"Противовес" космическим лучам

     Проект магистранта Казанского (Приволжского) федерального университета Дениса Когогина «Исследование флуктуаций полного электронного содержания в ионосфере Земли при воздействии на неё мощного радиоизлучения стенда “Сура”» вышел в финал Всероссийского студенческого форума в номинации «Научный прорыв». Осенью этого года автор проекта поступил в аспирантуру Института физики КФУ. STRF.ru расспросил его, для чего нужны такие исследования и какие результаты получены.

 Денис, с чего начинался ваш проект?

– Учась на третьем курсе КФУ, я понял, что хочу заниматься наукой и продолжить обучение в аспирантуре. Когда наступил момент выбора темы курсовой работы, я решил посоветоваться с одним из преподавателей,Игорем Альбертовичем Насыровым, который вёл у нас предмет «электричество и магнетизм» и, скажем так, мне импонировал. Он согласился стать моим научным руководителем и предложил сначала одну тему из тех, что его интересовали, которую я и выполнил в качестве курсовой, потом другую тему для бакалаврской работы, которую я делал на кафедре радиоэлектроники на четвёртом курсе. Из этой работы и вырос проект, которым я начал заниматься в магистратуре «Информационные процессы и системы» Института физики КФУ. То, чем я занимаюсь сейчас, – это уже больше моя задумка, её я и реализую.

Какую научную задачу вы решаете?

– Идея такая: исследовать параметр полного электронного содержания в ионосфере Земли с помощью сигналов спутниковых систем –ГЛОНАСС, GPS и «Галилео». Техническая сторона вопроса – как и с помощью чего это сделать – прорабатывалась в бакалаврской работе. В магистратуре я начал создавать программный комплекс обработки данных, получаемых от спутников, чем продолжаю заниматься сейчас, в аспирантуре. Идеально было бы сделать такой комплекс, который в будущем не потребует серьёзного участия человека в обработке данных.

Почему важны такие исследования?

– Это фундаментальная задача. Её решением мы с моим научным руководителем в Институте физики КФУ занимаемся в кооперации с научными группами из нижегородского Научно-исследовательского радиофизического института и Института солнечно-земной физики Сибирского отделения РАН, проводя различные фотометрические исследования ионосферы. Задача интересна тем, что ионосфера – уникальная среда, без неё, вообще говоря, не могла бы осуществляться радиосвязь на дальние расстояния, никаких сотовых телефонов не было бы. Ионосфера – это естественная космическая лаборатория, но в силу трудоёмкости экспериментов это довольно сложная область для исследований, и достижение существенных результатов требует большого количества повторяемых измерений.

Как вы воздействуете на ионосферу и что при этом происходит?

– Возмущённая область ионосферы создаётся стендом «Сура» над районом поселка Васильсурск (56°N, 46°E). Нагревной стенд «Сура» – это большое антенное поле. В эксперименте производится излучение мощной электромагнитной радиоволны, которое в зависимости от задач направлено либо перпендикулярно вверх, либо с наклоном в 12 градусов. В результате антропогенного воздействия на ионосферу её структура становится неоднородной. Неоднородности различных масштабов мы и исследуем посредством как фотометрических измерений, так и измерений сигналами спутниковых систем микроволнового диапазона, принимаемых с помощью приёмников геодезического класса. Это такое достаточно дорогое оборудование, которое способно принимать сигналы со всех спутниковых систем. Моя задача – получать и обрабатывать эти сигналы.

Один из приёмников установлен в Васильсурске, второй – в Казани, третий – в Зеленодольске. Все эти населённые пункты расположены на геомагнитной широте; расстояние между крайними точками на этой линии – около 190 километров.

Согласно современным физическим представлениям, область неоднородности, которая образуется в результате воздействия на ионосферу мощным радиоизлучением, должна растягиваться вдоль силовых линий магнитного поля. А эти три населённых пункта находятся поперёк магнитного поля. В своей магистерской работе я исследовал, что происходит в таком случае. Результаты были неожиданными – мы получаем изменение полного электронного содержания для всех пунктов наблюдения. Для Васильсурска это логично, там находится «антенная решётка», оказывающая воздействие на ионосферу. Но аналогичные эффекты наблюдаются и в Казани, а это примерно 160 километров от стенда «Сура», и в Зеленодольске – это ещё 30 километров от Казани.

И что это означает?

– Пока непонятно, поэтому, публикуя результаты, я везде отмечаю: «требуют дальнейшего изучения». Оно необходимо, поскольку непонятен сам характер распространения неоднородностей поперёк силовых линий магнитного поля. Мы предполагаем, что там происходит распространение ионно-звуковой волны, которая выдавливает электроны поперёк магнитного поля. Но лично я не могу этого утверждать, ибо я скорее экспериментатор, а не теоретик. Так что полученные результаты нужно ещё и ещё раз подтверждать. Мы проводим экспериментальные кампании дважды в год и как только наберём достаточное количество данных, позволяющих говорить о повторяемости эффекта, то, возможно, разработаем какую-то новую модель.

Когда планируете завершить ваш научный проект?

– В течение трёх лет, к окончанию аспирантуры, то есть к 2016 году. Я должен полностью сформировать базу данных, соответственно, её обработать, написать все функции, входящие в программный комплекс, зарегистрировать программы для ЭВМ, опубликовать полученные результаты в ВАКовских научных журналах и журналах, индексируемых базами данных Scopus и Web of Science. Логическим завершением проекта станет защита кандидатской диссертации.

Где могут применяться результаты ваших исследований?

– Так как современная жизнь связана с сотовыми и навигационными технологиями, более глубокое понимание структуры ионосферы, вероятно, позволит нам улучшить качество передаваемой информации, снизить потери, повысить скорость передачи данных. Разрабатываемый программный комплекс будет полезен при использовании систем позиционирования GPS, ГЛОНАСС и в дальнейшем «Галилео» для научных исследований, а не только для прямых навигационных задач.