Влияние флуктуаций параметров радиоволны на результаты анализа данных радиопросвечивания ионосферы Венеры

Методы анализа вариаций радиополя для изучения ионосфер планет в экспериментах радиопросвечивания разработаны после запуска первых межпланетных космических аппаратов (КА) и постоянно совершенствуются с целью получения более точной информации о структуре исследуемой среды. Основной проблемой диагностики ионосферы является преобразование экспериментальных данных, содержащих сведения о возмущениях интегральной электронной концентрации на трассе радиосвязи между КА и Землей, в локальные параметры исследуемой ионизованной оболочки планеты. Традиционная методика решения обратной задачи позволяет получить сглаженный вертикальный профиль электронной концентрации, но возникают неоднозначности при извлечении информации о характеристиках ионосферы и о достоверности мелкомасштабных вариаций электронной концентрации. Точный расчет профилей электронной концентрации неосуществим, прежде всего, из-за невозможности точного описания всех неоднородностей среды на трассе радиосвязи. Основная задача диагностики – разработка математической модели вариаций наблюдаемых параметров радиополя в зависимости от характерных особенностей исследуемой среды. На основе такой модели создается методология анализа экспериментальных данных, обеспечивающая возможность оценки параметров многомасштабных структур в ионосфере и их основных признаков. Это позволяет решать задачи обнаружения аномалий в среде, выявлять изменения структуры среды и оценивать параметры таких изменений. Применяемую модель эксперимента можно считать удовлетворительной, если она позволяет достоверно выявлять слоистые структуры ионосферы и обеспечивает высокую точность информации о характеристиках ионосферы.
В докладе обсуждаются оценки погрешностей определения основных характеристик ионосферы Венеры: высоты ионопаузы и положения нижней границы ионосферы, концентрации электронов в ионосфере. В экспериментах с КА Венера-15,-16 [1] высокая точность определения характеристик радиоволн ДМ и СМ диапазонов была обеспечена высоким потенциалом радиолинии (диаметр антенны КА 260 см, мощность ДМ передатчика 100 Вт) и разработанной методикой определения вариаций мощности, фаз и частот ДМ и СМ сигналов. Эти обстоятельства позволили создать новое направление интерпретации данных двухчастотного радиопросвечивания ионизованных оболочек космических объектов – методику детектирования плазменных слоев [2]. Основой методики является корреляция рефракционного ослабления мощности зондирующей радиоволны со скоростью изменения частоты волны. Усовершенствование методов обработки радиозатменных данных, их обоснование на основе моделирования эксперимента, повысило качество информации о структуре неоднородностей в ионосфере и открыло возможность получения достоверных сведений о колебаниях концентрации электронов в ионосфере. Для корректного применения методики детектирования плазменных слоев необходимы высокие точности измерений мощности, частоты и скорости изменения частоты радиоволн, а также малое влияние мешающих факторов: флуктуаций генератора радиоволн, шумов радиоаппаратуры, вариаций параметров среды на трассе распространения радиоволн за пределами ионосферы. На основе выполненного анализа результатов радиопросвечивания КА Венера-9,-10 [3], Венера-15,-16 [1], Venus-Express [4] и Akatsuki [5,6] обнаружены существенные различия полученных сведений о распределении электронной концентрации в дневной ионосфере Венеры. В докладе обсуждаются возможные причины таких различий.
Работа выполнена в рамках государственного задания по теме “Космос”.