vestnovsuВестник Новгородского государственного университетаVestnik of Novgorod State University2076-8052Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого10.34680/2076-8052.2025.1(139).55-68vestnovsu-361Research ArticleРАДИОФИЗИКАRADIOPHYSICSАнализ влияния вспышек на солнце на работу спутниковых системAnalysis of the effect of solar flares on the operation of satellite systemshttps://orcid.org/0000-0002-4237-0697СюсюкаЕ. Н.SyusyukaE. N.

Сюсюка Елена Николаевна – кандидат технических наук, доцент, доцент

Новороссийск

Novorossiysk

sollain66@rambler.ruhttps://orcid.org/0009-0003-3880-2770ПисареваП. М.PisarevaР. М.

Писарева Полина Михайловна – курсант

Новороссийск

Novorossiysk

polinapisareva28@mail.ruГосударственный морской университет имени адмирала Ф. Ф. УшаковаРоссияAdmiral Ushakov Maritime State UniversityRussian Federation20250406202501(139)5568Copyright © Сюсюка Е.Н., Писарева П.М., 20252025Сюсюка Е.Н., Писарева П.М.Syusyuka E.N., Pisareva Р.М.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnovsu.elpub.ru/jour/article/view/361

Солнечная активность оказывает влияние на работу спутниковых систем, в том числе GPS. При этом самым значимым слоем для работы спутниковых систем является ионосфера, характеризующаяся электронной концентрацией, температурой и ионным составом. Цель работы – рассмотреть зависимость между активностью Солнца, ионосферными возмущениями и качеством связи; характеристики ионосферы, критическую частоту слоя F2 во время солнечной активности. Для получения результатов исследования были использованы методы анализа методик детектирования солнечных вспышек, ионограмм отражений высокочастотных импульсных сигналов, генерируемых ионозондами, а также обработки данных методами программирования. Данные для анализа Солнечной   активности   получены   на   сайте   Лаборатории   солнечной   астрономии и гелиофизического приборостроения ИКИ РАН и ИСЗФ СО РАН. Для определения критической частоты слоев ионосферы использовались ионограммы, представленные на сайте института прикладной    геофизики    имени    Е. К. Фёдорова.    Посредством    программирования    на    Python, с использованием библиотек matplotlib, pandas и numpy, были построены графики изменения критической частоты в течение суток. Представлены оригинальные программы для обработки данных. Получены графики изменения критической частоты слоя F2. Проанализированы состояния ионизации атмосферы, в зависимости от Солнечной активности. Представлен анализ изменения критической частоты слоя F2 за период, совпадающий с наибольшей солнечной активностью. Ионограммами подтверждено образование спорадического слоя в тот же период. Результаты анализа показали, что качество работы GPS в условиях магнитных бурь снижается, учащение сбоев навигационного сигнала наблюдается на главной фазе магнитной бури при максимальной возмущенности геомагнитного поля.

Solar activity affects the operation of satellite systems, including GPS. At the same time, the most significant aspect for the operation of satellite systems is the ionosphere, characterized by electron concentration, ionic composition, and temperature. The purpose of the research is to consider the dependence between the solar activity, ionospheric disturbances and the quality of satellite communication; characteristics of the ionosphere, the critical frequency of the F2 layer during solar activity. To obtain the results of the study, we have used the following methods: analysis of methods for detecting solar flares, ionograms of reflections of high-frequency pulse signals generated by ionosondes, data processing by programming methods. Data for the analysis of solar activity were obtained on the website of the Laboratory of Solar Astronomy and Heliophysical Instrumentation of the SRI RAS and the ISTP the RAS Siberian branch. Ionograms presented on the website of the E. K. Fedorov Institute of Applied Geophysics were used to determine the critical frequency of the ionosphere layers. Through Python programming, using matplotlib, pandas and numpy libraries, graphs of critical frequency changes during the day were constructed. Original programs for data processing are presented in the paper. We have obtained graphs of changes in the critical frequency of the F2 layer, analyzed the states of atmospheric ionization, depending on solar activity. The analysis of the change in the critical frequency of the F2 layer over the period coinciding with the greatest solar activity is likewise presented in the paper. Ionograms have confirmed the formation of a sporadic layer in the same period. The results of the analysis show that the quality of GPS operation in conditions of magnetic storms decreases, an increase in navigation signal failures can be observed in the main phase of a magnetic storm with maximum disturbance of the geomagnetic field.

ионосфераэлектромагнитные волныраспространение радиоволнионограмысолнечные вспышкиатмосферное возмущениеionosphereelectromagnetic wavesradio waves propagationionogramssolar flaresatmospheric disturbanceReferencesЯнчуковский В. Л., Белинская А. Ю. Верхняя ионосфера в период вспышек солнечных космических лучей и форбуш-понижений галактических космических лучей // Солнечно-земная физика. 2022. 8 (3). 35–40. DOI: 10.12737/szf-83202205Yanchukovskii V. L., Belinskaya A. Yu. Topside ionosphere during solar cosmic ray bursts and forbush decreases of galactic cosmic rays // Solar-terrestrial physics. 2022. 8 (3). 35–40. DOI: 10.12737/szf-83202205 (In Russian).Ерухимов Л. М. Ионосфера Земли как космическая плазменная лаборатория // Соросовский образовательный журнал. 1998. 4. 71–77.Erukhimov L. M. Ionosphere as a space plasma laboratory // Soros Educational Journal. 1998. 4. 71–77. (In Russian).Куницын В. Е., Назаренко М. О., Нестеров И. А., Падохин А. М. Влияние солнечных вспышек на ионизацию верхней атмосферы. Анализ ряда значительных событий 23-го и 24-го солнечных циклов // Вестник Московского университета. Серия 3. Физика. Астрономия. 2015. 4. 95–101.Kunitsyn V. E., Nazarenko M. O., Nesterov I. A., Padokhin A. M. Solar flare forcing on ionization of upper atmosphere. Comparative study of several major X-Class events of 23rd and 24th solar cycles // Moscow University Physics Bulletin. 2015. 4. 95–101. (In Russian).Белаховский В. Б., Будников П. А., Калишин А. С., Пильгаев С. В., Ролдугин А. В. Влияние геомагнитных возмущений на сцинтилляции сигналов ГЛОНАСС и GPS спутников по данным наблюдений на Кольском полуострове // Солнечно-земная физика. 2023. 9 (3). 58–72. DOI: 10.12737/szf-93202307Belakhovskii V. B., Budnikov P. A., Kalishin A. S., Pil’gaev S. V., Roldugin A. V. Disturbances of GLONASS/GPS signals during a magnetic storm according to observations at the Kola Peninsula // Solar-Terrestrial Physics. 2023. 9 (3). 58–72. DOI: 10.12737/szf93202307 (In Russian).Митра А. Воздействие солнечных вспышек на ионосферу Земли. Москва: Мир, 1977. 370 с.Mitra A. Solar flare effects on the Earth's lower ionosphere. Moscow: Mir Publ., 1977. 370 p. (In Russian).Buonsanto M. J. Ionospheric storms // Space Science Reviews. 1999. 88 (3). 563–601. DOI: 10.1023/A:1005107532631Buonsanto M. J. Ionospheric storms // Space Science Reviews. 1999. 88 (3). 563–601. DOI: 10.1023/A:1005107532631Mendillo M. Storms in the ionosphere: patterns and processes for total electron content // Reviews of Geophysics. 2006. 44 (4). RG4001. DOI: 10.1029/2005RG000193Mendillo M. Storms in the ionosphere: patterns and processes for total electron content // Reviews of Geophysics. 2006. 44. RG4001. DOI: 10.1029/2005RG000193Afraimovich E. L., Voeykov S. V., Perevalova N. P., Ratovsky K. G. Largescale traveling ionospheric disturbances of auroral origin according to the data of the GPS network and ionosondes // Advances in Space Research. 2008. 42 (7). 1213–1217. DOI: 10.1016/j.asr.2007.11.023Afraimovich E. L., Voeykov S. V., Perevalova N. P., Ratovskii K. G. Largescale traveling ionospheric disturbances of auroral origin according to the data of the GPS network and ionosondes // Advances in Space Research. 2008. 42 (7). 1213–1217. DOI: 10.1016/j.asr.2007.11.023Astafyeva E., Zakharenkova I., Patrick A. Prompt penetration electric fields and the extreme topside ionospheric response to the June 22–23, 2015 geomagnetic storm as seen by the Swarm constellation // Earth, Planets and Space. 2016. 68. 152. DOI: 10.1186/s40623-016-0526-xAstafyeva E., Zakharenkova I., Patrick A. Prompt penetration electric fields and the extreme topside ionospheric response to the June 22–23, 2015 geomagnetic storm as seen by the Swarm constellation // Earth, Planets and Space. 2016. 68. 152. DOI: 10.1186/s40623-016-0526-xЯсюкевич Ю. В., Воейков С. В., Живетьев И. В., Косогоров Е. А. Отклик ионосферы на солнечные вспышки c и m классов в январе–феврале 2010 г // Космические исследования. 2013. 51 (2). 125. DOI: 10.7868/S002342061301010XYasyukevich Yu. V., Voeikov S. V., Zhivet’ev I. V., Kosogorov E. A. Ionospheric response to solar flares of C and M classes in january-february 2010 // Space Research. 2013. 51 (2). 125. DOI: 10.7868/S002342061301010X (In Russian).Svetska Z. Flare observations // Solar Flare Magnetohydrodynamics. (A81- 46076 22-92). New York: Gordon and Breach Science Publishers, 1981. 47–137.Svetska Z. Flare observations // Solar Flare Magnetohydrodynamics. (A81- 46076 22-92). New York: Gordon and Breach Science Publishers, 1981. 47–137.GOES I-M DataBook. Tech. Rep. DRL-101-08. Space Systems Loral. 1996. 196 p.GOES I-M DataBook. Tech. Rep. DRL-101-08. Space Systems Loral. 1996. 196 p.Сыроватский С. В., Ясюкевич Ю. В., Веснин А. М., Едемский И. К., Воейков С. В., Живетьев И. В. Влияние солнечных вспышек на ионосферу Земли в 24-ом цикле солнечной активности // Ученые записки физического факультета Московского университета. 2018. 4. 1840403 (6).Syrovatskii S. V., Yasyukevich Yu. V., Vesnin A. M., Edemskii I. K., Voeykov S. V., Zhivet’ev I. V. The effect of solar flares on the ionosphere of the Earth during 24th cycle of solar activity // Scientific Notes of the Faculty of Physics of Moscow University. 2018. 4. 1840403 (6). (In Russian).Максимов Д. С., Когогин Д. А., Насыров И. А., Загретдинов Р. В. Влияние солнечных вспышек 5–12 сентября 2017 г. на региональную возмущенность ионосферы Земли по данным ГНСС-станций, расположенных в Приволжском федеральном округе Российской Федерации // Солнечно-земная физика. 2023. 9 (2). 52–59. DOI: 10.12737/szf-92202306Maksimov D. S., Kogogin D. A., Nasyrov I. A., Zagretdinov R. V. Effects of September 5–12, 2017 solar flares on regional disturbance of Earth’s ionosphere as recorded by GNSS stations located in the Volga Federal District of the Russian Federation // Solar-Terrestrial Physics. 2023. 9 (2). 52–59. DOI: 10.12737/szf-92202306 (In Russian).Демьянов В. В., Ясюкевич Ю. В. Космическая погода: факторы риска для глобальных навигационных спутниковых систем // Солнечно-земная физика. 2021. 7 (2). 30–52. DOI: 10.12737/szf-72202104Dem’yanov V. V., Yasyukevich Yu. V. Space weather: risk factors for Global Navigation Satellite Systems // Solar-Terrestrial Physics. 2021. 7 (2). 30–52. DOI: 10.12737/szf-72202104 (In Russian).Ермолаев Ю. И., Ермолаев М. Ю. Зависит ли сила геомагнитной бури от класса солнечной вспышки? // Космические исследования. 2009. 47 (6). 495–500.Ermolaev Yu. I., Ermolaev M. Yu. Geomagnetic storm dependence on the solar flare class // Space Research. 2009. 47 (6). 495–500. (In Russian).Coster A. J., Foster J. C., Erickson P. J., Rich F. J. Regional GPS mapping of storm enhanced density during the July 15– 16 2000 geomagnetic storm // Proceedings of International Beaco Satellite Symposium, June 4–6, 2001. USA: Chestnut Hill, MA. 2001. 2531–2539.Coster A. J., Foster J. C., Erickson P. J., Rich F. J. Regional GPS mapping of storm enhanced density during the July 15–16 2000 geomagnetic storm // Proceedings of International Beaco Satellite Symposium, June 4–6, 2001. USA: Chestnut Hill, MA. 2001. 176–180.Афраймович Э. Л., Лесюта О. С., Ушаков И. И. Геомагнитные возмущения и функционирование навигационной системы GPS // Геомагнетизм и аэрономия. 2002. 42 (2). 220–227.Afraimovich E. L., Lesyuta O. S., Ushakov I. I. Geomagnetic disturbances and operation of the GPS navigation system // Geomagnetism and Aeronomy. 2002. 42 (2). 220–227. (In Russian).Пикалов М. В., Шумилов А. Е., Колесник С. А. Статистический анализ характеристик спорадического Es слоя ионосферы по данным сети ионосферных станций // Физика окружающей среды: материалы XIV Международной Школы молодых ученых «Физика окружающей среды» им. А. Г. Колесника, Томск, 02–04 ноября 2020 года. Томск: СТТ, 2020. 76–79.Pikalov M. V., Shumilov A. E., Kolesnik S. A. Statistical analysis of the characteristics of the sporadic Es layer of the ionosphere according to the network of ionospheric stations // Physics of the environment: Proceedings of the XIV A. G. Kolesnik International School of Young Scientists "Physics of the Environment", Tomsk, November 02–04, 2020. Tomsk: Limited Liability Company "STT", 2020. 76–79. (In Russian).Сюсюка Е. Н., Писарева П. М. Обеспечение связи в КВ-диапазоне путем отражения радиоволн от ионосферы // Вестник государственного морского университета имени адмирала Ф. Ф. Ушакова. 2023. 3 (44). 33–37.Syusyuka E. N., Pisareva P. M. Provision of communication in the HF Band by reflection of radio waves from the ionosphere // Bulletin of Admiral Ushakov Maritime State University. 2023. 3 (44). 33–37. (In Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.