Наземные и космические измерения работы ракетных двигателей в ионосфере

Работа жидкостных и твердотопливных ракетных двигателей на орбите вызывает локальные возмущения плазмы верхней атмосферы. В ионосферу поступают большие количества энергии в форме расширяющихся выхлопных паров, которые изменяют ее состав и скорость течения. Перезарядка между нейтральными молекулами выхлопа и фоновыми ионами, главным образом O+, приводит к образованию энергичных ионных пучков. Быстро движущиеся ионы отдачи возбуждают плазменные неустойчивости и вызывают оптическое излучение вследствие диссоциативной рекомбинации с окружающими электронами. К методам дистанционного измерения эффектов работы ракетных двигателей по линии визирования относятся непосредственное наблюдение оптического излучения факела с помощью наземных и спутниковых камер, а также обнаружение рассеяния на факеле с использованием УВЧ-радаров и радаров более высоких частот. Дальнее обнаружение с помощью ВЧ-радаров возможно, если работа двигателей происходит в плотной области ионосферы. Выхлопные пары инициируют плазменную турбулентность в ионосфере, которая может рассеивать радиоволны ВЧ-радаров, излучаемые наземными передатчиками. Твердотопливные ракетные двигатели создают частицы, заряжающиеся в ионосфере и способные возбуждать неустойчивости пылевой плазмы. Сверхзвуковой поток выхлопа, взаимодействуя с ионосферной плазмой, порождает низкочастотный электромагнитный импульс, регистрируемый спутниками, оснащенными электрическими дипольными антеннами. Если облако выхлопа проходит непосредственно над спутником, бортовые детекторы регистрируют усиление турбулентности ионно-акустических волн, повышение плотности нейтральной и плазменной компонент, увеличение ионной температуры и возмущения магнитного поля. Все эти методы могут применяться для дальнего наблюдения факелов в ионосфере. Для демонстрации таких измерений дальнего действия Научно-исследовательская лаборатория ВМС США провела несколько экспериментов, включая эксперимент по высвобождению заряженного аэрозоля (Charged Aerosol Release Experiment), эксперименты по модификации ионосферы шаттлом с помощью импульсного локализованного выхлопа (Shuttle Ionospheric Modification with Pulsed Localized Exhaust) и эксперименты по исследованию турбулентности ионосферы, вызванной выхлопом шаттла (Shuttle Exhaust Ionospheric Turbulence Experiments).