книги из ГПНТБ / Гайгеров С.С. Исследование синоптических процессов в высоких слоях атмосферы

появляются новые погрешности. В недавней работе Эземенари величины поправок для терморезистора с пленочным креплением

Н км

80г- ^

-Є0 -50 -40 -30

Рис. 21. Средние годовые профили температуры по суммарным данным станций Уоллопс-Айленд и Чер­ чилл.

«Арказонда-1А» (см. табл. 11) существенно больше, чем получен­ ные другими авторами, и приближаются к оценкам Вагнера и Томпсона для прибора «Дельта-1» [280].

4. АКУСТИЧЕСКИЙ РАКЕТНО-ГРАНАТНЫИ МЕТОД ЗОНДИРОВАНИЯ

При акустическом ракетно-гранатном методе зондирования средняя температура и ветер определяются в интервале между

в основном с помощью ракеты «Найке-Кеджун» (рис. 23), в голов­ ной части которой помещаются гранаты, несущие 0,4, 0,8 и 1,2 кг взрывчатого вещества. Гранаты выбрасываются при подъеме ра­

Рис. 23. Схема полезного груза ракеты «Найке-Кеджун» при гранатном экс­ перименте.

/ — носовой конус, 2 — корпус гранатного отсека, 3 — гранаты весом 0,9 кг, 4 — гранаты

Землю. Наиболее употребительной системой является упомянутая выше фиксация с помощью фотоэлементов, установленных на ра­ кете, и передача информации по телеметрической секции DOVAP. Для обнаружения и регистрации звуковых волн, генерируемых взрывами гранат, используется расположенная на Земле система микрофонов с подогреваемой проволокой, чувствительных в инфразвуковой области (4 Гц).

Параметрами, измеряемыми при эксперименте, являются мо­ менты времени и координаты взрывов гранат и моменты времени прихода звуковых волн к расположенным на Земле микрофонам. По разности между временем прихода звуковой волны и временем взрыва гранаты находится время прихода звуковой волны от каж­ дой гранаты. Угол возвышения и азимут звукового луча (нормали к приходящей звуковой волне) рассчитываются методом наимень­ ших квадратов для моментов времени прихода к различным ми­ крофонам. Каждая волна затем аналитически прослеживается вдоль ее пути через атмосферу посредством закона Снеллиуса. Для рас­ чета влияния ветра и температуры на прослеживаемом пути зву­ ковой волны от Земли до первого взрыва используются данные по радиозондам и малым метеорологическим ракетам, полученные за срок, ближайший к времени гранатного зондирования. Выше этого уровня используются результаты данного эксперимента для каж­ дого последовательного взрыва. Положение волны, найденное пу­ тем прослеживания, сравнивается с известными координатами взрыва гранаты. Величина горизонтального смещения звуковой волны от одного взрыва к следующему определяется вектором средней скорости ветра между двумя соседними взрывами [408]. Кратко изложим теорию гранатного метода, описанную в работах [353, 308, 216, 217, 266].

(г>оі) на время прохождения лучом этого пути:

vl2 является искомой величиной. Аналогичные послойные подсчеты дают воз­ можность определить распределение скорости ветра по высоте.

Таким образом может быть определена средняя скорость звука С между двумя смежными взрывами гранат G\ и G2 , а следовательно, найдена средняя температура атмосферы Т по известной формуле

последовательными взрывами. Распределение температуры с высотой, найденное по экспериментальным данным, используется для определения профилей давле­ ния и плотности по величинам давления, полученным при радиозондировании, ближайшем к сроку ракетно-гранатного зондирования.

Анализ ошибок всех измерений температуры и ветра проведен в работах Смита и др. [405—408], в которых, в частности, показано, что более 90% ошибок эксперимента вызвано неточностью определения моментов времени прихода звука к различным микрофонам. Погрешность определения времени обусловливает по­

и зенитных погрешностей можно получить хорошее приближение к оценке точ­ ности метода.

изломом профиля температуры или резким изменением направления и скорости ветра. Однако десятикратного возрастания ошибок для высот более 75 км не наблюдается. Следует отметить, что однозначная система оценок ошибок, при­ веденная выше, помогает критически относиться к используемому материалу на­ блюдений.

5. МЕТОД ПАДАЮЩИХ СФЕР

Определение параметров свободно падающих сфер, сбрасывае­ мых с ракет, служит основой для расчета плотности атмосферы. Используются следующие типы сфер: 1) активные жесткие сферы небольшого диаметра — металлические шары, содержащие акселе­

метрами и телеметрией; 3) пассивные наполняемые сферы, пара­ метры движения которых определяются с помощью радиолокаци­ онного прослеживания [253].

Плотность рассчитывается из уравнений движения для сферы, движущейся в атмосфере. На падающую сферу действует следую­

Приближенно плотность воздуха можно найти, пренебрегая первым и четвертым членами правой части выражения (16), по

в пластиковый материал. Крышка упаковки сферы выдергивается при отделении. Остаточный воздух в упаковке способствует выбросу сферы из головной части. Сначала выбрасывается и наполняется пластиковая защитная подушка, служащая для предохранения сферы от повреждений горячими частицами, разлетающимися при срабатывании разделительного движка. Затем происходит наполнение сферы.

Внаполнительной капсуле содержится 35 см 3 изопентана.

Спомощью ракеты «Аркас» зондирование сферой «Робин» проводится в вы­ сотном диапазоне 70—35 км. Однако при применении сферы «Робин» с ракетой «Аркас» обнаружились недостатки метода из-за раннего разрыва сфер или их недостаточного наполнения в нижней части зондируемого слоя [444, 445, 338].

Использование сферы «Робин» с ракетой «Локи-Дарт» показало большую надежность, очевидно, потому, что пассивная вторая ступень — «Дарт» — имеет

нением усовершенствованной методики наполнения сферы). Система измерений

ратуры и ветра от тропопаузы до мезопаузы. Ограничения точности измерений «Вайпе-Дарт» — «Робин» возникают при утечке изопентана, при этом изменяется масса и форма сферы. Имеется расчетный способ контроля и коррекции, свя­ занной с временем снижения сферы. Основные источники ошибок в определении плотности обусловлены недостаточной точностью коэффициентов торможения и влиянием вертикальных слагающих скорости ветра. В целом погрешности из­ мерений сферами «Робин» характеризуются средними квадратическими откло­ нениями по ветру 5—4 м/с на высотах 80 и 70 км и по плотности от 5 до 3% в слое 90—70 км. Результаты сравнений данных о плотности по одновременным

Сферы с аппаратурой, или активные сферы, применяются для измерений на •больших высотах. Первоначально это были наполняемые азотом нейлоновые сферы диаметром 1,2 м, весом от 2,3 до 0,9 кг с миниатюрным приемопередат­ чиком доплеровской следящей системы или Р Л С (AN/FPS-16). С помощью при­ емопередатчика и наземной части этой системы определялись траекторные дан­ ные. При максимальной высоте полета 123 км измерения проводились в слое 82—32 км. Суммарные ошибки определения плотности расцениваются в 5%. В первых экспериментах сферы начинали менять форму на высоте около 50 км [248].

В австралийских экспериментах с наполняемыми металлизированными сфе­ рами диаметром до 2 м определение скоростей и ускорений также производилось или с помощью доплеровской следящей системы, или Р Л С (AN/FPS-16). Измерения проводились в слое 98—73 км. Ошибка определения плотности оце­ нивалась примерно в 5% для доплеровской системы, в случае радиолокационного прослеживания она возрастала [371].

Наполняемые майларовые сферы диаметром 2,74 м с акселерометром и теле­ метрическим передатчиком использовались для получения данных о плотности выше 90 км. Система акселерометров измеряла ускорения вдоль трех диамет­ рально противоположных осей. Аппаратура поддерживалась в центре сферы на­

Жесткие сферы

ной в полость диаметром 2,9 см. Поверхность полости представляет собой ком­ мутационную матрицу. Если бы ускорение сферы соответствовало гравитацион­ ному ускорению, катушка находилась бы в центре сферы. При наличии тормо­ жения катушка смещается и касается коммутационной матрицы. После контакта катушка автоматически возвращается в исходное положение. Этот цикл повто­ ряется. Основными данными, телеметрируемыми на Землю, являются: время, когда катушка свободна — находится в центре полости, и время контакта, когда

отсюда плотность атмосферы

_ AmS

Это один из примеров конструкции акселерометра и методики наблюдений. Точ­ ность измерений плотности расценивается от 3 до 5% [373, 253].

К методу жестких сфер возвращались в последующие годы. В новых кон­ струкциях (принципиально сходных с ранними) использовались более чувстви­ тельные акселерометры, миниатюрные электрические схемы на транзисторах [281, 253]. Результаты измерений плотности (и температуры) в январе—марте 1971 г., полученные через короткие промежутки времени и отлично согласовывавшиеся, были представлены недавно Фейром, Чемпионом и Мерфи [282].

6.МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ПЛОТНОСТИ И ДАВЛЕНИЯ

СПОМОЩЬЮ МАНОМЕТРОВ

Давление и плотность в верхней стратосфере и нижней мезосфере, использующиеся для синоптического анализа, обычно вы­ числяются с помощью уравнения статики по данным ракетных из­ мерений температуры. Однако на высотах более 80 км, где прямые наблюдения методом термометрического тела становятся неприме­ нимыми, манометрический метод измерений приобретает первосте­ пенное значение. Теория и методика измерения давления и плот­ ности с помощью манометров весьма полно изложены в моногра­ фиях К. Я- Кондратьева [121], И. А. Хвостикова [217], А. А. Кмито [116].

В ранних ракетных экспериментах для измерения низких дав­ лений и плотности применялись трубки Пито, манометры Пирани, ионизационные и магнитные электроразрядные манометры [131, 419, 150, 119]. Е. Г. Швидковским [230, 231], А. И. Ивановским и