В НИИЯФ МГУ ведутся работы по проекту «Система радиационного мониторинга в окружающем космическом пространстве и на заданных орбитах». Финансирование проекта осуществляется Минобрнауки в рамках соглашения о предоставлении субсидии №14.604.21.0049. Проект направлен на решение задачи оперативного мониторинга радиационного состояния околоземного пространства. На основе системы сбора данных спутниковых измерений (в первую очередь, потоков энергичных частиц в магнитосфере Земли и параметров плазмы в солнечном ветре, а также мультиспектральных наблюдений за Солнцем) и операционных моделей космической среды ведутся поиски решения задачи оценки и прогнозирования радиационного состояния околоземного космического пространства.
Выполнение проекта осуществляется сотрудниками отдела оперативного космического мониторинга НИИЯФ МГУ. На протяжении десяти лет ими создана уникальная инфраструктура - Центр данных оперативного космического мониторинга, - позволяющая в реальном времени наблюдать за состоянием оперативного космического пространства.
Трехмерная структура магнитосферного магнитного поля, построенная Л. Мухаметдиновой по параболоидной модели магнитосферыИнформация для анализа поступает с находящихся на орбите отечественных спутников «Электро-Л1» и «Метеор-М2», а также целого ряда зарубежных космических аппаратов. С точки зрения космической погоды очень важны данные американского спутника ACE (Advanced Composition Explorer), который проводит свои наблюдения в окрестности так называемой точки Лагранжа L1 в потоке солнечного ветра между нашей планетой и ее светилом. И потому, когда от Солнца идет высокоскоростной поток плазмы, спутник ACE может зафиксировать его примерно на час раньше, чем солнечный ветер достигнет Земли. А это значит, что мы можем заблаговременно получить очень важную информацию, благодаря которой можно сделать вероятностный прогноз, например, такого явления космической погоды, как магнитная буря.
Очень большое значение имеют данные аппаратов, ведущих наблюдение за Солнцем. Это, в частности, американский спутник SDO (Solar Dynamics Observatory), благодаря которому мы регулярно получаем его изображения в разных длинах волн. Очень важно, что данные космических аппаратов ACE, SDO, также можно отметить американские SOHO (Solar & Heliospheric Observatory), GOES (Geostationary Operational Environmental Satellites), доступны для всех, причем размещаются на сайтах с минимальными задержками после измерений. Это позволяет получать оперативную информацию в режиме реального времени.
Выполнение проекта в рамках соглашения с Минобрнауки о предоставлении субсидии №14.604.21.0049 стало новой вехой в развитии Центра данных оперативного космического мониторинга. Взаимосвязь физических процессов в околоземном пространстве приводит к необходимости организации комплексного мониторинга солнечно-земных связей по схеме «Солнце – солнечный ветер (ближняя гелиосфера) – магнитосфера Земли» на основе данных измерений космических аппаратов и наземных станций в режиме реального времени. Для прогнозирования таких процессов необходимо использование физических и инженерных моделей космической среды. Именно такая система оперативного анализа данных на основе моделей космической среды разрабатывается в НИИЯФ МГУ.
Руководитель Центра данных оперативного космического мониторинга, ответственный исполнитель проекта д.ф.-м.н. Владимир Калегаев комментирует:
Следует отметить важную специфику мониторинговой деятельности на основе космических данных. В отличие систем мониторинга наземных ресурсов, которые, как правило, допускают использование сколь угодно большого набора наблюдений, в том числе и наблюдений из космоса, источников данных при изучении факторов космического пространства недостаточно. В настоящее время в космическом пространстве функционирует около десяти космических аппаратов, осуществляющих измерения в интересах обеспечения мониторинга радиационных условий в окружающем космическом пространстве. Здесь речь идет не только об измерениях, но и о режиме передачи данных. Для систем мониторинга требуется функционирование в режиме реального времени, или близком к нему.
В связи с практической невозможностью осуществлять мониторинговые измерения в большей части космического пространства встает вопрос об обобщении имеющейся информации на орбиты функционирования космической техники, не обладающей собственными детекторами заряженных частиц. С этой целью в состав системы мониторинга необходимо включать операционные модели космической среды. На первом этапе выполнения проекта разработана методика осуществления мониторинга и прогнозирования радиационного состояния околоземного космического пространства. Сформирован перечень факторов космического пространства, изменения которых могут быть предсказаны на основе результатов измерений регистрирующей аппаратуры космических аппаратов.
В настоящее время исполнители проекта разрабатывают методы надежной идентификации событий в магнитосфере, таких как протонные возрастания солнечных космических лучей, магнитные бури и увеличения потоков релятивистских электронов внешнего радиационного пояса Земли. Это требует создания моделей космической среды для прогнозирования и оперативного анализа данных космического мониторинга. Создание таких моделей, а также средств визуализации, позволяющих одновременно воспроизводить как данные моделирования, так и данные измерений, является главной задачей второго этапа проекта.
Трехмерная структура магнитосферного магнитного поля, построенная Л. Мухаметдиновой по параболоидной модели магнитосферы