APEX ( Active Plasma Experiment ) är ett internationellt projekt för studier av jordens magnetosfär och jonosfär , som genomfördes 1992-1999. Projektet genomfördes inom ramen för Interkosmos - programmet som en fortsättning och utveckling av Active-experimentet som genomfördes 1989-1991 på Interkosmos-24- satelliten . Huvudinnehållet i APEKS-projektet var experiment om studier av nära jordens plasma och magnetosfärisk-jonosfärisk interaktion under inverkan av elektron- och jonstrålar injicerade från rymdfarkosten Intercosmos -25 . De resulterande effekterna registrerades av själva apparaten och av Magion-3-subsatelliten , som var på ett kontrollerat avstånd från huvudsatelliten. En viktig del av programmet var passiv forskning om naturliga och antropogena fenomen i magnetosfären och jonosfären. Genom att utföra mätningar från två rymdfarkoster utrustade med liknande uppsättningar av instrument gjorde det möjligt att skilja mellan variationer i de studerade fenomen som förekommer i rum och tid. Vetenskapliga organisationer från Ryssland , Ukraina , Tjeckien , Polen , Bulgarien , Tyskland , Rumänien , Ungern , USA , Frankrike , Indien [1] [2] deltog i APEKS-projektet .
Atmosfäriska och extraatmosfäriska kärntest kan betraktas som de första aktiva experimenten i rymden , under vilka studier av effekter som uppstår i jonosfären också genomfördes. Sedan började experiment med laddade partikelacceleratorer installerade på geofysiska raketer och rymdfarkoster . Senare började experiment utföras med strålning av elektromagnetiska vågor av olika intervall och studiet av kritisk joniseringgenom insprutning av en neutral gas. I alla dessa experiment inträffar liknande effekter i plasman nära jorden : dess uppvärmning, uppkomsten av elektriska fält och strömmar , partikelacceleration, uppkomsten av ELF-VLF och Alfven - vågor. I multisatellitexperiment studeras utvecklingen av dessa effekter i rymden och rörelsen av laddade partiklar, injicerade av en apparat och registrerade av en annan, längs de geomagnetiska fältlinjerna [3] .
En annan viktig riktning för aktiva experiment i rymden är kontrollen av elektriska laddningar som förvärvas av en rymdfarkost när den interagerar med rymdplasma och särskilt när den passerar genom strålningsbälten . Bildandet av sådana laddningar kan ha en betydande inverkan på rymdfarkostens drift, orsaka fel i driften av dess utrustning och accelererad nedbrytning av solbatterier [4] . För att skydda rymdfarkoster från påverkan av elektriska laddningar används både passiva metoder, såsom elektrisk skärmning och utjämning av den elektriska potentialen på fordonets yta, och aktiva, som är baserade på urladdning av en elektrisk laddning från fordonets yta med hjälp av insprutning av elektron- eller jonstrålar [ 5] .
Projektet planerade fortsättningen av studier av rymden nära jorden, som påbörjades i det aktiva experimentet på Interkosmos-24- satelliten . Projektet började under namnet "Active-2" och döptes officiellt om till "APEX" (Active Plasma Experiment) 1990. Syftet med projektet var att studera påverkan av modulerade elektron- och plasmastrålar och de elektromagnetiska vågorna som genereras av dem på jordens jonosfär och magnetosfär. Under experimenten studerades de elektriska fält och strömmar genom vilka jonosfärens och magnetosfärens växelverkan sker, liksom flödena av laddade partiklar längs kraftlinjerna för jordens magnetfält . Dessa fält och strömmar, som ökar under magnetiska stormar , genererar norrsken och skurar av radiobrus som komplicerar radiokommunikation [1] . Forskning under APEKS-projektet ägde rum 1992-1999 på rymdfarkosterna Interkosmos-25 och Magion-3 . I de utförda experimenten studerades interaktionen av genererade elektron- och jonstrålar med naturliga strukturer i den nära jordens plasma, fenomen som liknar naturliga sådana, såsom norrsken, inducerades artificiellt, fysikaliska processer i plasma simulerades, som inte är reproducerbara. under laboratorieförhållanden. Med hjälp av instrument installerade på satelliter genomfördes även passiv studie av fenomen i jonosfären och magnetosfären [6] [7] .
Under experimentens gång studerades vågstrålningen som orsakas av den modulerade elektronstrålen och de visslare som genereras av den i närheten av den arbetande injektorn och i området för den geomagnetiska ekvatorn. Norrsken och RF-emissioner simulerades och initierades i norrskensregionen [komm. 1] . Processerna för förvärv av elektriska laddningar av rymdfarkoster och neutralisering av dessa laddningar studerades. Exciteringen av magnetohydrodynamiska och lågfrekventa vågor i jonosfären med en modulerad plasmastråle och sökandet efter olinjära strukturer i den exciterade jonosfäriska plasman utfördes. Kopplingarna mellan elektromagnetiska vågor i jonosfären och magnetosfären och energiomvandlingsprocesserna i systemet " solvind - magnetosfär - jonosfär " studerades. Programmet för passiva observationer inkluderade studiet av jonosfäriska plasmaprofiler under olika förhållanden, kartläggning av jonosfären och studiet av polära spetsar [komm. 2] , studien av optisk och radioemission i norrskensregionen [9] [10] [11] [12] .
Satelliterna Interkosmos-25 och Magion-3 lanserades den 18 december 1991 av bärraketen Cyclone -3 från Plesetsk Cosmodrome till en elliptisk bana med en apogeum på 3080 km , en perigeum på 440 km , en lutning på 82,5° och en periodupplaga 122 min. Detta var den enda sovjetiska uppskjutningen av forskningssatelliter 1991 [13] . Magion-3-subsatelliten installerades på huvudsatelliten Interkosmos-25 och separerades från den 10 dagar efter att den satts i omloppsbana. Under flygningen utförde "Magion-3" omloppsmanövrar, ändrade avståndet till huvudsatelliten från hundratals meter till hundratals kilometer och var före eller bakom den under flygningens gång [14] . Användningen av två enheter med liknande uppsättningar av vetenskapliga instrument och att utföra mätningar samtidigt gjorde det möjligt att skilja mellan utvecklingen av de observerade effekterna i rum och tid [15] .
Interkosmos-25-satelliten ( AUOS-Z-AP-IK ) med en massa på 1300 kg skapades vid Yuzhnoye Design Bureau på AUOS -Z- plattformen . Satelliten hade ett system för gravitationsorientering och stabilisering i förhållande till den lokala vertikalen, orientering och stabilisering längs banan utfördes av en svänghjulsenhet . Det enhetliga telemetrisystemet som ingår i AUOS-3-plattformen gav kontroll över både själva apparaten och de instrument som var installerade på den, inspelning och överföring av den insamlade vetenskapliga informationen [16] [1] .
Följande vetenskapliga instrument installerades ombord på Interkosmos-25 [17] :
Satellitens nyttolast inkluderade det tekniska stödsystemet STO-AP, som styr instrumentlägen, samlar in och förbearbetar data. STO-AP gjorde det möjligt att få information i en större volym och med bättre tidsupplösning än det enhetliga satellittelemetrisystemet. STO-AP-data överfördes huvudsakligen under realtidssessioner, uppspelning av inspelad data av STO-AP-systemet var möjlig i begränsad utsträckning och användes sporadiskt [1] [18] .
Satellitkontroll och datamottagning av det enhetliga telemetrisystemet utfördes från Flight Control Center för rymdfarkoster för vetenskapliga och nationella ekonomiska ändamål, beläget vid IKI RAS [19] . Data från det vetenskapliga instrumentunderhållssystemet STO-AP överfördes till mottagningspunkterna för IZMIRAN ( Troitsk , Apatity ), IKI RAS ( Tarusa ), Panska Ves Observatoryoch Neustrelitz . Samtidigt överlappade inte alltid satellitsynlighetszonerna från stationerna i det enhetliga telemetrisystemet och STO-AP-datamottagningsstationerna, vilket resulterade i att data från experiment kontrollerade genom det enhetliga telemetrisystemet kanske inte är tillgängliga via STO-AP. Dessutom visade sig STO-AP informationsöverföringskanalen vara starkt påverkad av den injicerade plasman, vilket orsakade förlusten av en del av den överförda datan. Som ett resultat var det vid vissa tillfällen omöjligt att få en fullständig uppsättning information från vetenskaplig utrustning och det var nödvändigt att leta efter kompromisser mellan olika instruments samtidiga driftsätt [18] .
Microsatellite "Magion-3" (S2-AP) som väger 52 kg skapades vid Geofysiska institutet Tjeckoslovakiska vetenskapsakademin . Apparaten var orienterad längs jordens magnetfält . För manövrering i omloppsbana användes ett framdrivningssystem , skapat i Yuzhnoye Design Bureau och som arbetade på komprimerad gas [20] . Flygkontrollen av Magion-3-satelliten och mottagningen av vetenskaplig information utfördes av det tjeckiska observatoriet Panska Ves[21] [22] .
Följande vetenskapliga instrument installerades ombord på Magion-3 [23] :
Under APEKS-projektets gång studerades för första gången möjligheten att använda modulerade laddade partikelstrålar som ostrukturerade strålningsantenner . Lågfrekvent strålning vid elektronstrålens huvudmodulationsfrekvens registrerades ombord på en subsatellit belägen på ett avstånd av flera tiotals kilometer från huvudfarkosten. Experiment utfördes för att studera kritisk joniseringunder insprutningen av en neutral gas i det nära jordens plasma [24] [25] . Möjligheten att injicera elektronstrålar från en satellit på höjder av 500–1000 km under förhållanden med okompenserad rymdfarkosts laddning och laddningskompensation genom xenonplasmaemission har studerats experimentellt. På Magion-3-subsatelliten gjordes för första gången fullskaliga observationer i det nära jordens utrymme av elektronstrålar som injicerades av huvudapparaten, acceleration av elektronskurar till energier på flera hundra kiloelektronvolt hittades [26] .
Under passiva studier av satelliterna i APECS-projektet studerades spridningen av störningar in i magnetosfären från lokala regioner av jonosfären, artificiellt uppvärmd av Horizon-stativet [27] . En studie gjordes av naturliga jonosfäriska fenomen - den ekvatoriala anomali [komm. 3] , det huvudsakliga jonosfäriska tråget [komm. 4] , plasmabubblor[komm. 5] . Nya typer av jonosfäriska dalar har upptäckts på medel- och höga breddgrader. För första gången under rymdexperimenten visades möjligheten för ballistisk vågpassage genom den jonosfäriska vågbarriären .[komm. 6] och föreslog en kvalitativ teori om detta fenomen. Nya typer av olinjära elektromagnetiska strukturer i jonosfären har upptäckts. Under loppet av marksatellitmätningar utvecklades metoder för satellitradiotomografi och lager-för-lager-profiler av jonosfären konstruerades i realtid [6] [15] .