APEX ( Active Plasma Experiment ) er et internationalt projekt til undersøgelse af Jordens magnetosfære og ionosfære , udført i 1992-1999. Projektet blev gennemført inden for rammerne af Interkosmos- programmet som en fortsættelse og udvikling af Active-eksperimentet udført i 1989-1991 på Interkosmos-24- satellitten . Hovedindholdet i APEKS-projektet var eksperimenter med undersøgelse af nær- jord plasma og magnetosfærisk-ionosfærisk interaktion under påvirkning af elektron- og ionstråler injiceret fra Intercosmos -25 rumfartøjet . De resulterende effekter blev registreret af selve apparatet og af Magion-3-subsatellitten , som var i en kontrolleret afstand fra hovedsatellitten. En vigtig del af programmet var passiv forskning i naturlige og menneskeskabte fænomener i magnetosfæren og ionosfæren. Udførelse af målinger fra to rumfartøjer udstyret med lignende sæt af instrumenter gjorde det muligt at skelne mellem variationer i de undersøgte fænomener, der forekommer i rum og tid. Videnskabelige organisationer i Rusland , Ukraine , Tjekkiet , Polen , Bulgarien , Tyskland , Rumænien , Ungarn , USA , Frankrig , Indien [1] [2] deltog i APEKS-projektet .
Atmosfæriske og ekstraatmosfæriske nukleare test kan betragtes som de første aktive eksperimenter i rummet , hvorunder undersøgelsen af virkninger, der opstår i ionosfæren , også blev udført. Derefter begyndte eksperimenter med ladede partikelacceleratorer installeret på geofysiske raketter og rumfartøjer . Senere begyndte der at blive udført eksperimenter med stråling af elektromagnetiske bølger i forskellige rækkevidder og undersøgelse af kritisk ioniseringved indsprøjtning af en neutral gas. I alle disse eksperimenter forekommer lignende virkninger i det nær-jordiske plasma : dets opvarmning, udseendet af elektriske felter og strømme , partikelacceleration, fremkomsten af ELF-VLF og Alfven - bølger. I multi-satellit eksperimenter studeres udviklingen af disse effekter i rummet og bevægelsen af ladede partikler, injiceret af et apparat og registreret af et andet, langs de geomagnetiske feltlinjer [3] .
En anden vigtig retning for aktive eksperimenter i rummet er kontrollen af elektriske ladninger erhvervet af et rumfartøj, når det interagerer med rumplasma og især når det passerer gennem strålingsbælter . Dannelsen af sådanne ladninger kan have en betydelig indvirkning på rumfartøjets drift, forårsage fejl i driften af dets udstyr og accelereret nedbrydning af solbatterier [4] . For at beskytte rumfartøjer mod påvirkning af elektriske ladninger anvendes både passive metoder, såsom elektrisk afskærmning og udligning af det elektriske potentiale på køretøjets overflade, og aktive metoder, som er baseret på afladning af en elektrisk ladning fra køretøjets overflade ved hjælp af indsprøjtning af elektron- eller ionstråler [ 5] .
Projektet forudså en fortsættelse af undersøgelser af jordens nærområde, som blev påbegyndt i det aktive eksperiment på Interkosmos-24- satellitten . Projektet begyndte under navnet "Active-2" og blev officielt omdøbt til "APEX" (Active Plasma Experiment) i 1990. Målet med projektet var at studere indvirkningen af modulerede elektron- og plasmastråler og de elektromagnetiske bølger , der genereres af dem , på Jordens ionosfære og magnetosfære. Under eksperimenterne blev de elektriske felter og strømme, hvorigennem interaktionen mellem ionosfæren og magnetosfæren opstår, samt strømmene af ladede partikler langs kraftlinjerne i Jordens magnetfelt, undersøgt . Disse felter og strømme, som øges under magnetiske storme , genererer nordlys og udbrud af radiostøj, der komplicerer radiokommunikation [1] . Forskning under APEKS-projektet fandt sted i 1992-1999 på rumfartøjerne Interkosmos-25 og Magion-3 . I de udførte eksperimenter blev vekselvirkningen mellem genererede elektron- og ionstråler med naturlige strukturer i det nær-jordiske plasma undersøgt, fænomener svarende til naturlige, såsom nordlys, blev kunstigt induceret, fysiske processer i plasma blev simuleret, som ikke er reproducerbare under laboratorieforhold. Ved hjælp af instrumenter installeret på satellitter blev der også udført passiv undersøgelse af fænomener i ionosfæren og magnetosfæren [6] [7] .
I løbet af eksperimenterne blev bølgestrålingen forårsaget af den modulerede elektronstråle og de fløjter, der genereres af den i nærheden af den fungerende injektor og i området af den geomagnetiske ækvator, undersøgt. Auroras og RF-emissioner blev simuleret og initieret i nordlysområdet [komm. 1] . Processerne for erhvervelse af elektriske ladninger af rumfartøjer og neutralisering af disse ladninger blev undersøgt. Excitationen af magnetohydrodynamiske og lavfrekvente bølger i ionosfæren med en moduleret plasmastråle og søgningen efter ikke- lineære strukturer i det exciterede ionosfæriske plasma blev udført. Forbindelserne mellem elektromagnetiske bølger i ionosfæren og magnetosfæren og energiomdannelsesprocesserne i " solvind - magnetosfære - ionosfære " -systemet blev undersøgt. Programmet med passive observationer omfattede studiet af ionosfæriske plasmaprofiler under forskellige forhold, kortlægning af ionosfæren og studiet af polære spidser [komm. 2] , studiet af optisk og radioemission i nordlysområdet [9] [10] [11] [12] .
Interkosmos-25 og Magion-3 satellitterne blev opsendt den 18. december 1991 af Cyclone-3 bæreraket fra Plesetsk Cosmodrome ind i en elliptisk bane med en apogeum på 3080 km , en perigeum på 440 km , en hældning på 82,5° og et periodeoplag 122 min. Dette var den eneste sovjetiske opsendelse af forskningssatellitter i 1991 [13] . Magion-3 undersatellitten blev installeret på hovedsatellitten Interkosmos-25 og adskilt fra den 10 dage efter at være blevet sat i kredsløb. Under flyvningen udførte "Magion-3" orbitale manøvrer, ændrede afstanden til hovedsatellitten fra hundredvis af meter til hundredvis af kilometer og var foran eller bagved den i løbet af flyvningen [14] . Brugen af to enheder med lignende sæt videnskabelige instrumenter og udførelse af målinger samtidigt gjorde det muligt at skelne mellem udviklingen af de observerede effekter i rum og tid [15] .
Interkosmos-25 satellitten ( AUOS-Z-AP-IK ) med en masse på 1300 kg blev skabt på Yuzhnoye Design Bureau på AUOS -Z platformen . Satellitten havde et system med gravitationsorientering og stabilisering i forhold til den lokale lodrette, orientering og stabilisering langs banen blev udført af en svinghjulsenhed . Det forenede telemetrisystem inkluderet i AUOS-3 platformen gav kontrol over både selve apparatet og instrumenterne installeret på det, registrering og transmission af den indsamlede videnskabelige information [16] [1] .
Følgende videnskabelige instrumenter blev installeret ombord på Interkosmos-25 [17] :
Satellittens nyttelast inkluderede det tekniske supportsystem STO-AP, som styrer instrumenttilstande, indsamler og forbehandler data. STO-AP gjorde det muligt at opnå information i et større volumen og med bedre tidsmæssig opløsning end det forenede satellittelemetrisystem. STO-AP-data blev primært transmitteret under realtidssessioner, afspilning af optagede data af STO-AP-systemet var muligt i begrænset omfang og blev brugt sporadisk [1] [18] .
Satellitkontrol og datamodtagelse af det forenede telemetrisystem blev udført fra Flight Control Center for rumfartøjer til videnskabelige og nationale økonomiske formål, placeret ved IKI RAS [19] . Data fra det videnskabelige instrumentvedligeholdelsessystem STO-AP blev overført til modtagepunkterne for IZMIRAN ( Troitsk , Apatity ), IKI RAS ( Tarusa ), Panska Ves Observatoryog Neustrelitz . Samtidig overlappede satellitsynlighedszonerne fra stationerne i det forenede telemetrisystem og STO-AP datamodtagelsesstationerne ikke altid hinanden, hvilket resulterede i, at data fra eksperimenter styret gennem det forenede telemetrisystem muligvis ikke er tilgængelige via STO-AP. Derudover viste STO-AP informationstransmissionskanalen sig at være stærkt påvirket af det indsprøjtede plasma, som forårsagede tab af en del af de transmitterede data. Som følge heraf var det på nogle tidspunkter umuligt at opnå et komplet sæt information fra videnskabeligt udstyr, og det var nødvendigt at se efter kompromiser mellem de samtidige driftsformer for forskellige instrumenter [18] .
Mikrosatellit "Magion-3" (S2-AP) med en vægt på 52 kg blev skabt på Geofysisk Institut Tjekkoslovakiske Videnskabsakademi . Apparatet var orienteret langs Jordens magnetfelt . Til manøvrering i kredsløb blev der brugt et fremdriftssystem , skabt i Yuzhnoye Design Bureau og opererer på komprimeret gas [20] . Flyvekontrollen af Magion-3-satellitten og modtagelsen af videnskabelig information blev udført af det tjekkiske observatorium Panska Ves[21] [22] .
Følgende videnskabelige instrumenter blev installeret om bord på Magion-3 [23] :
I løbet af APEKS-projektet blev muligheden for at bruge modulerede ladede partikelstråler som ustrukturerede strålende antenner for første gang undersøgt . Lavfrekvent stråling ved elektronstrålens hovedmodulationsfrekvens blev registreret om bord på en subsatellit placeret i en afstand af flere titusinder kilometer fra hovedrumfartøjet. Eksperimenter blev udført for at studere kritisk ioniseringunder injektionen af en neutral gas i det nær-jordiske plasma [24] [25] . Muligheden for indsprøjtning af elektronstråler fra en satellit i højder på 500-1000 km under forhold med ukompenseret rumfartøjsladning og ladningskompensation ved xenonplasmaemission er blevet eksperimentelt undersøgt. På Magion-3-subsatellitten blev der for første gang foretaget fuldskalaobservationer i det nær-jordiske rum af elektronstråler injiceret af hovedapparatet, acceleration af elektronudbrud til energier på flere hundrede kiloelektronvolt blev fundet [26] .
I løbet af passive undersøgelser af satellitterne i APECS-projektet blev udbredelsen af forstyrrelser ind i magnetosfæren fra lokale områder af ionosfæren, kunstigt opvarmet af Horizon-standen [27] , undersøgt . En undersøgelse blev lavet af naturlige ionosfæriske fænomener - den ækvatoriale anomali [komm. 3] , det vigtigste ionosfæriske trug [komm. 4] , plasmabobler[komm. 5] . Nye typer ionosfæriske trug er blevet opdaget på mellem- og høje breddegrader. For første gang i løbet af rumeksperimenter blev muligheden for ballistisk bølgepassage gennem den ionosfæriske bølgebarriere demonstreret .[komm. 6] og foreslog en kvalitativ teori om dette fænomen. Nye typer ikke-lineære elektromagnetiske strukturer i ionosfæren er blevet opdaget. I løbet af jord-satellitmålinger blev der udviklet metoder til satellitradiotomografi , og lag-for-lag profiler af ionosfæren blev konstrueret i realtid [6] [15] .