Отдел физики планет
Солнечной системы

«РУСАЛКА» (РУчной Спектральный АнаЛизатор Компонентов Атмосферы) Космический эксперимент для исследования атмосферы Земли с борта Международной космической станции
Статус:	Проведение космического эксперимента РУСАЛКА на борту РС МКС - август 2009 г – апрель 2012 г.
Цель:	Отработка методики определения содержания углекислого газа и метана в атмосфере Земли для понимания роли природных процессов и человеческой деятельности, определяющих атмосферное содержание СО2 и СН4.
Общий вид аппаратуры «РУСАЛКА»:

Углекислота CO₂ как основной парниковый газ играет важнейшую роль в тепловом балансе тропосферы и формировании климата Земли. Его концентрация является основным фактором, определяющим парниковый эффект в тропосфере. Особое беспокойство вызывает необратимое поступление двуокиси углерода в атмосферу при сжигании органического топлива. Таким образом, для оценки роли различных процессов в балансе двуокиси углерода необходимы точные и локализованные спутниковые измерения ее концентрации в атмосфере.

Другой важнейшей задачей является мониторинг содержания CH₄. Метан, будучи сам по себе парниковым газом, выделяется в атмосферу не только в результате естественных, в основном биогенных процессов, но и локально — в результате аварий газопроводных сетей. Необходим мониторинг как фонового содержания метана, так и контроль крупных техногенных выбросов.

Одним из основных методов измерений до настоящего времени являлся метод отбора проб с последующим анализом их в лаборатории. Дороговизна и деликатность работ при использовании данного метода не требует комментариев. Для получения данных глобального характера необходимы точные, локализованные, регулярные и долговременные измерения с использованием космических аппаратов.

Наиболее перспективны спектроскопические измерения в ближнем инфракрасном диапазоне с высоким спектральным разрешением, позволяющим различить отдельные ненасыщенные линии в слабых полосах CO₂ и CH₄. Измеряемые с таким разрешением относительные глубины сильных линий поглощения позволяют с высокой точностью определить концентрацию наблюдаемых газовых компонент.

В Институте космических исследований РАН был подготовлен эксперимент «РУСАЛКА» для отработки методики подобных измерений на Российском сегменте МКС. Он позволил получить результаты о содержании парниковых газов в атмосфере Земли с орбиты и отработать методику измерений, что позволит в дальнейшем использовать аппаратуру подобного типа для проведения глобальных измерений парниковых газов на различных типах спутниковых платформ, включая микроспутники.

Постановка задачи:

• Углекислота CO₂ как основной парниковый газ играет важнейшую роль в тепловом балансе тропосферы и формирования климата Земли. Для понимания роли природных процессов и человеческой деятельности, регулирующих атмосферное распределение CO₂, необходимы весьма точные и локализированные измерения концентрации CO₂.
• Измерения концентрации CO₂, выполняемые с околоземной орбиты, способствуют качественно новому пониманию глобального кругооборота углерода.
• Измерения метана CH₄ в атмосфере позволяют получить данные о его фоновом содержании, важную дополнительную информацию о состоянии ряда экосистем, а также определить существование дополнительных источников выброса метана в атмосферу.

Состав комплекта аппаратуры «РУСАЛКА»:

1. Моноблок «РУСАЛКА»:

• инфракрасный спектрометр высокого спектрального и пространственного разрешения с системой регистрации и управления,
• механический интерфейс, состоящий из переходной платы с установленными адаптерами аккумулятора и крепления объектива,
• пульт управления;

2. фотооборудование (фотоаппарат Nikon D2Xs и объектив Nikkor 80-400 мм);
3. кронштейн крепления на иллюминатор;
4. аккумулятор;
5. комплекты затемняющих и УФ-фильтров, кабелей и переходников.

Общие параметры аппаратуры «РУСАЛКА»:

Методы проведения измерений парниковых газов прибором «РУСАЛКА»:

• Оптическая ось спектрометра ориентируется в (около-)надирном направлении, регистрируется солнечное излучение, отраженное поверхностью и дважды прошедшее сквозь атмосферу Земли. Преимуществом метода является широкая свобода в выборе координат измерения и относительно высокое пространственное разрешение.

• Оптическая ось прибора ориентируется на блик Солнца на поверхности воды. Этот метод значительно точнее предыдущего из-за малого влияния рассеяния на аэрозоле, которое количественно контролируется дополнительно по уровню отраженного сигнала.

• Калибровочные наблюдения прямого солнца.

Получение и обработка данных:

Перспективы:

• усовершенствование методов обработки экспериментальных данных и восстановления концентраций парниковых газов;

• наземная проверка данных с этой аппаратурой и на основе данных других экспериментов по измерению CO₂ и CH₄;

• подготовка автономного прибора для микроспутниковой платформы;

• оптимизация оптических и спектральных параметров прибора для других научных задач и спутниковых платформ.

Список публикаций:

О.И. Кораблев, A.Ю. Трохимовский, И.И. Виноградов, А.А. Федорова, А.Ю. Иванов, Ю.К. Калинников, А.Ю. Титов, А.В. Калюжный, A.В. Родин, Е.А. Кострова, А.А. Венкстерн, В.В. Барке, Ю.В. Смирнов, М.А. Полуаршинов, О.З. Ростэ ПРИБОР «РУСАЛКА» ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА И МЕТАНА В АТМОСФЕРЕ С БОРТА МКС, Оптический журнал, том 78, № 5, с. 44-58, 2011.