Спутник Системы прогнозирования сбоев связи / навигации (C / NOFS) сгорел в атмосфере Земли во время запланированного входа в атмосферу 28 ноября 2015 года, оставив после себя кладезь данных о той части космической среды, которую трудно изучить. Уникальный набор устойчивых наблюдений от C / NOFS значительно улучшит модели, используемые в настоящее время для прогнозирования траекторий спутников, орбитального сопротивления и неконтролируемого возвращения в атмосферу.Ученые из ВВС США, НАСА и Техасского университета (UT) в Далласе представляют результаты на осеннем собрании Американского геофизического союза в Сан-Франциско.Запущенный 16 апреля 2008 года, C / NOFS изучал область высоко над нашей атмосферой, называемую ионосферой, слоем электрически заряженных частиц, созданных ультрафиолетовым излучением Солнца.
Этот слой расположен на высоте от 40 до 600 миль над поверхностью Земли, где он взаимодействует и смешивается с нейтральными частицами разреженной верхней атмосферы. Верхние слои атмосферы и ионосфера постоянно изменяются в ответ на силы сверху и снизу, включая взрывы на Солнце, интенсивные ветры в верхних слоях атмосферы и динамические изменения электрического поля. Помимо вмешательства в орбиты спутников, такие изменения могут вызвать турбулентность в ионосфере, которая вызывает так называемые сцинтилляции, которые мешают радиоволновой навигации и системам связи, особенно на низких широтах вблизи экватора.В течение большей части своей жизни C / NOFS никогда не подходил ближе, чем на 250 миль над землей.
Однако по мере увеличения солнечной активности C / NOFS начал двигаться по орбите на все более низких высотах — в конечном итоге снизившись до менее чем 160 миль над Землей.В течение последних 13 месяцев работы, когда его орбита распадалась и спускалась по спирали на более низкие высоты и, в конечном итоге, снова входила в атмосферу Земли, спутник C / NOFS зафиксировал уникальный набор всеобъемлющих наблюдений, когда он путешествовал по самой космической среде, что может напрямую вызвать преждевременный распад орбиты. Такие регионы редко изучались напрямую в течение длительных периодов времени, потому что орбиты в этой более плотной области атмосферы не могут быть устойчивыми в долгосрочной перспективе без бортовой двигательной установки.
«Одна вещь, которую мы ясно усвоили из C / NOFS, — это то, насколько сложно предсказать точное время и место возвращения в атмосферу», — сказала Кассандра Фесен, главный исследователь C / NOFS в исследовательской лаборатории ВВС Киртланда. База в Альбукерке, Нью-Мексико.
Данные C / NOFS на этих более низких высотах показывают, что верхние слои атмосферы и ионосфера сильно реагируют даже на небольшие изменения в околоземном космическом пространстве, — сказал Род Хилис, главный исследователь из Университета Калифорнии в Далласе по исследованию связанной ионно-нейтральной динамики НАСА (CINDI). набор инструментов на борту спутника.«Нейтральная атмосфера очень резко реагирует на довольно малые затраты энергии», — сказал Хилис. «Несмотря на то, что энергия вкладывается в высоких широтах — ближе к полюсам, — реакция на более низких широтах, около экватора, значительна».
Хилис также описал исследование ранее труднодоступного для просмотра "золотого пятна" в атмосфере, где заряженные частицы ионосферы и нейтральные частицы атмосферы напрямую влияют друг на друга. Наблюдения CINDI показывают, что нейтральный ветер создает груды нейтрального газа, которые сталкиваются с колебаниями плотности ионосферы — подобно тому, как метель накапливается в сугробах у стены здания.
Это приводит к появлению в атмосфере полос плотности, которые ранее никогда не наблюдались. Такие изменения плотности являются необходимыми данными, которые необходимо учитывать при моделировании помех радиоволнам или избыточного сопротивления движущемуся космическому кораблю.Роб Пфафф, научный сотрудник CINDI в Центре космических полетов им.
Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд, и главный исследователь другого инструмента C / NOFS, Vector Electric Field Investigation, изучает наблюдения, которые говорят об одной из первоначальных целей C / NOFS. программа: Почему ионосфера низких широт ночью становится настолько неспокойной, что может нанести ущерб коммуникационным и навигационным радиосигналам?Развитие способности предсказывать такие нарушения космической погоды было давней целью исследовательской лаборатории ВВС.
Наблюдения C / NOFS на малых высотах были критически важны для формирования полной картины этих возмущений, поскольку спутник рискнул найти возможную причину крупнейших ионосферных потрясений — тех, которые исходят от нижнего выступа ионосферы в ночное время. Наблюдения показали наличие сильных сдвигов в горизонтальных движениях ионосферы в основании ионосферы, местах, где заряженные частицы текут друг относительно друга в противоположных направлениях. C / NOFS наблюдала сдвиги и волнистости вдоль этой границы.
Считается, что такие сдвиги и волны, наблюдаемые в ночное время в экваториальной ионосфере, являются источником крупномасштабных нестабильностей, которые в конечном итоге вызывают вредные сцинтилляции.