Николай Крупенио: Радиоисследования планет с космических аппаратов

Радиофизические исследования Луны и планет [1] При дальнейшем изложении, если это не будет соответственно оговорено, мы будем Луну также считать планетой. с помощью приборов, устанавливаемых на космических аппаратах, могут быть пассивными и активными. Пассивные (или радиоастрономические) методы исследования (рис. 1) связаны с изучением характеристик собственного излучения данного объекта. Это излучение может быть по своему происхождению тепловым , и тогда его интенсивность будет определенным образом зависеть от температуры источника (точнее, от разности температур планеты и окружающей среды). В остальных случаях излучение является нетепловым , и его интенсивность определяется либо величиной магнитного поля и интенсивностью потоков заряженных частиц, создающих это излучение, либо другими физическими величинами, характерными для данного механизма излучения. Нетепловое излучение, например, вызывается хорошо всем известным явлением молнии. Она является не только источником мощной вспышки в оптическом диапазоне, но интенсивно излучает в радиодиапазоне, создавая помехи радиовещательного приемника.

Обычно при анализе теплового радиоизлучения определяют такие его характеристики, как интенсивность, степень поляризации, частотный спектр, зависимость интенсивности излучения от времени местных суток и года на данной планете. Данные об этих параметрах вместе с известной длиной волны, используемой в экспериментах, позволяют получить важную информацию о физических характеристиках атмосферы и поверхностного слоя планеты.

Рис. 1. Схема пассивных радиоисследований планет: 1 — КА; 2 — антенна; 3 — диаграмма направленности антенны; 4 — плоскость поляризации; 5 — направление наблюдений; 6 — плоскость наблюдения; 7 — подспутниковая точка; 8 — точка наблюдений; 9 — поверхность планеты; 10 — зона принимаемого излучения; N — нормаль; γ — угол поляризации антенны

Активные методы исследования связаны с изучением характеристик поглощения, отражения, рассеяния и преломления радиоволн физической средой: межпланетной средой, атмосферой, поверхностным слоем планеты. При этом используется система передачи — приема определенных радиосигналов.

В зависимости от места нахождения приемника и передатчика радиофизические исследования, использующие активный метод, подразделяются на однопозиционные и многопозиционные. При однопозиционных (или моностатических ) исследованиях вся измерительная радиоаппаратура находится в одной точке пространства, а при многопозиционных — приемник и передатчик разнесены в пространстве. Двухпозиционные исследования иногда называют бистатическими .

Вообще говоря, все пассивные исследования являются однопозиционными. Однако при определении угловых размеров исследуемого источника в настоящее время часто используется радиоинтерферометр — система разнесенных друг от друга приемников радиоизлучения. [2] См.: Л. И. Матвеенко. Радиоинтерферометры (серия «Космонавтика, астрономия», 3). М., «Знание», 1974. Подобный метод, например, был применен в 1971 г. во время советско-французского эксперимента «Стерео», в ходе которого определялась локализация областей радиоизлучения Солнца с использованием двух приемников: одного — на Земле, другого — на борту станции «Марс-3». Анализ характера биений, образующихся в общем сигнале из-за наложения сигналов друг на друга с обоих приемников, позволил получить (высокое угловое разрешение исследуемых областей излучения.

Все активные методы радиофизических измерений в зависимости от расположения приемника и передатчика в пространстве можно разделить на следующие:

1. Моностатическая радиолокация. Приемник и передатчик находятся в одной точке пространства (при этом часто для приема и передачи радиосигналов используется одна общая антенна).

2. Бистатическая радиолокация. Приемник и передатчик радиолокационных сигналов, предназначенные для исследования поверхности планеты, разнесены друг от друга.

3. Радиорефракционные измерения (радиопросвечивание). Радиосигнал с передатчика прежде чем попасть на вход приемника проходит сквозь исследуемую среду (атмосферу планеты).

При радиофизических исследованиях планет активные методы (особенно радиолокационные) в принципе являются более информативными. Так, при радиолокационных измерениях можно получить лучшее пространственное разрешение, чем при пассивных измерениях (при одинаковых антеннах и используемых длинах волн).