Доклад, представленный на Всероссийской конференции 
РСДБ-2012 для астрометрии, геодинамики и астрофизики 
Санкт-Петербург, 11-15 сентября 2006 г.

В НИРФИ работы в области РСДБ были начаты в 1965 г. Возглавляли работы по РСДБ-тематике в НИРФИ в разное время В.С.Троицкий, В.А.Алексеев, Б.Н.Липатов. Коллективом НИРФИ была создана первая отечественная РСДБ-аппаратура (приемные РСДБ-комплексы, системы регистрации и обработки сигналов) и проведены одни из первых в мире эксперименты на интерферометрах со сверхдлинной базой. Разрабатывались теория и методы РСДБ для решения различного класса задач. Впервые проведены следующие исследования.

Предложены основы дифференциальной интерферометрии для установления фундаментальной инерциальной системы небесных координат, систем земных координат и их взаимной связи.

Разработаны методики радиоинтерферометрического определения координат космических аппаратов относительно внегалактических радиоисточников в целях навигационного обеспечения их полетов. Проведены успешные эксперименты по определению текущих координат межпланетных аппаратов “Вега” и “Фобос”, орбитальных аппаратов “Гранат” и “Астрон”.

Привязаны геодезические координаты больших антенн РСДБ-пунктов в Уссурийске, Евпатории и Медвежьих Озерах с погрешностью менее метра.

Осуществлены РСДБ-эксперименты по исследованию космических сред: околосолнечной плазмы при просвечивании сигналами АМС “Венера-15”; комы кометы Галлея при зондировании радиосигналами КА “Вега”.

Опыт экспериментальной работы в области РСДБ, имеющаяся богатая аппаратурная и методическая база позволили НИРФИ в середине 90-х годов активно включиться в регулярные международные эксперименты на глобальных РСДБ-комплексах.

С 1996 по 2006 годы сотрудники НИРФИ принимали участие в 24 научных РСДБ-экспериментах на длинах волн 92 см, 18 см, 6 см, 3 см с участием радиотелескопов из 12 стран мира (в различных комбинациях) в составе международной Низкочастотной РСДБ-сети LFVN (Low Frequency VLBI Network). Сеть LFVN организована в 1996 году при участии следующих организаций: АКЦ ФИАН, РНИИ КП, ИПА РАН, ОКБ МЭИ, НИРФИ, РИНАНУ (Украина), VIRAC (Латвия).

Первичная обработка данных проводилась на корреляторах:

• 1997-2001: MARK-II - Block II of JPL, CalTech (USA)-деятельность остановлена, S-2 коррелятор (Пентиктон, Канада)- деятельность остановлена
• 2002-2006: NRTV (Near-real time VLBI correlator) (Институт Радиоастрономии, Ното, Италия, группа Джино Туккари) (в стадии отладки), NIRFI-3 (НИРФИ).

В функции НИРФИ в рамках деятельности LFVN входит сбор заявок для совместных наблюдений, постановка научных задач экспериментов, составление программы экспериментов, создание и поддержание аппаратурных комплексов, обработка данных на корреляторе НИРФИ-3.

Направления современных работ РСДБ-лаборатории:

разработка методической базы и создание аппаратуры для решения различных задач радиоастрономии и радиоинтерферометрии, космической навигации, исследования свойств космических сред, исследования тел Солнечной системы методом радиолокационной радиоинтерферометрии.

РСДБ-АППАРАТУРА НИРФИ

"Медвежьи Озера" (ТНА-1500, ОКБ МЭИ)

В настоящее время приемно-регистрирующими комплексами ФГНУ "НИРФИ" оснащено пять РСДБ-пунктов: 

• "Медвежьи Озера" (ТНА-1500, ОКБ МЭИ), 
• "Евпатория" (РТ-70, НЦУИКС, Украина); 
• РАО "Старая Пустынь" (РТ-14, ФГНУ "НИРФИ"); 
• РАС "Зименки" (РТ-15, ФГНУ "НИРФИ"); 
• "Уссурийск" (РТ-70, РНИИКП).

Одним из важнейших направлений работ РСДБ-лаборатории является создание, поддержание работоспособности и совершенствование приемной и регистрирующей аппаратуры. РСДБ-наблюдения проводятся в тесном сотрудничестве с организациями, владеющими крупными антенными комплексами.

КОРРЕЛЯТОР НИРФИ-3

В ФГНУ "НИРФИ" создана и функционирует система обработки РСДБ-данных - коррелятор НИРФИ-3.

Система позволяет обрабатывать данные РСДБ-экспериментов по исследованию быстропеременных процессов в солнечном ветре, короткоживущих всплесков солнечного радиоизлучения, излучения пульсаров, а также сигналов, отраженных от орбитальных космических объектов и планет земной группы в экспериментах по РСДБ-локации.

Основные характеристики коррелятора "НИРФИ-3":

РСДБ-РАДИОИНТЕРФЕРОМЕТР ФГНУ «НИРФИ» «ЗИМЕНКИ - СТАРАЯ ПУСТЫНЬ»

В НИРФИ создан радиоинтерферометр независимого приема «Зименки» (РТ15) – «Старая Пустынь» (РТ-14), оборудованный облучающими системами в диапазонах 327 МГц, 610 МГц, 1660 МГц и приемными системами в диапазонах 327МГц и 610 МГц. Длина базы интерферометра ~70 км; пространственное разрешение интерферометра в диапазоне 1660 МГц составляет 0.5".

Интерферометр предназначен для исследований космических сред (межпланетной, межзвездной среды, солнечного ветра) и компактных вспышек солнечного радиоизлучения.

«Зименки» (РТ-15, ФГНУ «НИРФИ»)

«Старая Пустынь» (РТ-14, ФГНУ «НИРФИ»)

Инструмент оснащен системами регистрации MARK-II (с записью на магнитные ленты) и NRTV (с записью информации на жесткий диск компьютера и возможностью трансляции РСДБ-данных через Интернет непосредственно во время наблюдений); водородным стандартом VCH-1005 и рубидиевыми стандартами частоты и времени с синхронизацией местных шкал времени по сигналам GPS (VCH-311 со встроенной GPS-антенной, Ч1-78 c GPS-антенной Acutime 2000).

ИССЛЕДОВАНИЕ ПЛАЗМЫ СОЛНЕЧНОГО ВЕТРА МЕТОДОМ ПРОСВЕЧИВАНИЯ

Данный метод основан на измерении взаимной когерентности полей прошедшего через турбулентную среду по разным трассам излучения от радиоисточника до разнесенных антенн интерферометра. С 1994 по 2006 годы проведено 11 экспериментов по исследованию солнечного ветра на длинах волн λ=18 cm, 92 cm, 6 cm.

Обработка данных позволила предположить существование среднемасштабной структуры неоднородностей солнечного ветра в форме протяженных вытянутых областей вдоль скорости солнечного ветра; сделаны оценки размеров неоднородностей (поперечный размер - 1500-2000 км; продольный размер – около 3000 тыс.км).

Впервые независимо друг от друга измерены значения скорости солнечного ветра и показателя пространственного спектра турбулентности в области масштабов неоднородностей от 2000 до 9000 км. (Подробнее см. Результаты теоретических и экспериментальных исследований солнечного ветра и активных ядер галактик на РСДБ-сети LFVN с использованием системы регистрации S2 В. Г. Гавриленко, М. Б. Нечаева, А. Б. Пушкарев, И. Е. Молотов, Дж. Туккари, А. С. Чеботарев, Ю. Н. Горшенков, В. А. Самодуров, Ш. Хонг, Дж. Куик, Ш. Доугхерти, С. Анантакришнан). Спектральная (вторичная) обработка РСДБ-данных и их интерпретация выполнены в НИРФИ.

ИССЛЕДОВАНИЕ КОРОТКИХ ВСПЫШЕК СОЛНЕЧНОГО РАДИОИЗЛУЧЕНИЯ

Исследования спайков – мощных всплесков солнечного радиоизлучения с узким частотным спектром и малыми угловыми размерами 0.1-0.001” - проводятся с целью получения характеристик пространственной структуры нестационарных источников солнечного радиоизлучения и развития на основе этих данных представлений об областях энерговыделения вспышек, ускорения энергичных частиц.

В экспериментах 1994, 1998, 2000 г.г. с участием пунктов Старая Пустынь (РТ-14, 2?РТ-7), Зименки (РТ-15), Медвежьи Озера (ТНА-1500), Пущино (РТ-22) на длинах волн 18 см, 56 см, 92 см, были обнаружены отклики от спайков. Сделаны оценки угловых размеров (макс. 0.4”) и яркостной температуры (мин. 109 K); проанализирована динамика положения источника всплеска с квазипериодическими субсекундными (T=0.2-0.5с) пульсациями потока. Спектральная обработка РСДБ-данных и их интерпретация выполнены в НИРФИ.

НАВИГАЦИОННЫЕ РСДБ-ИССЛЕДОВАНИЯ

В октябре 2005 г. совместно с Европейским центром управления полетами (ESOC) на базе Низкочастотной сети LFVN был осуществлен РСДБ-эксперимент МЕХ_05.3 по радиосигналам межпланетного космического аппарата “Марс-Экспресс” в диапазонах 2,3/8,4 ГГц с участием антенн “Медвежьи Озера”, “Евпатория”, Симеиз” и “Урумчи”.

Пример кросс-корреляционной обработки сигнала КА “Марс-Экспресс” в диапазоне 2,3 ГГц на трех базовых линиях.
Корреляционная и спектральная обработка выполнена в НИРФИ

РАДИОЛОКАЦИОННАЯ ДЛИННОБАЗОВАЯ ИНТЕРФЕРОМЕТРИЯ

Метод РСДБ-локации состоит в облучении исследуемых объектов радиоизлучением мощного передатчика и приеме отраженных сигналов комплексом антенн в РСДБ-режиме. Методом РСДБ-локации решаются следующие задачи:

• определение точных траекторий движения центров масс планет земной группы в квази-инерциальной системе координат Radio Reference Frame;
• определение параметров векторов собственного вращения планет земной группы, включая их короткопериодические вариации.

Эксперименты по развитию метода РСДБ-локации проводятся с 2001 г. на специально созданном РСДБ-комплексе, который включает:

• планетный радиолокатор в Евпатории (антенна РТ-70, НЦУИКС, РИНАНУ, Украина),
• приемные пункты РСДБ: Медвежьи Озера (ТНА-1500, ОКБ МЭИ), Ното (РТ-32, Италия), Урумчи (РТ-25, Китай), Симеиз (РТ-25, КРАО, Украина) (пункты Торунь (РТ-15, Польша), Шанхай (РТ-25, Китай), Светлое (РТ-32, ИПА РАН) участвовали эпизодически); в 2006 г. - участвовали пункты Калязин (ТНА-1500, ОКБ МЭИ) и Зеленчук (РТ-32, ИПА РАН)) ;
• центр обработки РСДБ-данных коррелятор «НИРФИ-3».

В 2006 г. проведена РСДБ-локация астероида 2004XP14 сигналом радара Евпатории (РТ-70, F=5 ГГц) и сигналом передатчика Голдстоуна (JPL/NASA DSN, США, F=8.5 ГГц). Примеры спектров взаимно-корреляционного сигнала передатчика Голдстоуна (F=8560 МГц) и эха астероида, принятого в Евпатории. По частоте максимума спектра определены доплеровские сдвиги частоты.

ИССЛЕДОВАНИЕ «КОСМИЧЕСКОГО МУСОРА» МЕТОДОМ РСДБ-ЛОКАЦИИ

Метод РСДБ-локации нашел применение для определения и уточнения траекторий астероидов, потенциально опасных для Земли, и фрагментов "космического мусора" - крупных объектов в ближнем космосе (нефункционирующих космических аппаратов, ступеней ракет и т.д.), которые представляют опасность для космических станций, а также для экологии Земли в случае падения крупных или радиоактивных объектов.

В процессе экспериментов отлаживается процедура получения координатной информации по измерениям частоты Доплера и задержки, а также информации о состоянии объекта - периоде и характере вращения, о размерах объекта и т.д.

Корреляционная и спектральная обработка выполнена в НИРФИ. Интерпретация данных (определение параметров орбит объектов) выполняется в Баллистическом центре ИПМ им.Келдыша. (Подробнее в стендовом докладе: «Обработка РСДБ-данных и определение характеристик объектов "космического мусора" при их локации монохроматическим излучением» Н.А. Дугин, М.Б. Нечаева , И.Е. Молотов, А.А. Антипенко, А.Ф. Дементьев и др.).

Пример обработки эксперимента "beam-park", нацеленного на обнаружение неизвестных объектов "космического мусора". Представлены спектральные отклики последовательных по времени участков записи. В момент 19:10:33 обнаружен сильный отклик от пролетающего объекта.

Примеры спектров мощности результата корреляции сигнала передатчика и сигнала, отраженного от крупного фрагмента «космического мусора» на геостационарной орбите, принятого в пункте «Медвежьи Озера». По частоте максимума спектра измеряются частоты Доплера.

Примеры кросс-корреляционных спектров эхо-сигналов от спутника («Космос1366»), полученных в режиме РСДБ одновременно на трех базовых линиях комплекса Медвежьи Озера - Ното -Урумчи.

Работа поддержана грантом РФФИ №05-02-16838.

Документ предоставил Игорь Молотов

Размещен 15 сентября 2006.