APEX ( Active Plasma Experiment ) on kansainvälinen maapallon magnetosfäärin ja ionosfäärin tutkimusprojekti , joka toteutettiin vuosina 1992-1999. Hanke toteutettiin Interkosmos-ohjelman puitteissa Interkosmos -24- satelliitilla vuosina 1989-1991 tehdyn Active-kokeilun jatko- ja kehitystyönä . APEKS-projektin pääsisältönä olivat kokeet maapallon lähellä olevan plasman ja magnetosfäärin ja ionosfäärin välisen vuorovaikutuksen tutkimisesta Intercosmos -25- avaruusaluksesta injektoitujen elektronien ja ionisäteiden vaikutuksesta . Tuloksena olevat vaikutukset tallensivat itse laite ja Magion-3-alisatelliitti , joka oli kontrolloidulla etäisyydellä pääsatelliitista. Tärkeä osa ohjelmaa oli magnetosfäärin ja ionosfäärin luonnon- ja ihmisperäisten ilmiöiden passiivinen tutkimus. Mittausten tekeminen kahdesta samanlaisilla instrumenteilla varustetusta avaruusaluksesta mahdollisti tutkittujen ilmiöiden tilassa ja ajassa tapahtuvien vaihtelujen erottamisen. APEKS-projektiin osallistuivat Venäjän , Ukrainan , Tšekin , Puolan , Bulgarian , Saksan , Romanian , Unkarin , USA :n , Ranskan ja Intian tieteelliset organisaatiot [1] [2] .
Ilmakehän ja ilmakehän ulkopuolisia ydinkokeita voidaan pitää ensimmäisinä aktiivisina kokeina avaruudessa , joiden aikana tutkittiin myös ionosfäärissä syntyviä vaikutuksia . Sitten alkoivat kokeet geofysikaalisiin raketteihin ja avaruusaluksiin asennetuilla varautuneilla hiukkaskiihdyttimillä . Myöhemmin alettiin tehdä kokeita eri alueiden sähkömagneettisten aaltojen säteilyllä ja kriittisen ionisaation tutkimuksellaruiskuttamalla neutraalia kaasua. Kaikissa näissä kokeissa maanläheisessä plasmassa esiintyy samanlaisia vaikutuksia : sen kuumeneminen, sähkökenttien ja virtojen ilmaantuminen , hiukkasten kiihtyvyys, ELF-VLF- ja Alfven - aaltojen ilmaantuminen. Monisatelliittikokeissa tutkitaan näiden vaikutusten kehittymistä avaruudessa ja yhden laitteen ruiskuttamien ja toisen tallentamien varautuneiden hiukkasten liikettä geomagneettisia kenttäviivoja pitkin [3] .
Toinen tärkeä avaruuskokeilun suunta on avaruusaluksen vuorovaikutuksessa avaruusplasman kanssa ja erityisesti säteilyvöiden läpi kulkevien sähkövarausten hallinta . Tällaisten varausten muodostuminen voi vaikuttaa merkittävästi avaruusaluksen toimintaan, aiheuttaa toimintahäiriöitä sen laitteiden toiminnassa ja kiihdyttää aurinkoparistojen kulumista [4] . Avaruusajoneuvojen suojaamiseksi sähkövarausten vaikutukselta käytetään sekä passiivisia menetelmiä, kuten sähköinen suojaus ja sähköpotentiaalin tasaus ajoneuvon pinnalla, että aktiivisia, jotka perustuvat sähkövarauksen purkamiseen ajoneuvon pinta ruiskuttamalla elektroni- tai ionisäteitä [ 5] .
Hankkeessa suunniteltiin Interkosmos-24- satelliitin aktiivisessa kokeessa aloitettujen Maan lähiavaruuden tutkimusten jatkamista . Projekti alkoi nimellä "Active-2", ja se nimettiin virallisesti uudelleen "APEX" (Active Plasma Experiment) vuonna 1990. Projektin tavoitteena oli tutkia moduloitujen elektroni- ja plasmasäteiden sekä niiden tuottamien sähkömagneettisten aaltojen vaikutusta Maan ionosfääriin ja magnetosfääriin. Kokeiden aikana tutkittiin sähkökenttiä ja virtoja , joiden kautta ionosfäärin ja magnetosfäärin vuorovaikutus tapahtuu, sekä varautuneiden hiukkasten virtoja pitkin Maan magneettikentän voimalinjoja . Nämä kentät ja virrat, jotka lisääntyvät magneettisten myrskyjen aikana , synnyttävät revontulia ja radiokohinapurskeita, jotka vaikeuttavat radioviestintää [1] . APEKS- projektin alaisia tutkimuksia tehtiin vuosina 1992-1999 Interkosmos-25- ja Magion-3- avaruusaluksilla. Suoritetuissa kokeissa tutkittiin syntyneiden elektronien ja ionisäteiden vuorovaikutusta Maan lähiplasman luonnollisten rakenteiden kanssa, luonnollisten ilmiöiden kaltaisia ilmiöitä, kuten revontulia, indusoitiin keinotekoisesti, simuloitiin plasmassa tapahtuvia fysikaalisia prosesseja, jotka eivät ole toistettavissa. laboratorio-olosuhteissa. Satelliitteihin asennettujen instrumenttien avulla suoritettiin myös passiivista ionosfäärin ja magnetosfäärin ilmiöiden tutkimusta [6] [7] .
Kokeiden aikana tutkittiin moduloidun elektronisäteen ja sen tuottamien whistlereiden aiheuttamaa aaltosäteilyä käyttöinjektorin läheisyydessä ja geomagneettisen päiväntasaajan alueella. Revontulet ja radiotaajuuspäästöt simuloitiin ja aloitettiin revontulien alueella [comm. 1] . Tutkittiin avaruusajoneuvojen sähkövarausten hankintaprosesseja ja näiden varausten neutralointia. Magnetohydrodynaamisten ja matalataajuisten aaltojen viritys ionosfäärissä moduloidulla plasmasäteellä ja epälineaaristen rakenteiden etsiminen viritetyssä ionosfääriplasmassa suoritettiin. Tutkittiin sähkömagneettisten aaltojen yhteyksiä ionosfäärissä ja magnetosfäärissä sekä energian muunnosprosesseja " aurinkotuuli - magnetosfääri - ionosfääri " järjestelmässä. Passiivisten havaintojen ohjelmaan sisältyi ionosfäärin plasmaprofiilien tutkiminen eri olosuhteissa, ionosfäärin kartoitus ja napakuppien tutkimus [ comm. 2] , optisen ja radiosäteilyn tutkimus revontulien alueella [9] [10] [11] [12] .
Interkosmos-25- ja Magion-3-satelliitit laukaistiin 18. joulukuuta 1991 Cyclone -3- kantoraketilla Plesetskin kosmodromista elliptiselle kiertoradalle , jonka apogee oli 3080 km , perigee 440 km , kaltevuus 82,5° ja jaksokierto 122 min. Tämä oli ainoa Neuvostoliiton tutkimussatelliittien laukaisu vuonna 1991 [13] . Magion-3-alisatelliitti asennettiin Interkosmos-25-pääsatelliittiin ja erotettiin siitä 10 päivää kiertoradalle asettamisen jälkeen. Lennon aikana "Magion-3" suoritti kiertoradan liikkeitä muuttaen etäisyyttä pääsatelliittiin sadoista metreistä satoihin kilometreihin ja ollessaan sen edellä tai takana lennon aikana [14] . Kahden samankaltaisten tieteellisten instrumenttien käyttäminen ja mittausten suorittaminen samanaikaisesti mahdollisti havaittujen vaikutusten kehityksen erottamisen avaruudessa ja ajassa [15] .
Interkosmos-25-satelliitti ( AUOS-Z-AP-IK ), jonka massa on 1300 kg, luotiin Yuzhnoye Design Bureaussa AUOS - Z- alustalle . Satelliitissa oli gravitaatio- ja vakautusjärjestelmä suhteessa paikalliseen pystysuoraan, suuntaus ja vakauttaminen kurssin varrella suoritettiin vauhtipyöräyksikön avulla . AUOS-3-alustaan sisältyvä yhtenäinen telemetriajärjestelmä tarjosi sekä itse laitteen että siihen asennettujen instrumenttien hallinnan, kerätyn tieteellisen tiedon tallentamisen ja siirron [16] [1] .
Seuraavat tieteelliset instrumentit asennettiin Interkosmos-25 :lle [17] :
Satelliitin hyötykuormaan kuului tekninen tukijärjestelmä STO-AP, joka ohjaa instrumenttitiloja, kerää ja esikäsittelee dataa. STO-AP mahdollisti tiedon saamisen suuremmassa volyymissa ja paremmalla aikaresoluutiolla kuin yhtenäinen satelliittitelemetriajärjestelmä. STO-AP-tiedot välitettiin pääasiassa reaaliaikaisten istuntojen aikana, tallennettujen tietojen toisto STO-AP-järjestelmän avulla oli mahdollista rajoitetusti ja sitä käytettiin satunnaisesti [1] [18] .
Yhtenäisen telemetriajärjestelmän satelliittiohjaus ja tiedonvastaanotto suoritettiin IKI RAS :ssa sijaitsevasta tieteellisiin ja kansantaloudellisiin avaruusalusten lennonjohtokeskuksesta [19] . Tieteellisen instrumenttien huoltojärjestelmän STO-AP tiedot välitettiin IZMIRANin ( Troitsk , Apatity ), IKI RAS :n ( Tarusa ), Panska Vesin observatorion vastaanottopisteisiin.ja Neustrelitz . Samaan aikaan satelliittinäkyvyysvyöhykkeet yhtenäisen telemetriajärjestelmän asemista ja STO-AP-tiedonvastaanottoasemista eivät aina olleet päällekkäisiä, minkä seurauksena yhtenäisen telemetriajärjestelmän kautta ohjattujen kokeiden tiedot eivät ehkä ole saatavilla STO-AP. Lisäksi STO-AP tiedonsiirtokanava osoittautui voimakkaasti injektoidun plasman vaikutukseksi, mikä aiheutti osan lähetetystä tiedosta. Tämän seurauksena joissain hetkissä oli mahdotonta saada täydellistä tietoa tieteellisistä laitteista ja oli tarpeen etsiä kompromisseja eri instrumenttien samanaikaisten toimintatapojen välillä [18] .
Geofysikaalisessa instituutissa luotiin 52 kg painava mikrosatelliitti "Magion-3" (S2-AP) Tšekkoslovakian tiedeakatemia . Laite oli suunnattu pitkin maan magneettikenttää . Ohjaamiseen kiertoradalla käytettiin propulsiojärjestelmää , joka luotiin Yuzhnoye Design Bureaussa ja joka toimi painekaasulla [20] . Magion-3-satelliitin lennonohjauksesta ja tieteellisen tiedon vastaanotosta vastasi tšekkiläinen observatorio Panska Ves[21] [22] .
Seuraavat tieteelliset instrumentit asennettiin Magion-3 :een [23] :
APEKS-projektin aikana tutkittiin ensimmäistä kertaa mahdollisuutta käyttää moduloituja varautuneita hiukkassäteitä rakenteemattomina säteilevinä antenneina . Matalataajuista säteilyä elektronisuihkun päämodulaatiotaajuudella tallennettiin alisatelliittiin, joka sijaitsee useiden kymmenien kilometrien etäisyydellä pääavaruusaluksesta. Kokeita suoritettiin kriittisen ionisaation tutkimiseksineutraalia kaasua ruiskutettaessa Maanläheiseen plasmaan [24] [25] . Mahdollisuutta injektoida elektronisuihkuja satelliitista 500–1000 km:n korkeudessa kompensoimattoman avaruusaluksen varauksen ja varauksen kompensoinnin olosuhteissa ksenonplasmaemissiolla on tutkittu kokeellisesti. Magion-3-alisatelliitilla tehtiin ensimmäistä kertaa täyden mittakaavan havaintoja maanläheisessä avaruudessa päälaitteen injektoimista elektronisuihkuista, ja havaittiin elektronien purkausten kiihtyvyys useiden satojen kiloelektronivolttien energioihin [26] .
APECS-projektin satelliittien passiivisten tutkimusten aikana tutkittiin häiriöiden etenemistä magnetosfääriin ionosfäärin paikallisilta alueilta, joita Horizon-teline lämmittää keinotekoisesti [27] . Tutkimus tehtiin luonnon ionosfäärin ilmiöistä - päiväntasaajan anomaliasta [comm. 3] , ionosfäärin pääkaukalo [comm. 4] , plasmakuplat[comm. 5] . Keski- ja korkeilta leveysasteilta on löydetty uudentyyppisiä ionosfäärisiä kouruja. Ensimmäistä kertaa avaruuskokeiden aikana osoitettiin ballististen aaltojen kulku ionosfääriaallon esteen läpi.[comm. 6] ja ehdotti tämän ilmiön kvalitatiivista teoriaa. Ionosfäärissä on löydetty uudenlaisia epälineaarisia sähkömagneettisia rakenteita. Maasatelliittimittausten aikana kehitettiin satelliittiradiomografian menetelmiä jamuodostettiin ionosfäärin kerros-kerrosprofiileja reaaliajassa [6] [15] .