Определение параметров антенной системы российского сканера/зондировщика МТВЗА-ГЯ по наблюдениям солнечного диска

Периодические маневры космического аппарата «Метеор-М» №2–4 обеспечивают условия проведения измерений интенсивности излучения Солнца и его окрестностей микроволновым сканером/зондировщиком МТВЗА-ГЯ (Модуль температурно-влажностного зондирования атмосферы, ГЯ — в память о Геннадии Яковлевиче Гуськове (1918–2002)). На рабочих частотах МТВЗА-ГЯ Солнце можно считать удаленным точечным источником стабильного и интенсивного микроволнового излучения, с высокой контрастностью на фоне реликтового излучения открытого космоса. Это предоставляет уникальную возможность исследования реальных параметров антенной системы данного инструмента с точностью, недостижимой ни в наземных условиях, ни в рамках штатного функционирования МТВЗА-ГЯ на орбите.

Основными этапами обработки измерений являлись:

• географическая (в контексте решаемой задачи — пространственная) привязка исходных (рис. 1) измерений прибора (расчет мгновенных векторов наблюдения   в геоцентрической инерциальной системе координат) с учетом его оптической схемы сканирования и ориентации спутника-носителя (крен в 25° на правый борт) на момент наблюдений солнечного диска. Дополнительно, расчет пары ортогональных векторов   и  , задающих поляризационную ориентацию антенной системы МТВЗА-ГЯ;
• расчет координат вектора Солнца   для рассматриваемого полувитка (которые считаются постоянными в пределах интервала наблюдений околосолнечного пространства);
• для каждого элемента (пикселя) радиотеплового изображения перенос вектора   в систему координат, образованную тройкой мгновенных векторов  ,   и  , с последующим расчетом пары углов (, ) (в плоскости векторов   (угол места) и   (азимут), соответственно), определяющих положение   в этой системе;
• построение карт распределения яркости  , их нормировка и интерполяция на регулярную угловую сетку с размерами ячейки 0,1° 0,1°.

Получаемые таким образом изображения максимально соответствуют понятию объемной диаграммы направленности антенной системы и могут использоваться для анализа ее характеристик. В частности, оказывается возможным определить – ширину диаграммы направленности по уровню половинной мощности в двух ортогональных плоскостях ( и ) и ориентацию ее максимума (, ).

В рамках выполненных исследований были проанализированы более 20 эпизодов попадания Солнца в поле зрения радиометров МТВЗА-ГЯ. Благодаря этому:

• Получены статистически обоснованные оценки пространственной диаграммы направленности антенной системы МТВЗА-ГЯ (таблица 1):
   

Таблица 1 — Уточненные параметры антенной системы МТВЗА-ГЯ («Метеор-М» №2–4)
 

Частота, ГГц	Пол.	N изм.	, град.	, град.	, град.	, град.	, град.	, град.
Облучатель №1
6,9	H	19	4,28	4,52	-0,68±0,14	0,38±0,16	-0,73±0,18	0,50±0,23
6,9	V	19	4,13	4,46	-0,84±0,23	0,31±0,13
7,3	H	19	4,07	4,51	-0,68±0,14	0,29±0,14
7,3	V	19	3,98	4,33	-0,84±0,19	0,22±0,12
10,6	H	20	2,75	3,47	-0,65±0,12	0,45±0,09
10,6	V	20	2,93	3,40	-0,72±0,15	0,42±0,10
18,7	H	20	1,97	2,60	-0,68±0,14	0,75±0,05
18,7	V	20	2,13	2,68	-0,85±0,19	0,80±0,05
23,8	H	20	1,75	2,35	-0,70±0,16	0,59±0,04
23,8	V	20	2,08	2,37	-0,63±0,13	0,78±0,06
Облучатель №2
31,5	H	20	1,48	2,25	-1,57±0,17	0,31±0,07	-1,50±0,20	0,30±0,08
31,5	V	20	1,41	2,56	-1,32±0,15	0,26±0,05
36,7	H	20	1,44	2,08	-1,32±0,15	0,27±0,06
36,7	V	20	1,27	2,48	-1,33±0,15	0,20±0,05
42	H	20	1,37	1,98	-1,62±0,15	0,37±0,06
42	V	20	1,10	2,26	-1,47±0,17	0,31±0,04
45	H	2	1,28	1,85	-1,65±0,21	0,35±0,07
45	V	2	0,93	1,95	-1,65±0,21	0,30±0,14
48	H	20	1,20	1,79	-1,61±0,15	0,34±0,07
48	V	20	1,00	2,14	-1,50±0,16	0,27±0,06
Облучатель №3
52	V	20	1,43	2,30	-0,76±0,14	-0,47±0,09	-1,02±0,25	-0,54±0,11
91,65	H	13	1,03	1,60	-1,17±0,13	-0,56±0,15
91,65	V	13	0,89	1,78	-1,12±0,17	-0,58±0,04
Облучатель №4
165	V	1	1,55	2,4	0,30±0,00	0,00±0,00	0,26±0,20	0,00±0,00
183	V	7	1,63	2,5	0,21±0,21	0,00±0,00

      

• Получено экспериментальное подтверждение предположения о неколлинеарности оптических лучей визирования прибора на разных частотах (рис. 2).
• Впервые надёжно определена ориентация «атмосферных» каналов МТВЗА-ГЯ, частоты которых лежат в окрестности линий поглощения кислорода и водяного пара. 

Рисунок  1 — Радиотепловое изображение Земли, Солнца и области открытого космоса, сформированное прибором МТВЗА-ГЯ	Рисунок 2 — Результат определения точной ориентации оптических лучей визирования низкочастотных каналов МТВЗА-ГЯ

 

Результаты работы легли в основу нового частотно-дифференцированного подхода к реализации процедуры географической привязки измерений МТВЗА-ГЯ, который в настоящее время интегрирован разработчиками аппаратуры (АО «Российские космические системы») в программный комплексе предварительной обработки информации этого прибора.

Помимо этого, актуализация характеристик антенной системы МТВЗА-ГЯ предоставляет возможность для уточнения тематических продуктов ДЗЗ, формируемых на основе измерений этого прибора.

Результаты работы свидетельствуют о необходимости включения маневров спутника-носителя в программу летных испытаний будущих версий МТВЗА-ГЯ в обязательном порядке, а также о предпочтительности отказа от процедуры аппаратного сведения лучей визирования прибора.