УДК: 53.084

Прибор "РУСАЛКА" для измерения содержания углекислого газа и метана в атмосфере с борта Международной Космической Станции

Полный текст на elibrary.ru

Публикация в Journal of Optical Technology

Ссылка для цитирования:

Кораблев О.И., Трохимовский А.Ю., Виноградов И.И., Федорова А.А., Иванов А.Ю., Калинников Ю.К., Титов А.Ю., Калюжный А.В., Родин А.В., Кострова Е.А., Венкстерн А.А., Барке В.В., Смирнов Ю.В., Полуаршинов М.А., Ростэ О.З. Прибор "РУСАЛКА" для измерения содержания углекислого газа и метана в атмосфере с борта международной космической станции // Оптический журнал. 2011. Т. 78. № 5. С. 44–58.

Korablev O.I., Trokhimovskiy A.Yu., Vinogradov I.I., Fedorova A.A., Ivanov A.Yu., Kalinnikov Yu.K., Titov A.Yu., Kalyuzhniy A.V., Rodin A.V., Kostrova E.A., Venkstern A.A., Barke V.V., Smirnov Yu.V., Poluarshinov M.A., Roste O.Z. The RUSALKA device for measuring the carbon dioxide and methane concentration in the atmosphere from on board the International Space Station [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2011. V. 78. № 5. P. 44–58.

Ссылка на англоязычную версию:

O. I. Korablev, Yu. K. Kalinnikov, A. Yu. Titov, A. V. Rodin, Yu. V. Smirnov, M. A. Poluarshinov, E. A. Kostrova, A. V. Kalyuzhnyĭ, A. Yu. Trokhimovskiĭ, I. I. Vinogradov, A. A. Fedorova, A. Yu. Ivanov, A. A. Venkstern, V. V. Barke, and O. Z. Rosté, "The RUSALKA device for measuring the carbon dioxide and methane concentration in the atmosphere from on board the International Space Station," Journal of Optical Technology. 78(5), 317-327 (2011). https://doi.org/10.1364/JOT.78.000317

Аннотация:

Спектрометр высокого разрешения ближнего инфракрасного диапазона “РУСАЛКА” предназначен для отработки методики измерения содержания углекислого газа и метана в атмосфере с борта Международной космической станции. Он состоит из двух основных элементов: эшелле-спектрометра и акустооптического перестраиваемого фильтра, используемого для селекции дифракционных порядков решетки. Прибор обеспечивает высокую разрешающую силу (не менее 20 000) в диапазоне 0,73–1,68 мкм, компактен, имеет малый вес и не содержит движущихся частей. Содержание газов определяется по ненасыщенным линиям полос CO2 (1,58 мкм) и CH4 (1,65 мкм). В работе приводится описание и технические характеристики прибора, а также результаты его наземных калибровок.

Ключевые слова:

эшелле-спектрометр, инфракрасный диапазон, состав атмосферы, парниковые газы, космический мониторинг

Коды OCIS: 010.1280, 120.0120, 300.6190

Список источников:

1. Арефьев В.Н., Кашин Ф.В., Каменоградский Н.Е. Систематические измерения концентраций углекислого газа в атмосфере // Известия Российской академии наук. Физика атмосферы и океана. 2005. Т. 26. № 6. С. 584.
2. Rayner P.J., O'Brien D.M. The utility of remotely sensed CO2 concentration data in surface source inversions // Geophys. Res. Let. 2001. V. 28. № 1. P. 175–178.
3. Buchwitz M., de Beek R., Burrows J.P., Bovensmann H., Warneke T., Notholt J., Meirink J.F., Goede A.P.H., Bergamaschi P., Körner S., Heimann M., Schulz A. Atmospheric methane and carbon dioxide from SCIAMACHY satellite data: initial comparison with chemistry and transport models // Atmospheric Chemistry and Physics. 2005. V. 5. № 4. P. 941–962.
4. Engelen R.J., Denning A.S., Gurney K.R. Global observations of the carbon budget. 1. Expected satellite capabilities for emission spectroscopy in the EOS and NPOESS eras // J. Geophys. Res. 2001. V. 106. P. 20,055–20,068.
5. Engelen R.J., Andersson E., Chevallier F., Hollingsworth A., Matricardi M., McNally A.P., Thépaut J.-N., Watts P.D. Estimating atmospheric CO2 from advanced infrared satellite radiances within an operational 4DVar data assimilation system: Methodology and first results // J. Geophys. Res. 2004. V. 109 (D19). CiteID D19309.
6. Chédin A., Saunders R., Hollingsworth A., Scott N., Matricardi M., Etcheto J., Clerbaux C., Armante R., Crevoisier C. The feasibility of monitoring CO2 from high-resolution infrared sounders // J. Geophys. Res. 2003. V. 108 (D2). P. ACH 6-1. CiteID 4064. DOI 10.1029/2001JD001443.
7. Rayner P.J., Law R.M., O’Brien D.M., Butler T.M., Dilley A.C. Global observations of the carbon budget 3. Initial assessment of the impact of satellite orbit, scan geometry, and cloud on measuring CO2 from space // J. Geophys. Res. 2002. V. 107 (D21). P. ACH 2-1. CiteID 4557. DOI 10.1029/2001JD000618.
8. Crisp D., Atlas R. M., Breon F.-M., et al. (31 co-authors), The Orbiting Carbon Observatory (OCO) mission // Adv. Space Res. 2004. V. 34. P. 700–709.
9. Crisp D., Miller C.E., DeCola P.L. NASA Orbiting Carbon Observatory: measuring the column averaged carbon dioxide mole fraction from space // J. Applied Remote Sensing. 2008. V. 2 (1). P. 023508.
10. Kuze A., Suto H., Nakajima M., Hamazaki T. Thermal and near infrared sensor for carbon observation Fouriertransform spectrometer on the Greenhouse Gases Observing Satellite for greenhouse gases monitoring // Appl. Opt. 2009. V. 48. № 35. P. 6716–6733.
11. Saitoh N., Imasu R. CO2 Profile from Thermal Infrared Spectra of GOSAT/TANSO-FTS: First Results // American Geophysical Union, Fall Meeting 2009, abstract #A51A-0093.
12. Yoshida Y., Eguchi N., Ota Y., Tanaka T., Kikuchi N., Morino I., Uchino O., Maksyutov Sh., Watanabe H., Yokota T. Global column abundances of carbon dioxide and methane retrieved from Greenhouse gases Observing SATellite (GOSAT) observation // EGU General Assembly 2010, held 2-7 May, 2010 in Vienna, Austria. 7210 p.
13. Aben I., Hasekamp O., Hartmann W. Uncertainties in the space-based measurements of CO2 columns due to scattering in the Earth’s atmosphere // J. Quan. Spectr. Rad. Trans. 2007. V. 104. № 3. P. 450–459.
14. Baker D.F., Bosch H., Doney S.C., O’Brien D., Schimel D.S. Carbon source/sink information provided by column CO2 measurements from the Orbiting Carbon Observatory // Atmos. Chem. Phys. 2010. V. 10. P. 4145–4165. doi:10.5194/acp-10-4145-2010.
15. Hartmann J.-M., Boulet C., Tran H., Nguyen M. T. Molecular dynamics simulations for CO2 absorption spectra. I. Line broadening and the far wing of the ν3 infrared band // J. Chemical Phys. 2010. V. 133. № 14. P. 144313-144313-6.
16. Korablev O.I., Bertaux J.-L., Vinogradov I.I. Compact high-resolution IR spectrometer for atmospheric studies // Proc. SPIE. 2002. V. 4818. P. 272–280.
17. Korablev O.I., Bertaux J.-L., Vinogradov I.I., Kalinnikov Yu.K., Nevejans D., Neefs E. Compact high-resolution echelle-AOTF NIR spectrometer for atmospheric measurements // ESA publications. 2004. V. SP-554.
18. Беляев Д.А., Виноградов И.И., Калинников Ю.К., Киселев А.В., Кораблев О.И., Родин А.В., Федорова А.А. Малогабаритный эшелле-спектрометр высокого разрешения с использованием акустооптической фильтрации для атмосферных исследований // Проблемы управления и информатики. 2005. №1. C. 153–155.
19. Nevejans D., Neefs E., Van Ransbeeck E., Berkenbosch S., Clairquin R., De Vos L., Moelans W., Glorieux S., Baeke A., Korablev O., Vinogradov I., Kalinnikov Yu., Bach B., Dubois J.P., Villard E. Compact high-resolution space-borne echelle grating spectrometer with AOTF based order sorting for the infrared domain from 2,2 to 4,3 micrometer // Appl. Opt. 2006. V. 45 № 21. P. 5191–5206.

20. Bertaux J.-L., Nevejans D., Korablev O., Villard E., Quemerais E., Neefs E., Montmessin F., Leblanc F., Dubois J.-P., Dimarellis E., Hauchecorne A., Lefevre F., Rannou P., Chaufray J.-Y., Cabane M., Cernogora G., Souchon G., Semelin F., Reberac A., Van Ransbeek E., Berkenbosch S., Clairquin R., Muller C., Forget F., Hourdin F., Talagrand O., Rodin A., Fedorova A., Stepanov A., Vinogradov I., Kiselev A., Kalinnikov Yu., Durry G., Sandel B., Stern A., Gerard J.-C. SPICAV/SOIR on Venus Express: Three Spectrometers to Study the Global Structure and Composition of the Venus Atmosphere // Planet. Space Sci. 2007. V. 55. № 12. P. 1653–1672.
21. Chang I.C. Tuneable acousto-optic filters: an overview // Opt. Eng. 1977. V. 16:5. P. 455–460.