Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Околоракетное свечение и учет его при измерениях рассеяния солнечного света

ВАК РФ 04.00.22, Геофизика

Автореферат диссертации по теме "Околоракетное свечение и учет его при измерениях рассеяния солнечного света"

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИИ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНСТИТУТ ПРИКЛАДНОЙ ГЕОФИЗИКИ ИМЕНИ АКАДЕМИКА ФЕДОРОВА Е. К.

На правах рукописи БЕЛИКОВ Юрий Евгеньевич

УДК 551.5)0:629.783

ОКОЛОРАКЕТНОЕ СВЕЧЕНИЕ И УЧЕТ ЕГО ПРИ ИЗМЕРЕНИЯХ РАССЕЯНИЯ СОЛНЕЧНОГО СВЕТА

(04.00.22 — геофизика)

■1

диссертации на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук

Москва —

1 991

Работа выполнена в Ордена Трудового Красного Знамени Институте прикладной геофизики имени академика Федорова Е. К. Госкомгидромета СССР.

Научный руководитель: доктор физико-математических наук, старший научный сотрудник ЛАКТИОНОВ А. Г.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, старший научный сотрудник АВАКЯН С. В.

кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник РОМАНОВСКИЙ Ю. А.

Ведущая организация: Научно-производственное объединение «Тайфун».

V С

Защита состоится 2 октября 1991 г. в «_—» часов на

заседании специализированного совета Д 024.09.01 в Институте прикладной геофизики имени академика Федорова Е. К. по адресу: 129128, Москва, Ростокинская ул., 9.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке

ИПГ.

Автореферат разослан «

2 ц и/шА

1991 г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат физ.-мат. наук

А. Г. Старкова

Актувльность работа. На ракетах МР-12, юфоко испогц.зуекиг. г ' СССР, проводится большое количество экспериментов , г кот; непосредственно с сюрта измеряются оптические характеристики атмосферы, Солнцз.'искусственных образований и свечений. Вследствие того, что в этих экспериментах присутствует околоракетное свечение, для получения достоверной.надежной информации и правильной ее интерпретации необходимо знать характеристики этого свечения и правильно учитывать его влияние на результаты. Работа выполнена по теме 1.08.14 плана НИОКР Госкомгидромета СССР 1966-1988 гг. ( N госрегистрации 0 186.0 054708).

Цель раооты: исследование околоракетного свечения непосредственно с оорта ракеты МР-12, анализ влияния этого свечения"та результаты ракетных измерений рассеянного атмосферой солнечного излучения, а тагске определение закономерностей рассеяния сеэтп в верхней атмосфере Земли.

Научная новизна работы заключается в том, что в ней впервые: -непосредственно с Оорта ракеты МР-12 определены характеристики околоракетного свечения;

- разработаны методы определения ориентации ракеты и оптических осей фотометров по получаемой информации о рассеянном и собственном излучении атмосферы.

Научная значимость работы заключается в том, что определены характеристики околоракетного свечения и с учетом его влияния на результаты оптических измерений установлены закономерности рассеяния солнечного света в верхней атмосфере Земли. На защиту выносятся следушие результата: I. Максимальные значения интенсивности околоракетного свечения в видимой и УФ областях спектра на нисходящем участке по-

лета ракета.

2. Вывод о существования двух механизмов, ответственных за оксдоракотное свечение: механизма рассеяния солнечного света ца

' аэрозольных частицах, окружапзос ракету, и эмиссионного механизма. Определение еысотных диапазонов, на которые приходятся максимумы свечений, соответствущих двум указанным механизмам. Спектральные характеристики свечений, обусловленные этими механизмами.

3. Оптические характеристики верхней атмосферы Земли в тро-пнчесхих широтах: угловые и спектральные распределения яркости, а также замутненность верхней атмосферы Земли.

4. Способы определения ориентации ракеты и оптических осей фотометров по получаемой информации о рассеянном и собственном излучении атмосферы Земли.

Апробация работы и публикации. Материалы диссертационной работы докладывались на двух конференциях молодых ученых ИПГ, а также на научных семинарах ИПГ и ГОИ км.Вавилова С.И.

Результаты, выносимые на заииту, полностью опубликованы в 5-научных статьях.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы (149 названий). Общий объем диссертации 183 стр., включая 54 рисунка и II таблиц.

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, показаны ее практическая ценность и новизна, сформулированы ее цель и положения, выносимые на защиту. Приведены сведения о структуре работы.

В первой глава диссертации проведен обзор экспериментов, в •оторцх наблюдалось околоракетное свечение (ОРС),. показана связь

эгого ег.-пония с гаг::;и"-?ьим -KpyseiavjK рак*ту.

Ьперьы* vr-C сцдо обнаружено в цс-г г. ^..'¡.Хогпорсчи i: .'..х.Мв-Р'д.-j'.co?/ :три иссд^доьашп! нс-чних эмиссий но рэкете "Аарос-и", прм этом ore наблюдалось в еидимоЯ области спектра на нисхсдксеи участке полета ракеты. В дальнойЕвм 0FC регистрировалось в целом ряде ракепшх гкспериментсв как на восходяеем, так и на нисхсдкаок участках полета ракеты в видимом, УФ и диапазонах спектра.

Ка ракетах MP-I2 ОРС было Етарвиг зарегистрировано в I97S г. в эксперименте "Фейерверк" (Бащенко В.Н.,Ивченко В.Н..Пасошнкковз Л.П.).В этом эксперименте производилась инжекция электронов, однако до включения инжектора на восходящем участке полете наземные телекамеры зафиксировали свечение околоракетной области, "блеск которого достигал в максимуме 7,0м.В дальнейшем эти наблюдения были повторены в экспериментах "Зарницз-I* и "Зарница-2".В псол!-.',~-дам эксперименте свечение околоракетноз области №-12 нэолвдал:г1. не только наземными телекамерами, но и с борта самолета.

Анализ возможных механизмов возникновения сколоракетного свечения, а такло свечения вокруг космических аппаратов (спутников АЕ-С, АЕ-Е, DE-h и КЛАШ "СпеР.с Шаттл") показывает, что вероятными механизмами свечения околоракетной области являются взаимодействие газовой компоненты, выделяющейся из ракеты <или топлива ракета), с атмосферными составляющими, а также рассеяние солнечного света на газо-пылевом окружении ракета в днзвннх условиях.

Во второй главе диссертации дано краткое описание ракетннх спектрорадиометров CP-I84 и CP-IB5, приведена методика обработки информации, поступающей с этих спектрорадиометров , а тага» списывается методы определения ориентации ракети к сптетескшс ссс-а спе к трср адиометро в.

Спектрораяпометры CP-I84 и СР-185, устанавливаемые в голсенсй части ракеты ЫР-12, предназначены для исследования рассеянного и эмиссионного излучения верхней атмосферы! Однако они сказались весьмз эффективны при исследовании ОРС.Ракета поднимает аппаратуру до высоты примерно 150 км. оптические оси спектрорадиометров CP-184 и СР-185 направлены соответственно под углем $5° и вдоль строительной оси ракеты. Угол поля зрения спектрорадиометров составляет 3° . Вследствие вращения ракеты оптическая ось спектрорадиэметра CP-I84 двигается по конусу с углом при вершине 110°. В спектрорадиометрах последовательна переключаются различные каналы пропускания излучения, имеются как интегральные каналы пропускания от 3000 до 600Q А. так и узкие. В CP-I84 максимумы пропускания узких каналов приходятся на следующие длины волн: 3690 , 4570 , 5300 и 5760 А, а в сдактрорадиометре СР-185 на

а

3914,4278,5200 и 5577 ¿.Пропускание излучения в узких спектральных каналах, осуществляется с помощью интерференционных светофильтров с шириной пропускания на половине максимума А2. =30-200 А. Время регистрации излучения в данном спектральном канале составляет 0,5 с, а время между измерениями в одном и том же спектральном канале составляет 6 с.

Методика осраОотки информации, поступающей со спектрорадиометров, включает в себя целый комплекс программ, который позволяет выделять необходимую информацию, переводить яркости в абсолютные единицы, сглаживать яркостные сигналы.

- Для сглаживания данных, полученных с помощью СР-185. применялась простейшая методика осреднения данных за время 0,5 с. (Еремя установки фильтра). Данные, полученные с помзаью CP-IS-S, сглаживались с помощью проведения тренда полиномиального вида методом нал-

меньсих КЕадрэтсв.

Одной и? целой диссертационной работы яг-ж-гея. ксстдзв'.^ углового хедз яркости рассеянного излучения верхней атмосферы с«.; ■ ли с помоеью спектрорадиометра СР-184.В плоскопарзллельно:.! прибли-аении эта яркость В ~Р(в)&вС 2 , где Р{в) ~ индикатриса рассеяния, 2- зенитный угол визирования .Т.к. оптическая, ось спектрорадиомет-ра СР-184 наклонена к строительной оси ракета под углем 55°,то дэ-хе при небольшой неточности в определении положения оптической оси прибора возникают значительные погрешности в определении яркости.

В ИПГ разработан метод определения ориентации ракета с помощью солнечных и магнитометрических датчиков, которые устанавливаются в головной ' части ракеты. Точность определения ориентации по этой методике составляет 1-3° (по большому кругу на небесной сфере), однако эта точность достигается не во всех случаях и зависит от ряда причин. Поэтому автором диссертации разработаны методы определения, проверки и коррекции данных об ориентации ракеты и оптических осей спектрорадиометров.

Метод I: определение ориентации ракеты и спектрорадиометров по данным СР-184 с использованием информации о собственном свечении атмосферы.

Этот метод использует данные об эмиссионном излучении атмосферы, которое регистрируется в интегральных каналах СР-1Э4.По этим данным определяются размер и положение конуса нутации относительно местной вертикали, которая считается совпадающей с нормалью к эмиссионному слою. Для определения положения конусе нутацкк относительно Солнца используются показания солнечного датчика или моменты времени на которые приходятся максимумы яркости в области

-б-

минимашшх углов рассеянна, Образование указанных максимумов связано с отраженным от бленды солнечным излучением.

Метод 2: определение ориентации ракеты 'и спектрорадиометров на оснобо использобвния дзнных оо угловой структуре яркости рассеянного излучения и информации, поступашей с солнечного датчика.

Этот метод позволяет найти положение оси ракета в высотном диапазоне -65-80 кы по четырем измерениям СР-1В4, попарно симметричным или отстоящих на раЕные промежутки времени относительно момента времени (соответствующего минимальному углу рассеяния и определяемого по солнечному датчику). Выбор высотного диапазона связан с необходимостью того, чтобы в данном высотном диапазоне основной вклад в регистрируемую яркость определялся рассеянным излучением атмосферы Земли.Этот метод основан на принципе симметрии, который заключается в том, что яркости, приведенные к единичной воздуиной массе, и симметричные относительно момента 7$ , должны быть равны.

Апробация данного метода на реальных измерениях показала, что этот метод обладает неустойчивостью к погрешностям измерений и поэтому он можат использоваться на статистически обработанном ряда наблюдений с не большей ошибкой измерений. В основном этот метод использовался в качестве начального приближения для других методов. ■ ,

Метод 3: определение ориентации на основе данных СР-184 об угловой структуре яркости рассеянного излучения верхней атмосферы.

Этот метод в отличав от предыдущего не использует информацию, поступающую с солночвого датчика и монет быть использоьан для любых фотометров, установленных под углом к строительной оси ракеты. Этот метод .как и предыдущий, основан на принципе симметрии.

Спределение ориентации в этом методе связано с решением нелинейной задачи.Для этого используется один из методов нелинейного программирования - метод Науэлла.

Возможность определения ориентации по полю рассеянного излучения основана на том, что в регистрируемом сигнале заложена информация как со углах рассеяния 9, так и о зенитных углах визирования Z.

Метод 4: определение ориентации оптических осей на основе вариации ориентации.

Этот метод является разновидностью предыдущего метода, он -тага» использует данные CP-I84 об угловой структуре яркости рассеянного излучения и основан на принципе симметрии. Однако вмесгб" решения нелинейной задачи используется анализ графической информации, получаемой на ЭВМ.

Дополнительные методы проверки ориентации ракета и оптических осей спектрорадиометров.

В некоторых пусках удается проверить ориентацию спекрорадио-метров по засветке от Луны, а также по характеру работы CP-I84 в те промежутки времени, когда Солнце попадает в поле зрения прибора (при одновременной работе солнечной защиты).

В третьей главе диссертации рассматриваются результата исследования околоракетного свечения (ОРС) по данным спектрорадиометров ср-184 и CP-185, приводятся его характеристики, высотная локализация и пространственно-временные вариации.

Анализ измерений, полученных с помощью СР-184 и CP-I65, показывает, что во всех ракетных пусках ОРС регистрируется из нисходящем участке полета.Прр. восходящем движении ракеты , как правило, регистрируется естественные соста&чякеие яркости, однако . s некс-

торьа ракетных пусках, прсЕедеккжл з дневнкх условиях на еосхо-' дяде« участке полета на ьысстзх, с-эдъглх —110 км \где отсутствует • составляющая, связанная с релееЕским рассеянием света в атмосфере;, регистрируются пики яркости, который нельзя объяснить так»« сос-тааяякскми,хзк звездный и зодиакальная свет, излучение, отраженное от бленды прибора, собственное сьочение атмосфера. Было высказано предположение о том, что эти пики яркости связаны с ОРС, однако необходимо подтверждение этих наблюдений. Эти результаты не выносятся на зениту.

С пом-осью CP-I85 на нисходящем участке полета ОРС регистрируется по всем спектральным и интегральным каналам в виде пиков яркости в высотном профиле сигнала с максимумом на высотах -95-115

КМ {СМ. рйсЛв).

Согласно выборке данных из 13 ракетных пусков максимальные

о

интенсивности свечения на длине вслны 3914 А колеблются от нес-

о о

кальках в/А до нескольких сотен к/А.Среди данной серии один из пусков был осуществлен в ночных условиях. Максимальная интенсивность, зарегистрированная в данном пуске, составляет 9,6 я/А.

С помояью CP-I84 на нисходяшем участке полета ракеты ОРС регистрируется за один оборот ракеты в виде пика яркости. Максимум этого пика приходится на момент времени, когда оптическая ось прибора находится в пдосхостк, проходяцей через ось вразенкя ракеты и вектор, противоположный вектору полней скорости, максимальные интенсивности "ОРС, зарегистрированные по СР-184 в видимой и ближней УФ области спектра изменяются в различных пусках в дневных ус-

о о

ловиях от нескольких десятков к/А до нескольких кк/А .В ракетном пуске 3-50, который был осуществлен в ночных условиях при угле захода Солнца за горизонт 12°, максимальная интенсивность ОРС сос-

Pj,<j,I интенсивность OPC p^ ^

Рис. I BucoTH-je пробили интенсивности околоракетного свечения по интегральному каналу О.З-О.б мхм на нисходящем участке полета ракеты: а) в пуске В-60 в дневных условиях при ?0°9l,9°: I -по CP-I6A, 2-no CP-I85, пунктиром яынекена эмиссионная ооставяясщая OPC CP-I81» б) в пуске 3-50 в н очных условиях при ZQ =10Т,5" , А.З.С-висоты соответствующие трем коиеятам времени регистрации ОРС п? CP-IP5: началу, достижение максимума сигнала, уменьшение) сигнала но нуля. Рис. 2 Схематическое расположение областей свечения не нисходяиеи участке полета ракеты ча грех высотах А,3, и С, соответствующих рис. I а. Показано направление полета ракеты V и угол с* между направлением полета ракеты, и осью ее вращения.

тавила За r/A.

Сопоставление результатов измерения, полученных с помогыо двух спектрорадиометров CP-I84 и CP-I85, позволяет сделать вывод о том, что область околоракетного свечения вытягивается вдоль траектория по мере уменьшения высота полета ракеты.

Из рис Л а и 2 видно, что по данным CP-I64 ОРС регистрируется на высотах А,В, и С до переворота ракеты(-70 км), тогда как но данным CP-J85 свечение выходит из поля зрения приоора на высоте С вследствии вытягивайия области околоракетного свечения вдоль траектории.

Из этого сопоставления делается также вывод о том, что наиболее полные данные об ОРС на нисходяием участке полета можно получить с помощью Фотометров, оптическая ось которых установлена под углом к строительной оси ракеты большим, чем наклон оси ракеты к траектории. В частности, атому условию удовлетворяет спектрорадио-ыетр CP-I84.

Сопоставление измерений, полученных с шмонаю CP-I84 в дневных и ночных условиях, позволяет выделить в ОРС две составляющие: IСвязанную с рассеянием света на аэрозольных частицах, окружающее ракету, и 2)эмиссионную.

На рис.1 сопоставляются высотные профили ОРС, полученные по интегральному каналу CP-I84 в двух ракетных пусках В-60 и 3-50.Эти ракетные пуски были проведены соответственно в днеЕных и ночных условиях. Из рис.1 видно, что в ночных условиях свечение сосредоточено в диапазоне высот -100-110 км, тогда как в дневных условиях при включении механизма рассеяния солнечного света свечение регистрируется и на более низких высотах в диапазоне еысот .-60-90 км.

Спектральные исследования CFC подтверждают существование двух

механизмов О ГС и их спредолекнув высотную локализацию. Относительные еклйды б ОРС двух м^хакиз-мс-ь могут сыть различны!.:;!.

На рис.3 представлены ьисотные профили интенсивности огс г трех ракетных пусках б различных спектральных каналах р относительных единицах, пропорциональных напряжения эталонной Сатарои. Рис. За соответствует случаю преобладания рассеянного се^гз е составе ОРС.На рис. 30 представлен случая, когда вклады в ОРС эмиссионного излучения на длине волны ЗСЭО 1 и рассеянного света сопоставимы друг с другом. Случай, когда эмиссионное излучение преобладает в составе ОРС показан на рис.Зв.

Из рис.3 видно, что ОРС можно представить в виде двух составляющих, каждая из которых имеет свой, спектральный состав и свое высотную локализацию.

Анализ спектрального состава эмиссионное соствеляющой показывает, что в дневных и ночных условиях этот состав примерно одинаков ( с точностью до ошибок измерений). При этом ОРС нанесшее интенсивно в ближней УФ области спектра.

Анализ спектральных характеристик ОРС в тем. высотном интервале и в тех случаях, когда эмиссионная соствьляяаая невелика показывает, что зависимость интенсивности свечения Г от длины волны Я (с нормировкой на интенсивность солнечного излучения) подчиняется зависимости: 1~ , где ¿f изменяется от 3-4 до 0. Согласно теоретическим представлениям такое изменение у соответствует изменению состава и размера аэрозольных частиц в окружении ракеты.

Наиболее убедительным доказательством присутствия в ОРС составляющей яркости, связанной с рассеянием солнечного света на крупных аэрозольных частицах, служит тзк называемый ккднкегриекы? эффект, который заключается в том, что индикатриса рассеяния на

интенсивность ОРС

Рис. 3

Высотные пробили интенсивности околоракетного свечения в спектральных каналах: х -3690 I; о -4570 А; •+ -5300 X; а -6760 X, в следующих ракетных пусках: а-В-60, <5-8-53, в-3-44.

кругпсхх аэросо.ищ;. частицах сильно вытянута в малые- угла рассеяния и, вследствие этого, при рассеянии света на крупнше частиках набльдпется резкий рост яркости в области малых углсг> расгеякпл. Ь некоторых ракетных пусках наблюдаются. пики яр:: :;т;: в области мм-и-мальннх углов рассеяния, связанные с тем, что крупные частицу попадают в поле зрения спектрерадиометра СР-1У4.Например, в ракетном пуске Е-60 некоторое ьр~мя суеествувт два пика яркости, один иг которых связан с направлением на максимальную концентрации) частиц, другой пик в области минимальных углов рассеяния обязан своим происхождением перераспределению яркости вследствие индикатрисного эффекта. Кроме того, индикатрискый эффект проявляется в еле душей закономерности.В тех случаях, когда ракета двигается в антисслнеч-ном направлении или близко к нему, и газопылевое облако пересекается плоскостью, проходящей через ось вращения ракеты-Солнце, вклад рассеянного излучения может быть велик по сравнению со вкладом эмиссионного излучения (например, в пуске В-60, рис.3 ). Наоборот, когда ракета двигается в солнечном направлении, вклад рассеянного излучения в ОРС сильно уменьшается (например, в пуске 3-44, рис.3).

Анализ вариаций ОРС показывает, что в дневных условиях по сравнению с ночными возможно усиление ОРС более» чем на порядок величины. По всей вероятности, это усиление ОРС в дневных условиях в некоторых ракетных пусках является следствием ьключения механизма рассеяния солнечного света на аэрозольном окружении ракеты.

В четвертей главе диссертации рассматривается влияние я учет околоракетного свечения при измерениях рассеяния солнечного света, а также определяются закономерности рассеяния света в верхней атмосфере Земли.

На основании теоретических расчетов показано к каким опибкам в определении замутненности атмосферы может привести неправильная интерпретация пиков яркости в области минимальных углов рассеяния, связанных с ОРС,

Используя характеристики аэрозольных частиц серебристых облаков, полученные Ф.Ресслером и Л.С.йвлевым, с помощью спектрозо-нального метода В.А.Сыеркалова рассчитывалось угловое распределение яркости рассеянного излучения с нормировкой на угловое распределение молекулярного рассеянного излучения.Эти расчеты показывают, что неправильная интерпретация пиков яркости, связанных с ОРС, мохат привести к оценкам замутненности верхней атмосферы, существенно большей единицы.

Приводится методика учета ОРС на нисходящем участке полета ракеты для спектрорадиометров CP-I84 и CP-I85.

■ Зта методика для CP-I84 сводится к использованию измерений

»

вне пиков яркости , соответствующих ОРС. По мере уменьшения высоты полета ракета от -150 км до -70-80 км область свечения вытягивается вдоль траектории ракеты, при этом ширина указанных пиков яркости по CP-184 уменьшается, т.е. область влияния ОРС на данные измерений по CP-I84 уменьшается с уменьшением высоты полета ракеты. По некоторым оценкам ширина пиков яркости изменяется по азимуту от 26-85° Н8 высотах более -100 км и 6-25° на высотах -80-90 км, т.е. в зависимости от высоты полета ракеты пригодно к обработке от 30 до 95* информации.

■ Методика учета ОРС при измерениях,производимых CP-I85 на нисходящем, участке полета ракеты, также сводится к выборке данных, не искаженных влиянием ОРС. Однако, если при измерениях,производимых CP-I84, исключаются частично данные, полученные при каадем обороте.

ракеты, то при кзмерениях СР-165 необходимо подпсстьг дсклгшь данные, получении* в ц-осм васстисм диапазона '•vh-lSp км. Киг.* уровня км дышыв, получении« СР-165, пригодна к обработке, :-то является следствием того, '¡то область <ДС вытягиваетел ьдоль траектории и не попадает в поло зрения праоорэ С!-185.

На восходящем участке полета ракеты ОРС, как правило, не регистрируется, однако, как уже говорилось, в отдел;цуг случаях нволюдаятся пик: яркости, которче всг'оязо сьлз&ны с ОРС. Так как эти пики яркости на восходящем участке полета ракеты не зависят от высоты полета ракеты, то учет этих пиков сводится к учету фонового излучения, методика этого учета приводится нике.

Проведен теоретический анализ формирования поля яркости-рассеянного излучения в верхней атмосфере Земли.Этот анализ показывает, что при небольших высотах Солка над горизонтом, когда вклад многократных эф^ктов рассеяния в видалой ог.лчстк спектра невелик, отличие угловой зависимости яркости рассеянного излучения от релеевского типа определяется аэрозольной сггыческоп толцей и аэрозольной индикатрисой рассеяния.

Проведено исследование углового распределения яркости рассеянного излучения атмосферы с помощью СР-184 в высотном диапазоне -65-100 км. Исследования проводились на восходящем участке полета. При этом необходимо учитывать влияние фонового излучения. Это звездный и зодиакальный свет, солнечное излучение, отраженное от бленда прибора, и эмиссионное излучение ( в интегральных каналах). В отдел!,нах случаях необходимо учитывать пики яркости, которые возможно связаны с ОРС.

Высотный диапазон, в котором проводилось исследоваш'.е, бил разбит на два поддиапазона соответственно -65-60 и -80-100 км. Ь

первоы поддиапазоне интенсивностью фонового излучения можно пренебречь по сравнению с интенсивностью рассеянного излучения атмосферы, во втором поддиапазоне указанные" интенсивности сравнимы между собой. Указанные границы высотных поддиапазонов весьма условны.

В высотном поддиапазоне -65-80 км применимы методы определения ориентации, основанные нв принципе симметрии. Из этих методов был выбран метод вариации ориентации, он более наглядный и не требует большого количества машинного времени. Этот метод был опробован в четырех ракетных пусках на десяти статистически обработанных яркостных сигналах. Указанные ракетные пуски были проведены на 20 с.и. при высотах Солнца не прешли алиях 20° . На небесную сферу наносилась сетка положения оси ракеты, сначала с большим размером (~2°), а затем ее размер уменьшался (до -О,^5).При каждом положении оси ракеты рассчитывалась ориентация, измеренные значения яркостей приводились к единичной воздушной массе и нормировались на релеевское угловое распределение. Положение оси ракеты на небесной сфере, при котором нормированный яркостный сигнал симметричен относительно Тд (момент времени при котором угол рассеяния минимален, определяется с помощью солнечного датчика), принимается за истинное положение.

Полученные с помощью метода вариации ориентации нормированные угловые распределения яркости не только симметричны относительно 7д , но и близки к прямым линиям, т.е. сами угловые распределения близки к распределению релеевского типа.

. Для характеристики степени отличия нормированного яркостного сигнала от константы или близости его к редеевскому типу был определен параметр :

/г,

где к З^^-мх-гс-к^ико*- и мкккгадьйОд значения яркости с корчитованнсч угле-юм рзспределении.

Для десяти угловых распределения яркости, полученных б четы-рэх ракетных пусках с использованием метода взриацки ориентации, параметр ¿с> ле»кт в пределах 6-14%.

При исследовании углового распределения яркости в выгптнсм диапазоне -53-100 км для определения параметров конуса применялись метод определения ориентации с использованием информации о собственном свечении атмосферы , а также дополнительные методы определения ориентации. Кроме того, применялась экстраполяция ориентации из одного высотного поддиапазона в другой.

Для учета фонового излучения применялась методика, которая, основана на том факте, что исследуемое рассеянное излучение изменяется с высотой полета ракеты, в то время как >1оновое излучение не зависит от высоты полета ракеты.Поэтому учет фонового излучения сводится к вычитанию ДЕух яркостных сигналов, один кз которых получен в высотном диапазоне -С5-100 км, а другой на высотах, больших -ПО км, где мокно полностью пренебречь интенсивностью рассеянного излучения по сравнению с интенсивностью фонового. Необходимо отметить, что эта методика может применяться и в тех ракетных пусках,' где на восходящем участке полете наблюдаются гожи яркости, которые не имеют однозначной интерпретации Iвозможно, что они связаны с ОРС), т.к. эти пики яркости не зависят от рьгеоты полета ракеты.

Полученные угловые распределения яркости в высотном диапазоне -80-100 км в тех ракетных пусках, где ориентация была определена

одниы из указанных методов, такгз близки к релеевскому типу. Отличив углового распределения яркости от релеввского {параметр $ ) в различных пусках не превызает 5-202.

Проведено исследование спектрального распределения яркости рэссеянного излучения верхней атмосферы Земли.Для исследования был выбран ракетный пуск В-53, который оыл осуществлен в сумеречных условиях при зенитном угле Солнца 93°.Измерения в условиях сумерек позволяют практически исключить влияние подстилающей поверхности и многократно рассеянного излучения на регистрируемую яркость.Проведенный анализ показал, что в высотном диапазоне -65-87 км зависимость интенсивности рассеянного излучения Г от длины волны Ъ. ( с нормировкой на солнечный спектр) близка к зависимости ~ .т.е. к зависимости от X при ре лее веком рассеянии.

Были сделаны оценки замутненности верхней атмосферы.Эти оценки основаны на сравнениии экспериментального и теоретически рассчитанного углового распределения яркости при различных степенях замутненности атмосферы (см.выше). При этом характеристики аэрозольной составлявшей брались согласно работам О.Ресслера и

»

Л.С.Ивлева. 1

Анализ показывает, что зачутненность атмосферы не превышает 3-105 на высотах -65-80 км и 5-20Х на высотах -80-100 км.

Основные результата работа.

{

I. Установлено, что все пуски ракет ЬСР-12 сопровождались околоракетнш свечением. Околоракетное свече.регистрируется прежде всего на нисходящей ветви полета ракеты и располагается го тракторному следу ракеты. Околсрчкетное свечеияе вытягивается

вдоль траектории до мере уменьшения высоты полета ракеты:

2. С псмсш» »асскоточшх ракетных пк-ктр:>радис«-?тров СГ-184 и СР-165 определены интенсивности сколоргкетного свечения. Показано, что максимальная интенсивность околоракетного свечения в езди-мой и Олижней УФ облает:: спектра юх*т достигать нескольких к8/а ■

3. Установлено, что дневное окслсракеткое свечение включает две составляющие: I) связанную с рассеянием сеет° на аорэзольных частицах. скрузяюших ракету, и 2) э№.ссисш1ую. Найдено, что максимум эмиссионного свечения околоракетной области приходится на диапазон высот -100-110 км, точда как максимум свечения, связанный с рассеянием света околоракетной областью, лежит в диапазоне высот ~70-90 км.

4. Определены спектральные характеристики эмиссионного к рассеянного излучений, составляющих околоракетное свечеше.Показано, что эмиссионное свечение околоракетной области имеет непрерывный спектр и наиболее интенсивно в ближней УФ области спектра. Зависимость интенсивности солнечной радиации 1 , рассеянной околоракетной областью, от длгаы волны Л имеет вид: I~

различных ракетных пусках изменяется в пределах 0 ... 4.

5. С учетом околоракетного свечения определены характеристики рассеянного солнечного излучения атмосферы Земли и сделаны оценки звмутненности в высотном диапазоне -65-100 км б тропических широтах (-20 с.ш.) при высотах Солнца не превышающих 20е . При этом получено, что:

- угловое распределение яркости рассеянного излучения атмосферы Земли с точностью 5-10% на высотах -65-80 км и с точностью 5-202 на Еысотах -30-100 км подчиняется зависимости ,

где 9 -угол рассеяния;

-гг. - спектральное распределение яркости рассеянного излучения верхней атмосфзры Земли в сумеречных условиях подчиняется закону , где X -длина волны регистрируемого излучения; - замутвенность атмосферы, если она сутествует, не превышает 5-10» на высотах -65-80 км в 5-20» на высотах -80-100 км.

6. Разработаны методики определения ориентации ракеты и оптических осей фотометров по получаемой информации о рассеянном .и собственном излучении атмосферы Земли, эти методики позволяет проверять и уточнять ориентацию оптических осей ракетных спектро-радиометров CP-184 ж CP-I85.

Все научные результаты диссертации полностью опубликованы в следующих печатных трудах:

1. Беликов D.E. Методы коррекции в проверки ориентации прибора CP-184. -Труды ШГ, 1985, ВИЛ.65, с.46-56.

2. Беликов D.E. Обработка и исследование спектральных индикатрис яркости рассеянного излучения верхней атмосферы.-Труды ИНГ, 1985, вып.65, с.56-82.

3. Беликов D.E. Оптические исследования газопылевого окружения ракеты ЫР-12. -В сб.: Вопросы гелиогеофкзики и контроля природной среды. -П.: Московское отделение Гядрометеоиздата, 1966, с.43-73.

4. Беликов D.E. Свечение вокруг метеоракет ЫР-12. - Оптика атмосферы, 1990, ТОМ 3, И 9, с.946-953.

5. Бе гаков O.E. Способ определения ориентации оптических спектро-раднометров CP-I84 я CP-I85, устанавливаемых на ракетах MP-I2. -Труды ШГ, 1963, вып.61, с.74-66.

J.730

Еерошсовскзя наб

^о птгпт.тг^ггтр "tül'i'üHT" • íjíOCKBS - P~ö9 -