Ця стаття входить до добрих статей

АПЕКС (космічний проект)

Матеріал з Вікіпедії – вільної енциклопедії
Перейти до навігації Перейти до пошуку

АПЭКС ( Активний Плазмовий ЕКСперимент ) - міжнародний проект з вивчення магнітосфери та іоносфери Землі , що здійснювався в 1992-1999 роках. Проект реалізований у рамках програми « Інтеркосмос » як продовження та розвиток експерименту «Активний», що проводиться у 1989-1991 роках на супутнику « Інтеркосмос-24 ». Основним змістом проекту «АПЕКС» були експерименти з дослідження навколоземної плазми та магнітосферно-іоносферної взаємодії в умовах впливу електронних та іонних пучків, що інжектуються з борту космічного апарату « Інтеркосмос-25 ». Виникаючі ефекти реєструвалися приладами самого апарату та субсупутника " Магіон-3 ", що знаходився на контрольованій відстані від основного супутника. Важливою частиною програми були пасивні дослідження природних та антропогенних явищ у магнітосфері та іоносфері. Проведення вимірів з двох космічних апаратів, оснащених аналогічними комплексами інструментів, дозволило розрізняти варіації явищ, що вивчаються, що відбуваються в просторі і в часі. У проекті «АПЕКС» брали участь наукові організації Росії , України , Чехії , Польщі , Болгарії , Німеччини , Румунії , Угорщини , США , Франції , Індії[1][2] .

Активні космічні експерименти

Першими активними експериментами в космосі можна вважати атмосферні та заатмосферні ядерні випробування , в ході яких проводилося й вивчення ефектів, що виникають в іоносфері . Потім почалися експерименти з прискорювачами заряджених частинок, що встановлюються на геофізичних ракетах та космічних апаратах . Пізніше стали проводитися досліди з випромінюванням електромагнітних хвиль різних діапазонів та вивчення критичної іонізації (англ.) російськ при інжекції нейтрального газу. У всіх цих експериментах виникають подібні ефекти в навколоземній плазмі : її нагрівання, поява електричних полів і струмів , прискорення частинок, виникнення КНЧ-ОНЧ та Альвенівських хвиль. У багатосупутникових експериментах вивчається розвиток цих ефектів у просторі та рух заряджених частинок, інжектованим одним апаратом та реєстрованих на іншому, вздовж силових ліній геомагнітного поля [3] .

Ще одним важливим напрямком активних експериментів у космосі є управління електричними зарядами , що набувають космічний апарат при взаємодії з космічною плазмою і особливо при проходженні радіаційних поясів . Утворення таких зарядів може істотно впливати на роботу космічного апарату, викликати збої в роботі його апаратури та прискорену деградацію сонячних батарей[4] . Для захисту космічних апаратів від впливу електричних зарядів застосовують як пасивні методи, такі як електричне екранування і вирівнювання електричного потенціалу на поверхні апарату, так і активні, в основі яких лежить скидання електричного заряду з поверхні апарату за допомогою інжекції електронних або іонних пучків[5] .

Завдання проекту АПЕКС

У проекті передбачалося продовження досліджень навколоземного простору, розпочатих в експерименті «Активний» на супутнику « Інтеркосмос-24 ». Проект розпочинався під назвою «Активний-2» і був офіційно перейменований на «АПЕКС» (Активний Плазмовий ЕКСперимент) у 1990 році. Метою проекту було вивчення впливу модульованих електронних та плазмових пучків та електромагнітних хвиль, що породжуються ними, на іоносферу та магнітосферу Землі. У ході експериментів досліджувалися електричні поля та струми , через які відбувається взаємодія іоносфери та магнітосфери, а також потоки заряджених частинок вздовж силових ліній магнітного поля Землі . Ці поля і струми, що посилюються під час магнітних бур , породжують полярні сяйва і сплески радіошумів, що ускладнюють радіозв'язок[1] . Дослідження проходили в 1992-1999 роках на космічних апаратах « Інтеркосмос-25 » та « Магіон-3 ». У проведених експериментах вивчалася взаємодія електронних та іонних пучків з природними структурами в навколоземній плазмі, штучно викликалися явища, аналогічні природним, такі як полярні сяйва, моделювалися фізичні процеси в плазмі, невідтворювані в лабораторних умовах. За допомогою встановлених на супутниках приладів проводилося також пасивне вивчення явищ в іоносфері та магнітосфері[6][7] .

У ході експериментів досліджувалося хвильове випромінювання, викликане модулированным пучком електронів, і генеровані ним вістлери в околиці працюючого інжектора і в районі геомагнітного екватора. Моделювалися і ініціювалися полярні сяйва та радіочастотне випромінювання в авроральній області [комм. 1] . Вивчалися процеси придбання електричних зарядів космічними апаратами та нейтралізації цих зарядів. Проводилося збудження модульованим плазмовим пучком магнітогідродинамічних та низькочастотних хвиль в іоносфері та пошук нелінійних структур у збудженій іоносферній плазмі. Досліджувалися зв'язки електромагнітних хвиль в іоносфері та магнітосфері та процеси перетворення енергії в системі « сонячний вітермагнітосфераіоносфера ». У програму пасивних спостережень входило вивчення профілів іоносферної плазми за різних умов, картографування іоносфери, вивчення полярних каспів [комм. 2] , дослідження оптичного та радіовипромінювання в авроральній області [9] [10] [11][12] .

Космічні апарати проекту АПЕКС

Зовнішні зображення
Зображення «Інтеркосмос-25» у розгорнутому стані до відділення «Магіон-3» ( Overview of APEX Project Results )
"Магіон-3", встановлений на "Інтеркосмос-25" ( ІКІ РАН )
Стиковані «Магіон-3», «Інтеркосмос-25» та РН «Циклон-3» на космодромі «Плесецьк» ( Інститут фізики атмосфери (чеськ )

Спутники «Интеркосмос-25» и «Магион-3» были запущены 18 декабря 1991 года ракетой-носителем « Циклон-3 » с космодрома « Плесецк » на эллиптическую орбиту с апогеем 3080 км , перигеем 440 км , наклонением 82,5° и периодом звернення 122 хв. Це був єдиний радянський запуск науково-дослідних супутників у 1991 [13] . Субсупутник "Магіон-3" був встановлений на основному супутнику "Інтеркосмос-25" і відокремився від нього через 10 днів після виведення на орбіту. У ході польоту «Магіон-3» робив орбітальні маневри, змінюючи відстань до основного супутника від сотень метрів до сотень кілометрів і опиняючись попереду або за ним по ходу польоту [14] . Використання двох апаратів, що мають аналогічні набори наукових приладів і що проводять вимірювання одночасно, дозволило розрізняти розвиток ефектів, що спостерігаються в просторі і в часі [15] .

Інтеркосмос-25

Супутник "Інтеркосмос-25" ( АУОС-З-АП-ІК ) масою 1300 кг був створений у КБ «Південне» на платформі АУОС-З . Супутник мав систему гравітаційної орієнтації та стабілізації щодо місцевої вертикалі, орієнтація та стабілізація за курсом здійснювалася блоком маховика . Єдина телеметрична система, що входить до складу платформи АУОС-3, забезпечувала управління як самим апаратом, так і встановленими на ньому приладами, запис і передачу зібраної наукової інформації [16][1] .

На борту «Інтеркосмос-25» було встановлено такі наукові інструменти [17] :

До складу корисного навантаження супутника входила система технічного забезпечення СТО-АП, що здійснює управління режимами приладів, збирання та попередню обробку даних. СТО-АП дозволяла отримувати інформацію у більшому обсязі та з кращою тимчасовою роздільною здатністю, ніж єдина система телеметрії супутника. Дані СТО-АП передавалися в основному під час сеансів у реальному часі, відтворення записаних даних системою СТО-АП було можливе в обмеженому обсязі та застосовувалося епізодично[1] [18] .

Управління супутником і прийом даних єдиної системи телеметрії здійснювалися з Центру управління польотом космічних апаратів наукового та народногосподарського призначення Військово-космічних сил Росії , що розташовувався в ІКІ РАН [19] . Дані від системи технічного обслуговування наукових приладів СТО-АП передавалися на приймальні пункти ІЗМІРАН ( Троїцьк , Апатити ), ІКІ РАН ( Таруса ), обсерваторії Панська Вага (чеська.) і Нойштреліц . При цьому зони видимості супутника зі станцій єдиної телеметричної системи та станцій прийому даних СТО-АП не завжди перекривалися, внаслідок чого дані експериментів, керованих через єдину систему телеметрії, могли бути не доступні через СТО-АП. Крім того, канал передачі інформації СТО-АП був схильний до сильного впливу плазми, що інжектується, через що відбувалося зникнення частини переданих даних. В результаті в деякі моменти неможливо було отримати повний набір інформації від наукової апаратури і доводилося шукати компроміси між одночасними режимами роботи різних інструментів [18] .

Магіон-3

Мікросупутник «Магіон-3» (С2-АП) масою 52 кг створений у геофізичному інституті (чеськ.) російськ Чехословацької Академії наук . Орієнтація апарату здійснювалася магнітним полем Землі. Для маневрування на орбіті використовувалася рухова установка , створена в КБ «Південне» і працює на стиснутому газі [20] . Управління польотом супутника «Магіон-3» та прийом наукової інформації здійснювалися чеською обсерваторією Панська Вес (чеш.) російськ [21] [22] .

На борту «Магіона-3» було встановлено такі наукові інструменти [23] :

Результати проекту

У ході проекту «АПЕКС» вперше досліджувалась можливість застосування модулованих пучків заряджених частинок як безконструкційні випромінюючі антени . Низькочастотне випромінювання на основній частоті модуляції електронного пучка було зафіксовано на борту субсупутника, що знаходився на відстані кількох десятків кілометрів від основного космічного апарату. Проведено експерименти з вивчення критичної іонізації (англ.) російськ при інжекції нейтрального газу в навколоземну плазму [24] [25] . Експериментально досліджено можливість інжекції з супутника електронних пучків на висотах 500-1000 км в умовах некомпенсованого заряду апарату та компенсації заряду емісією ксенонової плазми. На субсупутнику «Магіон-3» вперше проводилися натурні спостереження в навколоземному просторі електронних пучків, що інжектуються основним апаратом, виявлено прискорення електронних сплесків до енергій у кілька сотень кілоелектронвольт [26] .

У ході пасивних досліджень на супутниках проекту «АПЕКС» вивчалося поширення в магнітосферу збурень із локальних областей іоносфери, штучно нагрітих стендом «Горизонт» [27] . Проводилося вивчення природних іоносферних явищ - екваторіальної аномалії [Ком. 3] , головного іоносферного провалу [комм. 4] , плазмових міхурів (англ.) російськ [Комм. 5] . Було відкрито нові типи іоносферних провалів у середніх та високих широтах. Вперше в космічних експериментах продемонстровано можливість поширення балістичної хвилі через іоносферний хвильовий бар'єр (англ.) [Комм. 6] та запропоновано якісну теорію цього явища. Виявлено нові типи нелінійних електромагнітних структур у іоносфері. У ході наземно-супутникових вимірів відпрацьовувалися методи супутникової радіотомографії та були побудовані пошарові профілі іоносфери у реальному часі[6] [15] .

Примітки

Коментарі

  1. Авроральна зона (авроральний овал) - область, що займається полярними сяйвами, знаходиться на висоті ~100-150 км. Оточує геомагнітний полюс , досягає геомагнітної широти ~78° на денній стороні та ~68° на нічній стороні. Зі зростанням геомагнітної обурення розширюється на більш південні широти.
  2. Полярні каспи - воронкоподібні області в магнітосфері, що виникають у приполярних областях, на геомагнітних широтах ~ 75 °, при взаємодії сонячного вітру з магнітним полем Землі. Через капи частки сонячного вітру проникають в іоносферу, нагрівають її та викликають полярні сяйва [8] .
  3. Днём в приэкваториальной области ионосферы по обе стороны от геомагнитного экватора образуются области высокой ионизации . Это явление известно как экваториальная аномалия или аномалия Эпплтона .
  4. Главный ионосферный провал — область пониженной концентрации электронов, наблюдающаяся на ночной стороне в субавроральной области [28] .
  5. Экваториальные плазменные пузыри — явление, наблюдаемое в ночное время в области геомагнитного экватора; области пониженной концентрации электронов, вызывающие задержку распространения радиосигналов [29]
  6. ИОНОСФЕ́РНЫЙ ВОЛНОВО́Д / А. П. Сухоруков // Большая российская энциклопедия : [в 35 т.] / гл. ред. Ю. С. Осипов . - М .: Велика російська енциклопедія, 2004-2017.

Джерела

  1. 1 2 3 4 Новости космонавтики №21, 1995 .
  2. Active Plasma EXperiments Project .
  3. Г.Л. Гдалевич, Ю.М. Михайлов, Н.С. Баранец, З. Клосс. Активные эксперименты в космосе (рус.) // Материалы 6-ой конференции «Физика плазмы в Солнечной системе». — ИКИ РАН , 2011.
  4. Л.С. Новиков, 2006 , Введение, с. 4—7.
  5. Л.С. Новиков, 2006 , Методы защиты космических аппаратов от влияния эффектов электризации, с. 116—117.
  6. 1 2 Космические исследования ИЗМИРАН, 2010 .
  7. Overview of APEX Project Results, 2018 , Introduction.
  8. МАГНИТОСФЕ́РА / А. Е. Левитин // Большая российская энциклопедия : [в 35 т.] / гл. ред. Ю. С. Осипов . - М .: Велика російська енциклопедія, 2004-2017.
  9. Active Plasma EXperiments Project , Primary scientific objectives of the project.
  10. Magion 3 (англ.) . Institute of Atmospheric Physics CAS . Дата звернення: 16 лютого 2021 року.
  11. Overview of APEX Project Results, 2018 , APEX Scientific Goals.
  12. Ю.М. Михайлов. Экспериментальные исследования генерации и распространения ультра- крайне- очень низкочастотных электромагнитных волн в околоземном космическом пространстве (рус.) // Электромагнитные и плазменные процессы от недр Солнца до недр Земли : сборник / ред. В.Д. Кузнецов. — ИЗМИРАН , 2015. — С. 185—200 .
  13. Intercosmos 25 (англ.) . NASA Space Science Data Coordinated Archive . Дата звернення: 31 березня 2021 року.
  14. Active Plasma EXperiments Project , Introduction.
  15. 1 2 Космический аппарат Интеркосмос 25 (АПЭКС) . Секция «Солнечная система» совета РАН по космосу . Дата звернення: 4 квітня 2021 року.
  16. Ракеты и КА КБ «Южное», 2001 , Автоматические универсальные орбитальные станции, с. 157—176.
  17. Active Plasma EXperiments Project , Scientific equipment of APEX spacecraft.
  18. 1 2 Overview of APEX Project Results, 2018 , Active Experiment Methodology.
  19. К. Лантратов. Закрыт 6-ой Центр ГЦИУ ВКС (рус.) // Новости космонавтики : журнал. — 1995. — № 24 .
  20. М.І. Кошкин. ГРДУ ДЛЯ МИКРОСПУТНИКОВ ПРОЕКТОВ «ПУЛЬСАР» И «ИНТЕРБОЛ» // Вестник НПО им. С.А. Лавочкина : журнал. — 2015. — № 3 . — С. 121—123 . — ISSN 2075-6941 .
  21. MAGION spacecraft (англ.) . Institute of Atmospheric Physics CAS . Дата звернення: 31 січня 2021 року.
  22. Magion 3 (англ.) . NASA Space Science Data Coordinated Archive . Дата звернення: 16 лютого 2021 року.
  23. Active Plasma EXperiments Project , Scientific equipment of the subsatellite.
  24. Автоматические универсальные орбитальные станции . КБ «Южное» . Дата звернення: 3 лютого 2021 року.
  25. Active Plasma EXperiments Project , Results.
  26. Overview of APEX Project Results, 2018 , Conclusions.
  27. Overview of APEX Project Results, 2018 , Ionospheric Heating Experiments.
  28. М. Г. Дёминов. Ионосфера Земли: закономерности и механизмы (рус.) // Электромагнитные и плазменные процессы от недр Солнца до недр Земли : сборник / ред. В.Д. Кузнецов. — ИЗМИРАН , 2015. — С. 303—308 .
  29. Л. Н. Сидорова. Экваториальные плазменные "пузыри" на высотах верхней ионосферы (рус.) // Геомагнетизм и аэрономия : журнал. — 2008. — Т. 48 , № 1 . — С. 60—69 .

Література

  • К. Лантратов. АУОСы продолжают работу (рус.) // Новости космонавтики : журнал. — 1995. — № 21(110) .
  • Ракеты и космические аппараты конструкторского бюро «Южное» / Под общ. ред. С. Н. Конюхова . — Днепропетровск: ООО «КолорГраф», 2001. — 240 с. - 1100 прим. - ISBN 966-7482-00-6 .
  • Л.С. Новиков. Взаимодействие космических аппаратов с окружающей плазмой . — М. : Университетская книга, 2006. — ISBN 978-5-01304-019-0 .
  • В. Д. Кузнецов . Космические исследования ИЗМИРАН (рус.) // Успехи физических наук : журнал. — 2010. — Т. 180 , № 5 . — С. 554—560 . — ISSN 0042-1294 . — doi : 10.3367/UFNr.0180.201005l.0554 .
  • Lubomir Prech, Yuri Y. Ruzhin, Vladimir S. Dokukin, Zdenek Nemecek, Jana Safrankova. Overview of APEX Project Results (англ.) // Space Physics : Open Access Publisher and Open Science Platform. — Frontiers, 2018. — December. — doi : 10.3389/fspas.2018.00046 .

Сcылки