Les expériences à bord des Ionosfera-M n°1 et 2

Le service de presse de l'Institut de recherche spatiale [IKI] de l'Académie des sciences de Russie [RAN] a préparé  des documents sur les tâches et l'équipement scientifique des satellites hélio-géophysiques Ionosfera-M, dont deux devraient être lancés dans le cadre du projet Ionozond le  5 novembre 2024 par le lanceur Soyouz-2.1b avec étage supérieur "Fregat" depuis le cosmodrome de Vostochny.

Le projet Ionozond vise à résoudre les problèmes de surveillance de l'espace proche de la Terre et de recherche fondamentale sur les processus de plasma et d'ondes spatiaux. Au cours du projet, il est prévu de créer une constellation spatiale de quatre satellites Ionosfera-M et un satellite Zond-M.

Les satellites Ionosphère-M sont fabriqués dans le cadre du Programme spatial fédéral 2016-2025 et seront lancés par paires sur des orbites héliosynchrones : en 2024 - les appareils n°1 et n°2, en 2025 - les appareils n°3 et n°4. Le satellite Zond-M sera fabriqué et lancé dans le cadre du programme spatial fédéral suivant.

Le client général est la société d'État Roscosmos, les clients thématiques sont Roshydromet et l'Académie des sciences de Russie, le développeur du système spatial est la société VNIIEM (qui fait partie de Roscosmos), le développeur du complexe d'équipements cibles est IKI RAN (avec coopération).

L'ionosphère est une région de l'atmosphère terrestre située entre 50 km et environ 2 000 km d'altitude, qui contient, outre des atomes et des molécules neutres, également des particules chargées - des ions et des électrons formés sous l'influence du rayonnement solaire. Grâce à cela, l'ionosphère conduit le courant électrique et est capable de réfléchir ou de déformer les signaux radio.

De plus, les courants électriques apparaissant dans la magnétosphère terrestre traversent également l’ionosphère, c’est donc l’élément le plus important influençant l’activité géomagnétique : formation d’orages magnétiques, apparition d’aurores boréales, etc.

Mais étudier l’ionosphère est difficile. En fait, il ne peut être atteint qu’à l’aide d’un satellite artificiel terrestre. Les satellites de recherche et de surveillance de l'ionosphère doivent être équipés d'instruments capables de mesurer les paramètres de base du plasma spatial - la concentration des particules, leur composition et leur température, ainsi que les paramètres des champs électromagnétiques et du rayonnement des ondes générés à proximité du satellites ou provenant de régions éloignées.

Mais si nous effectuons des mesures uniquement à l’altitude de l’orbite du satellite, nous obtenons alors des données uniquement sur cette région. On ne peut que deviner ce qui se passe au-dessus et au-dessous. Ce problème peut être résolu par un dispositif capable de sonder l'ionosphère à différentes altitudes et de présenter les résultats sous la forme d'un profil d'altitude. Un tel appareil est appelé ionosonde.

En émettant de courtes impulsions radio dans une large gamme de fréquences, il enregistre les signaux réfléchis par l'ionosphère, et la réflexion se produit au point où la fréquence des oscillations libres des électrons (en fonction de leur concentration à une altitude donnée) est égale à la fréquence de l’impulsion radio émise. En mesurant la durée du délai entre le moment où l'impulsion est émise et celui où le signal réfléchi est reçu, nous pouvons déterminer la hauteur de la réflexion, et à partir de la fréquence de l'impulsion réfléchie, la concentration d'électrons à cette hauteur.

L'étude de l'ionosphère à l'aide d'ionosondes satellitaires a été réalisée dans notre pays à l'aide d'engins spatiaux spéciaux et d'un complexe de la station orbitale Mir jusqu'aux années 1990, et a depuis lors pratiquement cessé. Le projet Ionosonde reprendra ce travail critique.

En plus de sonder l'ionosphère, les instruments embarqués à bord du satellite effectueront d'autres mesures.

L'ensemble d'instruments des satellites Ionosphère-M est conçu pour mesurer les paramètres du plasma ionosphérique, du rayonnement cosmique et des champs électromagnétiques :

• LAERT  est une ionosonde permettant de mesurer la distribution verticale de la densité électronique du plasma ionosphérique. L'appareil dispose de deux modes de fonctionnement principaux. En mode passif, il fonctionne comme un spectromètre radio dans la gamme de fréquences 100 kHz - 20 MHz. En mode actif - comme un radar ionosphérique dans la même gamme de fréquences. L'appareil a été développé et fabriqué par VNIIEM.
• PES  est un récepteur de signaux des satellites de navigation GPS/GLONASS permettant de déterminer les caractéristiques de l'ionosphère par la méthode de radiooccultation. L'appareil a été fabriqué par l'Institut du magnétisme terrestre, de l'ionosphère et de la propagation des ondes radio du nom de N.V. Poushkov RAN (IZMIRAN).
• MAYAK  est un émetteur de signaux radio cohérents aux fréquences de 150 et 400 MHz. Sur la base des signaux reçus du dispositif MAYAK dans les stations au sol, la distribution de la densité électronique ionosphérique sera reconstruite à l'aide de la tomographie à basse altitude. L'appareil est fabriqué par IZMIRAN. Les stations au sol permettant de travailler avec l'appareil MAYAK de Roshydromet sont supervisées par l'Institut de géophysique appliquée du nom de l'académicien E.K. Fedorov (IPG). Les travaux des stations de réception à des fins de recherche seront effectués par IZMIRAN, la Faculté de physique de l'Université d'État de Moscou du nom de M.V. Lomonossov, Institut de géophysique polaire, Institut de physique solaire-terrestre de la branche sibérienne de l'Académie des sciences de Russie et d'autres organisations.
• NVC  avec capteurs magnétiques et électriques est un récepteur-analyseur d'ondes électromagnétiques dans la gamme des basses fréquences jusqu'à 20 kHz pour mesurer le rayonnement naturel du plasma spatial et les signaux d'origine artificielle des réseaux électriques et des émetteurs basse fréquence au sol. Le capteur magnétique a été fabriqué par l'Institut de recherche radiophysique de l'Université d'État de Nijni Novgorod, du nom de N.I. Lobatchevski. Les capteurs électriques ont été fabriqués par Astron-Electronics Research and Production Enterprise. L'unité électronique NVK est fabriquée par IZMIRAN.
• SPER/1  est un spectromètre de plasma et de rayonnement énergétique (ions et électrons dans la gamme 0,05 keV - 100 MeV), conçu pour surveiller le plasma arrivant dans l'ionosphère « par le haut » – depuis la magnétosphère. L'appareil a été fabriqué par l'Institut de recherche scientifique en physique nucléaire du nom de D.V. Skobeltsyne (NINP) MSU.
• GALS/1  est un spectromètre des rayons cosmiques galactiques et du rayonnement magnétosphérique (électrons et protons compris entre 0,15 et 600 MeV). L'appareil a été fabriqué par IPG.
• SG/1  - spectromètre gamma dans la gamme d'énergie 20 keV - 10 MeV. L'appareil a été fabriqué par l'Institut de physique nucléaire de l'Université d'État de Moscou.
• BKUSNI  est un bloc permettant de contrôler le fonctionnement des appareils d'un complexe d'équipements cibles, de collecter les résultats de mesure, de diffuser le flux d'informations dans un système de télémétrie pour la transmission vers la Terre. L'appareil a été fabriqué par IKI RAS.

De plus, des instruments Ozonometer-TM seront installés sur les satellites Ionosfera-M n°3 et n°4 pour mesurer les paramètres de la couche d'ozone. Les appareils ont été fabriqués par NPP Astron Electronics avec la participation de l'Institut de recherche spatiale de l'Académie des sciences de Russie.

La réception des informations des satellites - résultats des mesures - sera effectuée par le système national de surveillance spatiale dans le cadre des centres européens, sibériens et extrême-orientaux du Centre de recherche scientifique en hydrométéorologie spatiale "Planeta".

Le traitement primaire des informations reçues, ainsi que la préparation des programmes de mesures en vol seront effectués par un complexe au sol de réception, de traitement et de diffusion des informations sous la direction du Centre de Recherche Planétaire de Roshydromet (avec la participation de l'Institut de recherche spatiale de l'Académie des sciences de Russie). Les satellites seront contrôlés en vol par le centre de contrôle de mission de l'Institut central de recherche en génie mécanique (TsNIIMash, qui fait partie de Roscosmos). Le traitement et l'interprétation des informations reçues dans le but de résoudre des problèmes pratiques seront effectués par le Centre de Validation IPG. La recherche scientifique utilisant les résultats des mesures sur les satellites Ionosphère-M sera coordonnée par l'IKI RAN.

Parallèlement aux observations des satellites Ionosfera-M, des mesures de densité de plasma par sondage résonant sont prévues sur un petit satellite CubeSat SamSat-Ionosera. L'idée de cette expérience a été proposée par des employés de l'Institut de physique appliquée de l'Académie des sciences de Russie du nom d'A.V. Gaponov-Grekhov, et l'appareil a été fabriqué par des employés de l'Université nationale de recherche de Samara, du nom de l'académicien S.P. Korolyov. Le satellite sera lancé avec les Ionosfera-M n°1 et n°2 en tant que charge secondaire composée de 53 petits appareils.

Source et crédit photographique: IKI/Roscosmos