Российские ученые создали инновационное устройство для изучения ионосферы, которое может значительно улучшить качество коротковолновой связи для гражданской авиации и служб чрезвычайного реагирования.
Специалисты Научно-исследовательского радиофизического института Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского (НИРФИ ННГУ) разработали и успешно запустили ионозонд на нескольких экспериментальных площадках. Результаты этой работы были опубликованы в научном журнале Atmosphere.
Ионосфера, располагающаяся на высоте от 80 до 1000 километров над поверхностью Земли, играет ключевую роль в распространении радиоволн. Этот слой атмосферы, насыщенный заряженными частицами, ионами, свободными радикалами и электронами, имеет сложную структуру и подвержен постоянным изменениям. Эти изменения происходят в широком временном диапазоне - от нескольких секунд до нескольких лет.
Особое значение ионосфера имеет для распространения коротковолнового излучения с частотой 3-30 МГц. Именно в этом диапазоне работают сотни радиостанций, а также осуществляется связь между самолетами дальней авиации и диспетчерскими службами. Однако состояние ионосферы может существенно влиять на качество этой связи, что делает ее изучение и мониторинг крайне важными.
Ученые НИРФИ ННГУ отмечают, что на территории России недостаточно устройств для мониторинга ионосферы, чтобы обеспечить точный краткосрочный и среднесрочный прогноз качества радиосвязи. Для решения этой проблемы они разработали новый тип ионозонда, который позволяет получать как фундаментальные, так и прикладные знания об ионосфере.
Алексей Шиндин, директор НИРФИ ННГУ и один из авторов исследования, подчеркивает уникальность подхода, использованного при создании устройства. "Мы стремились создать простое, но многофункциональное устройство с максимально низкой себестоимостью. Это позволяет нам уже на этапе испытаний получать новые научные результаты не только в одной точке наблюдения, но и по данным небольшой сети из наблюдательных пунктов", - поясняет Шиндин.
На данный момент ионозонды развернуты на пяти экспериментальных площадках, и в ближайшее время планируется добавить еще три. Это позволит существенно расширить зону наблюдения и повысить точность получаемых данных.
Уникальность разработанного устройства заключается в том, что оно объединяет функции сразу нескольких научных приборов. В нем совмещены импульсный ионозонд, ионозонд, использующий непрерывный частотно-модулированный сигнал, и широкополосное приемо-передающее устройство коротковолнового диапазона. По словам исследователей, на данный момент не существует другого ионозонда, в котором были бы одновременно реализованы функции импульсного ионозонда и ионозонда с линейной частотной модуляцией.
Еще одним преимуществом нового устройства является его открытая спецификация и использование доступных комплектующих. Это делает возможным его широкое распространение и использование в различных научных и прикладных целях.
В ходе опытной эксплуатации и ресурсных испытаний ученые уже получают новые данные о скоростях вертикальных движений электронной плазмы в ионосфере. В будущем планируется расширить возможности устройства для мониторинга крупномасштабных горизонтальных движений в ионосфере.
Разработка и конструирование нового ионозонда были выполнены при поддержке программы "Приоритет-2030" российского национального проекта "Наука и университеты", участником которой является ННГУ. Это подчеркивает важность проекта не только для научного сообщества, но и для развития отечественных технологий в целом.
Создание сети таких ионозондов может существенно улучшить качество и надежность коротковолновой связи. По оценкам ученых, это может уменьшить время установления канала связи с минуты до нескольких секунд, что особенно важно для гражданской авиации и служб чрезвычайного реагирования.
