Лидар для исследования атмосферы Марса с поверхности
- Авторы: Липатов А.Н.1, Ляш А.Н.1, Экономов А.П.1, Макаров В.С.1, Лесных В.А.1, Горетов В.А.1, Захаркин Г.В.1, Хлюстова Л.И.1, Антоненко С.А.1, Родионов Д.С.1, Кораблев О.И.2
-
Учреждения:
- Институт космических исследований Российской академии наук (ИКИ РАН)
- Институт космических исследований РАН
- Выпуск: Том 57, № 4 (2023)
- Страницы: 342-356
- Раздел: Статьи
- URL: https://journals.rcsi.science/0320-930X/article/view/134981
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0320930X23040096
- EDN: https://elibrary.ru/REWIMK
- ID: 134981
Цитировать
Аннотация
Прибор Лидар в составе метеорологического комплекса Посадочной платформы ЭкзоМарс-2022 предназначен для исследования марсианского аэрозоля, пограничного слоя, и мелкомасштабной атмосферной турбулентности. Миниатюрный лидар на основе импульсного полупроводникового лазера и лавинного фотодиода в режиме счета фотонов позволит получать профили обратного рассеяния аэрозоля на вертикальной трассе от 10 до 1500 м днем и от 15 до 10 000 м ночью. В пассивном режиме яркость неба измеряется в узком спектральном диапазоне и в узком телесном угле с частотой до сотен герц. Измеряемые флуктуации могут дать информацию о турбулентности дневной атмосферы и ее связи с пылевой активностью. В статье рассмотрены научные задачи эксперимента, программа измерений на поверхности Марса и подробно описаны составные части аппаратуры и особенности их работы.
Ключевые слова
Об авторах
А. Н. Липатов
Институт космических исследований Российской академии наук (ИКИ РАН)
Email: slip@iki.rssi.ru
Россия, Москва
А. Н. Ляш
Институт космических исследований Российской академии наук (ИКИ РАН)
Email: alyash@iki.rssi.ru
Россия, Москва
А. П. Экономов
Институт космических исследований Российской академии наук (ИКИ РАН)
Email: slip@iki.rssi.ru
Россия, Москва
В. С. Макаров
Институт космических исследований Российской академии наук (ИКИ РАН)
Email: slip@iki.rssi.ru
Россия, Москва
В. А. Лесных
Институт космических исследований Российской академии наук (ИКИ РАН)
Email: slip@iki.rssi.ru
Россия, Москва
В. А. Горетов
Институт космических исследований Российской академии наук (ИКИ РАН)
Email: slip@iki.rssi.ru
Россия, Москва
Г. В. Захаркин
Институт космических исследований Российской академии наук (ИКИ РАН)
Email: slip@iki.rssi.ru
Россия, Москва
Л. И. Хлюстова
Институт космических исследований Российской академии наук (ИКИ РАН)
Email: slip@iki.rssi.ru
Россия, Москва
С. А. Антоненко
Институт космических исследований Российской академии наук (ИКИ РАН)
Email: slip@iki.rssi.ru
Россия, Москва
Д. С. Родионов
Институт космических исследований Российской академии наук (ИКИ РАН)
Email: alyash@iki.rssi.ru
Россия, Москва
О. И. Кораблев
Институт космических исследований РАН
Автор, ответственный за переписку.
Email: vs_khorkin@mail.ru
Россия, Москва
Список литературы
- Калошин Г.А., Козлов В.С., Панченко М.В., Полькин В.В. Локационный измеритель метеорологической дальности видимости в составе лазерного маяка // Оптика атмосферы и океана. 1994. Т. 7. № 10. С. 1444–1449.
- Линкин В.М., Липатов А.Н., Ляш А.Н. Микролидар для исследования приземных слоев атмосфер планет // “Современные и перспективные разработки и технологии в космическом приборостроении”, Таруса (25–27 марта 2003 г.) // Сб. докл. ИКИ РАН. 2004. С. 295–308.
- Мак-Картни Э. Оптика атмосферы. М.: Изд. МИР, 1979. 422 с.
- Arruego I., Apéstigue V., Jiménez-Martín J., Martίnez-Oter J., Álvarez-Rıós F.J., González-Guerrero M., Rivas J., Azcue J., Martίn I., Toledo D., Gómez L., Jiménez-Michavila M., Yela M. DREAMS-SIS: The Solar Irradiance Sensor on-board the ExoMars 2016 lander // Adv. Space Res. 2017. V. 60. P. 103. https://doi.org/10.1016/j.asr.2017.04.002
- Arumov G.P., Bukharin A.V., Linkin V.M., Lipatov A.N., Lyash A.N., Makarov V.S., Pershin S.M., Tiurin A.V. Compact aerosol lidar for Martian atmosphere monitoring according to the NASA Mars Surveyor Program '98 // Proc. SPIE. 1999. № 3688. P. 494. https://doi.org/10.1117/12.337558
- Bukharin A.V., Linkin V.M., Lipatov A.N., Lyash A.N., Makarov V.S., Pershin S.M., Tiurin A.V. Russian Compact Lidar for NASA Mars Surveyor Program 98 // 19th Int. Laser Radar Conf., Annapolis, Maryland, July 1998. P. 241–244.
- Daerden F., Whiteway J.A., Davy R., Verhoeven C., Komguem L., Dickinson C., Taylo P.A., Larsen N. Simulating observed boundary layer clouds on Mars // Geophys. Res. Lett. 2010. V. 37. id. L04203. https://doi.org/10.1029/2009GL041523.
- Daerden F., Whiteway J.A., Neary L., Komguem L., Lemmon M.T., Heavens N.G., Cantor B.A., Hébrard E, Smith M.D. A solar escalator on Mars: Self-lifting of dust layers by radiative heating // Geophys. Res. Lett. 2015. V. 42. P. 7319. https://doi.org/10.1002/2015GL064892
- Davy R., Taylor P.A., Weng W., Li P.-Y. A model of dust in the Martian lower atmosphere // J. Geophys. Res.: Atmospheres. 2009. V. 114. id. D04108. https://doi.org/10.1029/2008JD010481
- Dickinson C., Whiteway J.A., Komguem L., Moores J.E., Lemmon M.T. Lidar measurements of clouds in the planetary boundary layer on Mars // Geophys. Res. Lett. 2010. V. 37. id. L18203. https://doi.org/10.1029/2010GL044317.
- Dickinson C., Komguem L., Whiteway J.A., Illnicki M., Popovici V., Junkermann W., Connolly P., Hacker J. Lidar atmospheric measurements on Mars and Earth // Planet. and Space Sci. 2011. V. 59. P. 942. https://doi.org/10.1016/j.pss.2010.03.004
- Hinson D., Wang H., Wilson J., Spiga A. Night time convection in water-ice clouds at high northern latitudes on Mars // Icarus. 2022. V. 371. id. 114693. https://doi.org/10.1016/j.icarus.2021.114693.
- Ivanov A.B., Muhleman D.O. Opacity of the Martian atmosphere from Mars Orbiter Laser Altimeter (MOLA) observations // Geophys. Res. Lett. V. 25. P. 4417–4420. 1998. https://doi.org/10.1029/1998GL900060
- Komguem L., Whiteway J.A., Dickinson C., Daly M., Lemmon M.T. Phoenix LIDAR measurements of Mars atmospheric dust // Icarus. 2013. V. 223. P. 649. https://doi.org/10.1016/j.icarus.2013.01.020
- Kurgansky M.V. To the theory of particle lifting by terrestrial and Martian dust devils // Icarus. 2018. V. 300. P. 97. https://doi.org/10.1016/j.icarus.2017.08.029
- Mason E.L., Smith M.D. Temperature fluctuations and boundary layer turbulence as seen by Mars Exploration Rovers Miniature Thermal Emission Spectrometer // Icarus. 2021. V. 360. id. 114350. https://doi.org/10.1016/j.icarus.2021.114350.
- Measures R.M. Laser Remote Sensing: Fundamentals and Applications. New York: John Wiley, 1984. 510 p.
- Moores J.E., Komguem L., Whiteway J.A., Lemmon M.T., Dickinson C., Daerden F. Observations of near-surface fog at the Phoenix Mars landing site // Geophys. Res. Lett. 2011. V. 38. id. L04203. https://doi.org/10.1029/2010GL046315.
- Pershin S.M., Linkin V.M., Bukharin A.V., Makarov V.N., Patsaev D., Prochazka I., Hamal K., Dubinin D., Kuznetsov V. Compact “safe eyes” radiation level lidar for environmental media monitoring // Proc. SPIE. 1993. № 2107. P. 336. https://doi.org/10.1117/12.162169
- Pershin S.M., Bukharin A.V., Makarov V.N., Linkin V.M., Patsaev D., Prochazka I., Hamal K. Portable nanojoule backscatter lidar for environmental sensing // Proc. SPIE. 1992. № 1752. P. 294. https://doi.org/10.1117/12.130741.
- Pershin S.M. Trouble-free compact lidar for in/outdoor atmosphere monitoring // Proc. SPIE. 1995. № 2506. P. 428. https://doi.org/10.1117/12.221044
- Petrosyan A., Galperin B., Larsen S.E., Lewis S.R., Määttänen A., Read P.L., Renno N., Rogberg L.P.H.T., Savijärvi H., Siili T., Spiga A., Toigo A., Vázquez L. The Martian atmospheric boundary layer // Rev. Geophys. 2011. V. 49. id. RG3005. https://doi.org/10.1029/2010RG000351.
- Read P.L., Galperin B., Larsen S.E., Lewis S.R., Määttänen A., Petrosyan A., Renno N., Savijärvi H., Siili T., Spiga A. The Martian Planetary Boundary Layer // Acm. book. Cambridge Univ. Press, 2017. P. 106. https://doi.org/10.1017/9781139060172.007.
- Scaccabarozzi D., Saggin B., Pagliara C., Magni M., Marco Tarabini M., Esposito F., Molfese C., Cozzolino F., Cortecchia F., Dolnikov G., Kuznetsov I., Lyash A., Zakharov A. MicroMED, design of a particle analyzer for Mars // Measurement. 2018. V. 122. P. 466–472. https://doi.org/10.1016/j.measurement.2017.12.041
- Smith D.E., Zuber M.T., Frey H.V., Garvin J.B., Head J.W., Muhleman D.O., Pettengill G.H., Phillips R.J., Solomon S.C., Zwally H.J., Banerdt W.B., Duxbury T.C. Topography of the Northern Hemisphere of Mars from the Mars Orbiter Laser Altimeter // Science. 1998. V. 279. P. 1686. https://doi.org/10.1126/science.279.5357.1686
- Smith D.E., Zuber M.T., Solomon S.C., Phillips R.J., Head J.W., Garvin J.B., Banerdt W.B., Muhleman D.O., Pettengill G.H., Neumann G.A., Lemoine F.G., Abshire J.B., Aharonson O., Brown C.D., Hauck S.A., Ivanov A.B., McGovern P.J., Zwally H.J., Duxbury T.C. The global topography of Mars and implications for surface evolution // Science. 1999. V. 284. P. 1495. https://doi.org/10.1126/science.284.5419.1495
- Spiga A. Turbulence in the lower atmosphere of Mars enhanced by transported dust particles // J. Geophys. Res.: Planets. 2021. V. 126. id. e07066. https://doi.org/10.1029/2021JE007066.
- Tamppari L.K., Lemmon M.T. Near-surface atmospheric water vapor enhancement at the Mars Phoenix lander site // Icarus. 2020. V. 343. id. 113624. https://doi.org/10.1016/j.icarus.2020.113624.
- Toledo D., Rannou P., Pommereau J.-P., Foujols T. The optical depth sensor (ODS) for column dust opacity measurements and cloud detection on Martian atmosphere // Experimental Astron. 2016. V. 42. P. 61. https://doi.org/10.1007/s10686-016-9500-7
- Vago J., Witasse O., Svedhem H., Baglioni P., Haldemann A., Gianfiglio G., Blancquaert T., McCoy D., de Groot R. ESA ExoMars program: The next step in exploring Mars // Sol. Syst. Res. 2015a. V. 49. P. 518. https://doi.org/10.1134/S0038094615070199
- Vago J.L., Lorenzoni L., Calantropio F., Zashchirinskiy A.M. Selecting a landing site for the ExoMars 2018 mission // Sol. Syst. Res. 2015b. V. 49. P. 538. https://doi.org/10.1134/S0038094615070205
- Whiteway J., Daly M., Carswell A., Cook C.R., Dickenson C., Komguem L., Daly M., Hahn J.F., Taylor P.A. Lidar on the Phoenix mission to Mars // J. Geophys. Res.: Planets. 2008. V. 113. id. E00A08. https://doi.org/10.1029/2007JE003002.
- Whiteway J.A., Komguem L., Dickinson C., Cook C., Illnicki M., Seabrook J., Popovici V., Duck T.J., Davy R., Taylor P.A., Pathak J., Fisher D., Carswell A.I., Daly M., Hipkin V., Zent A.P., Hecht M.H., Wood S.E., Tamppari L.K., Renno N., Moores J.E., Lemmon M.T., Daerden F., Smith P.H. Mars water-ice clouds and precipitation // Science. 2009. V. 325. P. 68. https://doi.org/10.1126/science.1172344
- Zakharov A.V., Dolnikov G.G., Kuznetsov I.A., Lyash A.N., Esposito F., Molfese C., Arruego Rodríguez I., Seran E., Godefroy M., Dubov A.E., Dokuchaev I.V., Knyazev M.G., Bondarenko A.V., Gotlib V.M., Karedin V.N., Shashkova I.A., Abdelaal M.E., Kartasheva A.A., Shekhovtsova A.V., Bednyakov S.A., Barke V.V., Yakovlev A.V., Grushin V.A., Bychkova A.S., Popel S.I., Korablev O.I., Rodionov D.S., Duxbury N.S., Petrov O.F., Lisin E.A., Vasiliev M.M., Poroikov A.Yu., Borisov N.D., Cortecchia F., Saggin B., Cozzolino F., Brienza D., Scaccabarozzi D., Mongelluzzo G., Franzese G., Porto C., Martín Ortega Rico A., Santiuste N.A., deMingo J.R., Popa C.I., Silvestro S., Brucato J.R. Dust Complex for Studying the Dust Particle Dynamics in the Near-Surface Atmosphere of Mars // Sol. Syst. Res. 2022. V. 56. № 6 . P. 351–368. https://doi.org/10.1134/S0038094622060065
- Zuber M.T., Smith D.E., Solomon S.C., Muhleman D.O., Head J.W., Garvin J.B., Abshire J.B., Bufton J.L. The Mars Observer laser altimeter investigation // J. Geophys. Res.: Planets. 1992. V. 97. P. 7781–7797. https://doi.org/10.1029/92JE00341