутники начали активно использовать в ионосферных исследованиях. Современные спутники, находящиеся на низкой околоземной орбите (англ. low Earth orbit, LEO), имеют высоты до 2 000 км (например, созвездия спутников Iridium, Globalstar, SpaceX, Telesat, LeoSat, Kepler) и предназначены для различных целей, но некоторые из них используются для исследования ионосферы, поскольку на борту находятся передатчики, излучающие когерентные частоты (Ge et al., 2022). Предполагается, что низкоорбитальные спутники будут все активнее использоваться для целей коммуникации, наблюдения за поверхностью Земли и развития глобальной сети Интернет, и число их на орбите будет расти. При этом они будут нести на борту передатчики, предназначенные для навигационных целей, и зона их действия охватит весь земной шар. К достоинствам использования подобных спутников по сравнению со спутниками глобальных навигационных систем можно отнести лучшее покрытие Земли созвездием спутников и более сильный сигнал, получаемый навигационным приемником, что позволяет уменьшить ошибки позиционирования. В Полярном геофизическом институте наблюдения сигналов низкоорбитальных навигационных спутников проводились с конца 1970-х годов. За это время накоплен большой массив данных, который может быть использован для анализа прошедших событий. Низкоорбитальные навигационные спутники, использовавшиеся для ПЭС, позволяли получать данные от полярной шапки до экватора. Пролет такого спутника над станцией наблюдения в течение нескольких минут давал квазистационарную пространственную картину распределения ПЭС в районе наблюдения. Сеть приемных станций, расположенная вдоль меридиана, давала широтный "разрез" ионосферы в течение одного пролета. Особенностью пролетов российских низкоорбитальных спутников в районе Кольского полуострова являлось то, что проекция их траектории на Землю при движении с севера на юг лежала практически вдоль геомагнитного меридиана. На рис. 1 показана действовавшая цепочка российских приемных пунктов сигналов навигационных ИСЗ: пос. Верхнетуломский Мурманской области (68° 36' с. ш., 31° 46' в. д.), г. Кемь (64° 35' с. ш., 34° 36' в. д.) и г. Москва (55° 40' с. ш., 37° 38' в. д.). Поскольку эти спутники выполняли практическую задачу обеспечения навигационной информацией пользователей, то число их и параметры орбит были таковы, что один из спутников, как правило, находился в зоне радиовидимости приемной станции. Это позволяло получать информацию о текущем состоянии ионосферы, широтных вариациях полного электронного содержания, 134