Космические исследования, 2024, № 4

Российская академия наук
КОСМИЧЕСКИЕ 
ИССЛЕДОВАНИЯ
том 62      № 4      2024      Июль–Август
Основан в 1963 г. 
Выходит 6 раз в год 
ISSN: 0023-4206
Журнал издается под руководством 
Президиума РАН
Главный редактор
чл.-корр. РАН А.А. Петрукович
Редакционная коллегия:
д. ф.-м. наук А.В. Грушевский, д. ф.-м. наук В.В. Калегаев,
д. ф.-м. наук Б.В. Козелов, д. ф.-м. наук В.Г. Курт,
д. ф.-м. наук Р.Ю. Лукьянова, д. ф.-м. наук М.Ю. Овчинников
чл.-корр. РАН В.Г. Петухов, акад. РАН Г.А. Попов,
д. ф.-м. наук В.В. Сидоренко, д. ф.-м. наук А.Г. Тучин,
к. ф.-м. наук И.В. Хатунцев, к. ф.-м. наук М.Г. Широбоков,
канд. ф.-м. наук Ю.С. Шугай, prof. Daniel Hestroffer
Зав. редакцией А.В. Фатеева
Адрес редакции: 117997, г. Москва, ул. Профсоюзная 84/32 
E-mail: kos.is@cosmos.ru
Москва
ФГБУ «Издательство «Наука» 
© Российская академия наук, 2024
© Редколлегия журнала “Космические исследования” 
     (составитель), 2024

Свидетельство о регистрации средства массовой информации
ПИ №ФС77-66713 от 28 июля 2016 г., выдано Федеральной службой по надзору в сфере связи, 
информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор)
Учредители: Российская академия наук, Президиум РАН
Издатель: Российская академия наук, 119991 Москва, Ленинский просп., 14 
 Исполнитель по контракту № 4У-ЕП-037-24 ФГБУ «Издательство «Наука» 
121099, Москва, Шубинский пер., д. 6, стр. 1  
Отпечатано в ФГБУ «Издательство «Наука» 
121099, Москва, Шубинский пер., д. 6, стр. 1
16+
Подписано к печати 14.11.2024.  Дата выхода в свет 28.11.2024.  Формат 60 х 88 1/8. 
Усл. печ. л. 8,8.  Уч.-изд. л. 8,8.  Тираж 71 экз.  Заказ 1413.  Цена свободная.

ISSN 0023-4206 Космические исследования, 2024, том 62, № 4
Индекс 39352
Журналы РАН, выходящие в свет на русском языке
Р О С С И Й С К А Я   А К А Д Е М И Я  Н А У К
Автоматика и телемеханика
Агрохимия
Азия и Африка сегодня
Акустический журнал
Астрономический вестник. Исследования Солнечной системы
Астрономический журнал
Биологические мембраны
Биология внутренних вод
Биология моря
Биоорганическая химия
Биофизика
Биохимия
Ботанический журнал
Вестник Дальневосточного отделения Российской академии наук
Вестник древней истории
Вестник Российской академии наук
Вестник российской сельскохозяйственной науки
Водные ресурсы
Вопросы истории естествознания и техники
Вопросы ихтиологии
Вопросы языкознания
Вулканология и сейсмология
Высокомолекулярные соединения. Серия А
Высокомолекулярные соединения. Серия Б
Высокомолекулярные соединения. Серия С
Генетика
Геология рудных месторождений
Геомагнетизм и аэрономия
Геоморфология и палеогеография
Геотектоника
Геохимия
Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология
Государство и право
Дефектоскопия
Дифференциальные уравнения
Доклады Российской академии наук. Математика, информатика, 
процессы управления
Доклады Российской академии наук. Науки о жизни
Доклады Российской академии наук. Науки о Земле
Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки
Доклады Российской академии наук. Химия, науки о материалах
Журнал аналитической химии
Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова
Журнал вычислительной математики и математической физики
Журнал неорганической химии
Журнал общей биологии
Журнал общей химии
Журнал органической химии
Журнал прикладной химии
Журнал физической химии
Журнал эволюционной биохимии и физиологии
Журнал экспериментальной и теоретической физики
Записки Российского минералогического общества
Зоологический журнал
Известия Российской академии наук. Механика жидкости и газа
Известия Российской академии наук. Механика твердого тела
Известия Российской академии наук. Серия биологическая
Известия Российской академии наук. Серия географическая
Известия Российской академии наук. Серия литературы и языка
Известия Российской академии наук. Серия физическая
Известия Российской академии наук. Теория и системы 
управления
Известия Российской академии наук. Физика атмосферы и океана
Известия Российской академии наук. Энергетика
Известия Русского географического общества
Исследование Земли из космоса
Кинетика и катализ
Коллоидный журнал
Координационная химия
Космические исследования
Кристаллография
Латинская Америка
Лёд и Снег
Лесоведение
Литология и полезные ископаемые
Мембраны и мембранные технологии
Металлы
Микология и фитопатология
Микробиология
Микроэлектроника
Молекулярная биология
Нейрохимия
Неорганические материалы
Нефтехимия
Новая и новейшая история
Общественные науки и современность
Общество и экономика
Океанология
Онтогенез
Палеонтологический журнал
Паразитология
Петрология
Письма в Астрономический журнал
Письма в Журнал экспериментальной и теоретической физики
Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные 
исследования
Почвоведение
Приборы и техника эксперимента
Прикладная биохимия и микробиология
Прикладная математика и механика
Проблемы Дальнего Востока
Проблемы машиностроения и надежности машин
Проблемы передачи информации
Программирование
Психологический журнал
Радиационная биология. Радиоэкология
Радиотехника и электроника
Радиохимия
Расплавы
Растительные ресурсы
Российская археология
Российская история
Российская сельскохозяйственная наука
Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова
Русская литература
Русская речь
Сенсорные системы
Славяноведение
Современная Европа
Социологические исследования
Стратиграфия. Геологическая корреляция
США & Канада: экономика, политика, культура
Теоретические основы химической технологии
Теплофизика высоких температур
Успехи современной биологии
Успехи физиологических наук
Физика Земли
Физика и химия стекла
Физика металлов и металловедение
Физика плазмы
Физикохимия поверхности и защита материалов
Физиология растений
Физиология человека
Химическая физика
Химия высоких энергий
Химия твердого топлива
Цитология
Человек
Экология
Экономика и математические методы
Электрохимия
Энтомологическое обозрение
Этнографическое обозрение
Ядерная физика

СОДЕРЖАНИЕ
Том 62, номер 4, 2024
Микровсплески ультрафиолетового излучения в авроральной зоне по данным многоканального 
изображающего фотометра
К. Д. Щелканов, А. А. Белов, П. А. Климов, В. Д. Николаева, Р. Е. Сараев, С. А. Шаракин
321
Солнечная активность за последние 20 лет и ее прогноз на 25-й солнечный цикл
Ю. И. Стожков, В. П. Охлопков
329
Геомагнитные пульсации диапазона 1–4 мГц (Pс5/Pi3) в магнитосферном хвосте. 
Вне и внутримагнитосферные источники
Н. В. Ягова, Н. С. Евсина
334
Регистрация эльфов в эксперименте «УФ атмосфера» с борта МКС и их реконструкция
С. Шаракин, Д. Баргини, М. Баттисти, А. Белов, М. Бертаина, М. Бьянчиотто, Ф. Бисконти, 
К.Блексли, С. Блин, Дж. Камбье, Ф. Капель, М. Казолино, Т. Эбисузаки, Й. Эзер, Ф. Феню, 
М. А. Франчески, А. Гольцио, Ф. Городецкий, Ф. Каджино, Х. Касуга, П. Климов, М. Манфрин, 
В. Маржаль, Л. Марчелли, Х. Миямото, М. Миньон, А. Мурашов, Т. Наполитано, Х. Охмори, 
А. Олинто, Э. Паризо, П. Пикоцца, Л. В. Пиотровски, З. Плебаняк, Г. Прево, Э. Реали, М. Риччи, 
Дж. Ромоли, Н. Сакаки, К. Шинозаки, Я. Шабельски, К. Де Ла Тай, Й. Такидзава, М. Врабель, 
Л. Винке, М. Зотов
341
О согласованной динамике магнитного поля и потоков релятивистских электронов в области 
геостационарной орбиты
Н. А. Власова, В. В. Калегаев
350
Моделирование времени прихода корональных выбросов массы на околоземную орбиту 
по параметрам диммингов
А. А. Вахрушева, К. Б. Капорцева, Ю. С. Шугай, В. Е. Еремеев, В. В. Калегаев
362
Моделирование воздействия атомарного кислорода на материалы искусственных спутников Земли 
Л. С. Новиков, В. Н. Черник, Е. Н. Воронина, Н. П. Чирская
372
Оценка ожидаемых доз радиации при перелете к Луне с использованием двигателей малой тяги 
А. Н. Турундаевский, Н. И. Николаева, А. Д. Панов, М. В. Подзолко, Д. М. Подорожный, 
К. Р. Рахимчанова 
385

КОСМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ, 2024, том 62, № 4, с. 321–328
ВВЕДЕНИЕ
Микровсплески релятивистских электронов 
(МРЭ) – интенсивные кратковременные высыпания релятивистских электронов (>1 МэВ) продолжительностью менее одной секунды из внешнего 
радиационного пояса Земли в атмосферу [1]. Впервые они были зарегистрированы в баллонных экспериментах, где было показано, что МРЭ возникают не по одиночке, а представляют собой серию 
нескольких вспышек [2].
Исследования микровсплесков производят также со спутников. Наблюдения, осуществляемые 
на борту космических аппаратов, обладают несомненным преимуществом: они позволяют получать 
длительные временные ряды данных вне зависимости от погодных и прочих условий проведения 
эксперимента, а также позволяют исследовать их 
глобальное распределение по частоте регистрации 
и положению в магнитосфере Земли. Спутниковые исследования МРЭ были проведены в проекте SAMPEX (англ. Solar Anomalous Magnetospheric 
Particle Explorer) [3]. Космический аппарат был 
выведен на орбиту в 1992 г. и за 20 лет измерений 
зарегистрировал около 200 тысяч МРЭ [4]. Такой 
объем данных позволил проанализировать распределение частоты регистрации микровсплесков в зависимости от географических координат, 
а также получить их распределение по геомагнитной широте (по L-оболочке геомагнитного поля, 
характеризующей область возникновения и регистрации МРЭ). Более 99% микровсплесков происходит между L = 3 и L = 8. Этот диапазон включает 
внешний радиационный пояс Земли. Средняя частота возникновения МРЭ на земном шаре – 1 событие в 1000 с, пик частоты приходится на 07:00–
08:00 MLT и составляет примерно одно событие 
каждые сто секунд [5; 6]. Была произведена оценка длительности МРЭ. Самые быстрые зарегистрированные МРЭ продолжались 100 мс. Однако эта 
величина скорее определяется временным разрешением прибора и возможно, существуют более 
короткие микровсплески [6]. В работе [7], было 
произведено уточнение продолжительности МРЭ. 
Было показано, что 50% зарегистрированных МРЭ 
имели длительность 66–142 мс. Также была обнаружена корреляция длительности микровсплесков 
с L-оболочкой, на которой они были обнаружены: 
медианная длительность возрастала от 85 до 106 мс 
DOI: 10.31857/S0023420624040017
Осенью 2021 г. в обсерватории «Верхнетуломская» Полярного геофизического института (ПГИ) был 
установлен многоканальный изображающий фотометр системы PAIPS. В течение первого сезона работы (2021 / 2022 гг.) измерения проводились в течение 163 ночей в трех режимах, отличающихся 
временным разрешением: 2.5, 320 мкс и 41 мс. Высокое временное разрешение позволяет исследовать 
тонкую временную структуру свечения, представляющюю собой короткие (менее 1 с) всплески 
ультрафиолетового излучения (УФ), т. н. «микровсплески», которые могут быть одиночными или следовать сериями. Обнаружены и проанализированы длительные серии микровсплесков, зарегистрированные 27–29.XI.2021. Показано, что серии всплесков имеют сложную временную структуру, отдельные всплески имеют несколько пиков с интервалами в 100–400 мс, интервалы между всплесками 
составляют порядка 1 с и появляются пачками длительностью от нескольких секунд до минут. Серии 
возникают как в спокойных геомагнитных условиях, так и во время суббурь, частота и амплитуда 
всплесков во втором случае в разы больше.
Поступила в редакцию 14.08.2023
После доработки 21.09.2023
Принята к публикации 22.09.2023
1Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова, Научно-исследовательский институт 
ядерной физики имени Д. В. Скобельцына, Москва, Россия
2Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова, Физический факультет, Москва, Россия
*e-mail: shchelkanov.kd18@physics.msu.ru
© 2024 г.    К. Д. Щелканов1, 2, *, А. А. Белов1, 2, П. А. Климов1, 
В. Д. Николаева1, Р. Е. Сараев1, 2, С. А. Шаракин1
МИКРОВСПЛЕСКИ УЛЬТРАФИОЛЕТОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ 
В  АВРОРАЛЬНОЙ ЗОНЕ ПО ДАННЫМ МНОГОКАНАЛЬНОГО 
ИЗОБРАЖАЮЩЕГО ФОТОМЕТРА
УДК 523.4–854

	
КОСМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ      том 62      № 4      2024
322	
Щелканов и др.
между L = 4 и L = 5.5, и уменьшалась до 90 мс при 
L = 7.
Сопоставление данных измерений спутника SAMPEX и  сети наземных камер всего 
неба THEMIS (англ. Time History of Events and 
Macroscale Interactions During Substorms) [8], установленной в  Канаде показало, что частота возникновения МРЭ коррелирует с  пульсирующими полярными сияниями (ППС), вызываемыми 
электронами с энергией порядка 3–10 кэВ [9]. Однако, временные характеристики камер THEMIS 
(1 с экспозиции и 2 с обработки кадра) не позволяют подробно изучить временную структуру оптических сигналов, вызываемых МРЭ.
При попадании в атмосферу Земли релятивистские электроны, взаимодействуя с молекулами 
газов воздуха, производят флуоресцентное свечение. Основными компонентами, определяющими 
интенсивность такого свечения являются первая 
положительная (N2 1P), вторая положительная 
(N2 1P) и первая отрицательная (N2
+ 1N) системы 
азота. Это было показано при моделировании прохождения пучков релятивистских электронов через 
атмосферу [10, 11].
Энергии у электронов ППС и МРЭ значительно различаются и, соответственно, свечение, вызываемое ими, должно происходить на разных 
высотах. Тогда как ППС имеют характерную высоту 100–110 км, МРЭ же могут быть обнаружены 
на высотах 70 км и ниже [12]. Изменение глубины 
ионизации, зарегистрированное по данным радара 
некогерентного рассеяния EISCAT (англ. European 
Incoherent Scatter Radar), подтверждает эти модельные оценки [13, 14, 15].
Временные флуктуации потоков электронов 
высоких энергий до 580 кэВ в области ППС одновременно с низкими энергиями порядка 10 кэВ обнаружены в ходе эксперимента LAMP (англ. Loss 
through Auroral Microburst Pulsation) [16]. Регистрирующая аппаратура была установлена на ракетном 
зонде, что позволило производить измерения непосредственно внутри области свечения [17].
Релятивистские электроны могут высыпаться 
под действием ультранизкочастотных волн (УНЧ), 
традиционно ассоциируемых с ускорением частиц 
радиационных поясов, что подтверждается моделированием на основе результатов измерения тормозного рентгеновского излучения в ходе баллонного эксперимента MINIS2005 г. [18]. Вариации 
темпа счета рентгеновского излучения высыпающихся релятивистских электронов, измеренного 
в баллонном эксперименте BARREL (англ. Balloon 
Array for Radiation belt Relativistic Electron Losses) 
[19], происходят на временных масштабах УНЧ 
Pc3–Pc5 пульсаций, что соответствует частотному 
диапазону от 2 мГц до 0.1 Гц [20].
Практически во всех экспериментах исследование микровсплесков релятивистских электронов 
проводились либо с помощью аппаратуры космического базирования или аэростатов и зондов, либо 
с помощью панорамных камер с низкими временным разрешением, работающих в оптичес-ком диапазоне. Фотометр системы PAIPS, установленный 
в  авроральной зоне, производит измерения интенсивности свечения атмосферы Земли с высоким (41 мс) временным разрешением и позволяет 
регистрировать всплески УФ-излучения, которые 
могут быть ассоциированы с высыпаниями релятивистских электронов. В настоящей работе произведен отбор УФ-микровсплесков, проведен анализ их временных структур, условий наблюдения, 
времени регистрации и обсуждается их возможная 
связь с МРЭ.
ИНСТРУМЕНТЫ И МЕТОДЫ
Широкоугольный изображающий фотометр
Широкоугольный фотометр системы Pulsating 
Aurora Imaging Photometer System (PAIPS) был 
установлен в Верхнетуломской обсерватории ПГИ 
(Мурманская область, 68° 35' 29.61'' с. ш., 31° 45' 
19.18'' в. д.) 29.IX.2021. Фотометр представляет собой компактный телескоп с линзовой оптической 
системой диаметром 5  см и  матрицей четырех 
многоанодных фотоэлектронных умножителей 
(МАФЭУ), размером 8×8 пикселей каждый, работающих в режиме счета фотонов, в качестве фотоприемника, что обеспечивает высокую чувствительность детектора.
Перед матрицей МАФЭУ установлены светофильтры, ограничивающие спектральную полосу 
пропускания в области ближнего УФ (300…400 нм, 
«быстрые» линии свечения молекулярного азота). 
Угол обзора телескопа составляет около 20°, угловое разрешение составляет 1.1° (~2 км на высоте 
100 км), апертура – 19.6 см2. Подробное описание 
прибора приведено в публикации [21].
В сезоне 2021/2022 велась непрерывная запись 
интенсивности свечения неба в течение 163 ночей 
в трех временных разрешениях: 2.5, 320 мкс и 41 мс. 
Временное разрешение в 41 миллисекунду позволяет регистрировать и  исследовать временную 
структуру отклика атмосферы на микровсплески 
потоков электронов, характерная длительность которых составляет менее 100 мс.
Алгоритм поиска микровсплесков
Для предварительного поиска микровсплесков 
был предложен и реализован алгоритм, основанный на простом пороговом триггере, позволяющий отбирать события по амплитуде и длительности всплеска в сигнале. Поиск импульсов проводится по суммарному сигналу центральных 
36 каналов (6×6) каждого МАФЭУ. Это связано 

	
Микровсплески ультрафиолетового излучения 
323
КОСМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ      том 62      № 4      2024
с тем, что краевые пиксели МАФЭУ обладают повышенными шумами.
Данные проходят предварительную предобработку. Для каждой ночи наблюдений из рассмотрения убираются области заката и восхода, так как на 
фоне рассеянного солнечного света искомые события трудно различимы. Затем данные разбиваются на небольшие пакеты по 5 с, в течение которых 
изменение базового уровня (фонового излучения) 
мало и  может быть аппроксимировано линейно и вычтено. За базовый уровень, относительно 
которого затем анализируются пики, принимается минимальное значение скользящего среднего 
с окном в 16 временных интервалов измерений. 
После предобработки проводится отбор всплесков 
по двум критериям: амплитуда пика, длительность 
пика (ширина на полувысоте). Для отбора по амплитуде используется пороговое значение, которое 
выбрано равным 4σ от базового уровня сигнала.
Для отбора по длительности используются два 
параметра – минимальная и максимальная длительность. Ограничения по длительности нужны, 
чтобы в выборку не попали однотактовые всплески 
и, наоборот, длительные возрастания от других явлений (проход облака в поле зрения, пролет метеора и др.). В качестве минимальной и максимальной 
длительности, на основе статистики микровсплесков проекта SAMPEX выбраны следующие значения: 60 и 160 мс соответственно.
Этот алгоритм был применен ко всей базе данных, проанализирована эффективность его работы. Оказалось, что результат сильно зависит 
от настроечных параметров. При малых величинах порога отбираются шумовые импульсы, а при 
больших – пропускается много полезных событий. Поэтому, такой предварительный отбор был 
использован для определения интервалов с большим количеством микровсплесков, которые затем отсматривались и анализировались отдельно 
(в частности, серии 27–29.XI.2021, которые будут 
подробно описаны ниже). Также из базы данных 
были исключены события, связанные с пролетами метеоров, спутников и самолетов. Эти события обнаруживались визуально по характерным 
пространственно-временным паттернам. При регистрации метеора наблюдается короткий колоколообразный пик с характерной пространственной структурой на матрице фотоприемника в виде 
узкого трека. Спутник пролетает через все поле 
зрения, оставляя трек с квази-постоянной интенсивностью свечения. Попадание самолета в поле 
зрения характеризуется наличием эквидистантных коротких пиков на кривой свечения, связанных с миганием бортовых огней. Примеры событий показаны на рис. 1б–г. Другие примеры с подробным анализом можно найти в работе [21]. На 
рис. 1а показан пример УФ-микровсплесков, которые существенно отличаются как по временной, 
так и пространственной структуре сигнала: видна последовательность импульсов разнообразной 
формы, а на карте каналов сигнал распределен по 
всему полю зрения.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Проведет анализ данных по наблюдениям сезона 2021 / 2022. По описанному выше алгоритму 
отобраны события, по своей временной структуре 
схожие с событиями МРЭ, регистрируемыми аппаратурой на спутнике SAMPEX. События представляет собой последовательность коротких всплесков 
излучения, которые происходят по всему полю зрения детектора. Детальный статистический анализ 
выборки не был проведен, поскольку существует сильная зависимость от параметров алгоритма. 
Но обратим внимание на несколько особенностей.
В условиях низкой освещенности отбирается 
существенно больше событий. Это связано с эффективностью обнаружения: при ярком фоновом 
свечении соотношение сигнал / шум существенно уменьшается, и обнаружение микровсплесков 
становится менее эффективным. Регистрируются 
лишь отдельные события. Пороговый эффект обнаружения всплесков не анализируется в настоящей работе, но при дальнейшей статистической 
обработке всех данных его необходимо учесть для 
корректного расчета времени экспозиции.
Практически всегда всплески регистрируются сериями от нескольких минут до часов. Три такие длительные серии наблюдались в ходе ночных наблюдений 27–28.XI.2021, 28–29.XI.2021 и 29–30.XI.2021.
Для этих дней была проанализирована геомагнитная обстановка. На рис. 2 показаны вариации 
индекса геомагнитной активности AE. В рассматриваемый период наблюдалась последовательность геомагнитных суббурь различной интенсивности от 100 до 600 нТл. Красным цветом 
обозначены периоды регистрации серий УФ-микровсплесков. 27 ноября серия микровсплесков 
происходила в спокойных геомагнитных условиях 
(AE-индекс не превышает 50 нТл). 28 ноября серия 
микровсплесков была зарегистрирована одновременно со слабой суббурей (AE ≈ 100 нТл), однако 
в интенсивности свечения по фотометру отсутствует рост фонового уровня свечения, что свидетельствует о том, что бухта в H-компоненте геомагнитного поля, зарегистрированная на магнитовариационной станции, находящейся на ночной стороне, 
и давшая вклад в вариацию индекса AE не повлияла на геомагнитную обстановку в Верхнетуломской 
обсерватории, и данный период можно рассматривать как геомагнитно-спокойный. В свою очередь, 
29 ноября во время регистрации микровсплесков 
происходило повышение AE-индекса до 300 нТл, 
и микровсплески наблюдались как во время взрывной фазы суббури, так и на фазе восстановления.