Микроволновый радиометр-спектрометр МИРС в космическом эксперименте «Конвергенция» (результаты эскизного проекта)

В работе представлены материалы эскизного проектирования многоканального микроволнового радиометра-спектрометра МИРС, разрабатываемого в составе научной аппаратуры космического эксперимента «Конвергенция», которая будет установлена на российском сегменте Международной космической станции. Основной задачей МИРС является восстановление трёхмерного поля водяного пара в нижней тропосфере для оценки горизонтальной адвекции и конвективных потоков скрытого тепла на различных высотах, наряду с определением основных метеорологических параметров. Такими параметрами являются интегральные характеристики влажности и водозапаса капельной влаги тропосферы, интенсивность выпадающих осадков, температура морской поверхности, скорость и направление приповерхностного ветра.
МИРС предназначен для измерения радиотеплового излучения атмосферы Земли и её поверхности в микроволновом диапазоне и представляет собой многоканальный радиометр панорамного типа обзора со сканированием пространства лучами, вращающимися вокруг направления в надир (коническое сканирование) под постоянным углом 46,6–51,9° (угол встречи с Землёй 50,7…56,9°) с периодом 1.3 с. При таком способе обзора поверхности Земли для высоты орбиты МКС (410 км) полоса обзора составляет 830 км. В антенной системе используются девять рупорных облучателей, которые обеспечивают прием излучения на 22 частотах от 10,65 до 183,3 ГГц, что составляет с учетом принимаемых поляризаций 33 радиометрических канала. Характеристики антенной системы МИРС (диаметр отражателя однозеркальной среднефокусной офсетной параболической антенны 700 мм) обеспечивают разрешение по поверхности от 8…10 км (для высокочастотных каналов) до 63 км (для канала 10,65 ГГц).
Для получения профилей влажности в тропосфере в радиометре МИРС используются традиционные измерения в полосе 183 ГГц с новыми дифференциальными измерениями в полосе 22,235 ГГц, которые обещают улучшить качество восстановления профиля влажности в нижних атмосферных слоях, которые несут основной запас водяного пара и отвечают за развитие опасных явлений. Достоинством такого метода измерений является уменьшение вкладов облачности, осадков и подстилающей поверхности на результаты измерений, что повышает точность решения задачи восстановления. С другой стороны, сигналы на 183 ГГц имеют хорошую чувствительность к средним и высоким слоям тропосферы.
Другой особенностью эксперимента является использование поляриметрических измерений для получения скорости и направления приповерхностного ветра. Измерение трёх параметров Стокса собственного электромагнитного излучения морской поверхности (на частотах 10,65, 18,7 и 36,5 ГГц), позволяет определять параметры вектора скорости ветра с точность ±1 м/с и ±10°, по модулю и направлению соответственно.
Радиометр МИРС состоит из неподвижного блока привода и вращающегося антенного блока. Через полую ось привода на штанге закреплены бортовой широкоапертурный излучатель (БШИ) и калибровочное зеркало «холодного» космоса (ЗХК), использующиеся для калибровки МИРС на каждом обороте вращения. МИРС устанавливается на внешней поверхности МКС. В работе приведены внешний вид, функциональная схема и подробные характеристики МИРС.