Микроволновый лимбовый радиометр для определения малых газовых составляющих в атмосфере Земли

В докладе рассматриваются основы построения и конструктивные особенности микроволновых радиометров для лимбовых измерений малых газовых составляющих атмосферы, выбор частотных полос и характеристик аппаратуры, а также возможные результаты обработки целевой информации. Рассматриваются характеристики зарубежных микроволновых лимбовых зондировщиков, а также конструкция и характеристики отечественного микроволнового лимбового радиометра МЛР-ГМ для зондирования атмосферы.
Измерения химического состава атмосферы обычно проводятся с помощью зондировщиков, сканирующих слои атмосферы над горизонтом, если смотреть с орбиты спутника. Эти измерения относятся к большому количеству химических веществ в атмосфере и относятся к спектральным линиям, которые намного уже и больше по количеству, чем резонансные линии водяного пара и кислорода.
Первый микроволновый лимбовый радиометр MLS был установлен на борту американского исследовательского космического аппарата Upper Atmosphere Research Satellite (UARS ), массой 6,5 тонны, предназначенный для изучения верхних слоёв атмосферы, запущенный в 1991 и выведенный из эксплуатации в 2005 году. Прекратил существование 24 сентября 2011 г.
Основные частоты: 118 ГГц (О2), 183 ГГц (Н2О), 205 ГГц (О3). Результаты, полученные с помощью прибора MLS позволили разработать пути совершенствования аппаратуры и получения новых характеристик.
Новая модификация прибора MLS была реализована в рамках проекта EOS AURA. Был расширен частотный диапазон функционирования прибора, что в свою очередь позволило получить новые знания о химическом составе атмосферы и влиянии малых газовых составляющих на климатические и другие ее изменения.
Основной задачей спутника AURA является контроль за изменением климата на Земле, загрязнением воздуха, состоянием озонового слоя Земли. Миссия MLR на КА AURA предназначена для исследований верхней атмосферы для соединений: BrO, ClO, CO, H2O, HCl, HCN, HNO3, HO2, HOCl, N2O, O3, OH and SO2.
Для этого Прибор обеспечивает наблюдение (измерение) в спектральных полосах, сосредоточенных около следующих частот:
118 ГГц (9 субчастот), температура и давление;
190 ГГц (6 субчастот), H2O, HNO3;
240 ГГц (7 субчастот),, O3 и CO;
640 ГГц (9 субчастот), N2O, HCl, ClO, HOCl, BrO, HO2, и SO2;
2.5 THz (5 субчастот), в основном для OH.
Вертикальное разрешение – 1,5 км в диапазоне измерений 5-120 км.
Масса прибора 430 кГ.
Потребляемая мощность – 530 Вт.
Скорость передачи данных – 100 кбит/с.
Микроволновый Лимбовый Радиометр (МЛР-ГМ) предназначен для установки на МКА с целью определения концентрации малых газовых составляющих в верхней тропосфере, стратосфере и мезосфере (парниковые газы).
В отличие от зарубежных образцов прибор обладает небольшой массой и энергопотреблением, что позволяет его устанавливать на малые КА массой до 450-600 кГ.
Технические характеристики МЛР:
- рабочий диапазон частот - 100 - 210 ГГц;
- количество спектральных каналов – 8;
- чувствительность – 0.3÷1.6 К;
- информационный поток – 65 Кбит/с;
- апертура антенны – 0.7 м;
- потребление, не более 45 Вт;
- масса, не более - 40 кг;
- габариты - Ø800 мм х 1200 мм.
Без особых конструктивных изменений прибор позволяет расширить частотный диапазон до 240 ГГц.
В докладе рассмотрены предполагаемый внешний вид прибора схема сканирования и проведен анализ результатов спутникового микроволнового
мониторинга парниковых газов в атмосфере и возможные влияния малых газовых составляющих на климатические изменения.