APEX ( Active Plasma Experiment ) este un proiect internațional pentru studiul magnetosferei și ionosferei Pământului , realizat în perioada 1992-1999. Proiectul a fost implementat în cadrul programului Interkosmos ca o continuare și dezvoltare a experimentului Active desfășurat în 1989-1991 pe satelitul Interkosmos-24 . Conținutul principal al proiectului APEKS au fost experimente privind studiul plasmei din apropierea Pământului și a interacțiunii magnetosferic-ionosferice sub influența fasciculelor de electroni și ioni injectate de la sonda spațială Intercosmos-25 . Efectele rezultate au fost înregistrate de aparatul însuși și de subsatelitul Magion-3 , care se afla la o distanță controlată de satelitul principal. O parte importantă a programului a fost cercetarea pasivă a fenomenelor naturale și antropice din magnetosferă și ionosferă. Efectuarea măsurătorilor de la două nave spațiale echipate cu seturi similare de instrumente a făcut posibilă distingerea între variațiile fenomenelor studiate care au loc în spațiu și timp. La proiectul APEKS au participat organizații științifice din Rusia , Ucraina , Republica Cehă , Polonia , Bulgaria , Germania , România , Ungaria , SUA , Franța , India [1] [2] .
Testele nucleare atmosferice și extraatmosferice pot fi considerate primele experimente active în spațiu , în cadrul cărora s-a efectuat și studiul efectelor care apar în ionosferă . Apoi au început experimentele cu acceleratoare de particule încărcate instalate pe rachete geofizice și pe nave spațiale . Mai târziu, au început să fie efectuate experimente cu radiația undelor electromagnetice de diferite game și studiul ionizării critice .prin injectarea unui gaz neutru. În toate aceste experimente, efecte similare apar în plasma din apropierea Pământului : încălzirea acesteia, apariția câmpurilor și curenților electrici , accelerarea particulelor, apariția undelor ELF-VLF și Alfven . În experimente multisateliți, se studiază dezvoltarea acestor efecte în spațiu și mișcarea particulelor încărcate, injectate de un aparat și înregistrate de altul, de-a lungul liniilor câmpului geomagnetic [3] .
O altă direcție importantă a experimentelor active în spațiu este controlul sarcinilor electrice dobândite de o navă spațială atunci când interacționează cu plasma spațială și mai ales când trece prin centuri de radiații . Formarea unor astfel de sarcini poate avea un impact semnificativ asupra funcționării navei spațiale, poate provoca defecțiuni în funcționarea echipamentelor sale și degradarea accelerată a bateriilor solare [4] . Pentru a proteja vehiculele spațiale de influența sarcinilor electrice, se folosesc atât metode pasive, cum ar fi ecranarea electrică și egalizarea potențialului electric pe suprafața vehiculului, cât și cele active, care se bazează pe descărcarea unei sarcini electrice din suprafața vehiculului folosind injecția de fascicule de electroni sau ioni [5] .
Proiectul a avut în vedere continuarea studiilor spațiului apropiat de Pământ, începute în experimentul Active pe satelitul Interkosmos-24 . Proiectul a început sub numele „Active-2” și a fost redenumit oficial „APEX” (Experimentul cu plasmă activă) în 1990. Scopul proiectului a fost de a studia impactul fasciculelor de electroni și plasmă modulate și al undelor electromagnetice generate de acestea asupra ionosferei și magnetosferei Pământului. În timpul experimentelor, au fost studiate câmpurile electrice și curenții prin care are loc interacțiunea ionosferei și magnetosferei, precum și fluxurile de particule încărcate de -a lungul liniilor de forță ale câmpului magnetic al Pământului . Aceste câmpuri și curenți, care cresc în timpul furtunilor magnetice , generează aurore și explozii de zgomot radio care complică comunicațiile radio [1] . Cercetările din cadrul proiectului APEKS au avut loc în 1992-1999 pe sondele spațiale Interkosmos-25 și Magion-3 . În experimentele efectuate s-a studiat interacțiunea fasciculelor de electroni și ioni generate cu structurile naturale din plasma din apropierea Pământului, au fost induse artificial fenomene asemănătoare cu cele naturale, precum aurorele, au fost simulate procese fizice în plasmă, care nu sunt reproductibile. în condiţii de laborator. Cu ajutorul instrumentelor instalate pe sateliți s-a realizat și studiul pasiv al fenomenelor din ionosferă și magnetosferă [6] [7] .
Pe parcursul experimentelor s-a studiat radiația de undă cauzată de fasciculul de electroni modulat și șuierăturile generate de acesta în vecinătatea injectorului de funcționare și în regiunea ecuatorului geomagnetic. Aurorele și emisiile RF au fost simulate și inițiate în regiunea aurorală [comm. 1] . Au fost studiate procesele de achiziție a sarcinilor electrice de către vehiculele spațiale și neutralizarea acestor sarcini. Au fost efectuate excitarea undelor magnetohidrodinamice și de joasă frecvență în ionosferă de către un fascicul de plasmă modulat și căutarea structurilor neliniare în plasma ionosferică excitată. Au fost studiate legăturile undelor electromagnetice din ionosferă și magnetosferă și procesele de conversie a energiei în sistemul „ vânt solar – magnetosferă – ionosferă ”. Programul de observații pasive a inclus studiul profilurilor de plasmă ionosferică în diferite condiții, cartografierea ionosferei și studiul cuspidurilor polare [comm. 2] , studiul emisiilor optice și radio în regiunea aurorală [9] [10] [11] [12] .
Sateliții Interkosmos-25 și Magion-3 au fost lansati pe 18 decembrie 1991 de racheta purtătoare Cyclone-3 de la Cosmodromul Plesetsk pe o orbită eliptică cu un apogeu de 3080 km , un perigeu de 440 km , o înclinare de 82,5 ° și o perioadă de circulație 122 min. Aceasta a fost singura lansare sovietică de sateliți de cercetare în 1991 [13] . Sub-satelitul Magion-3 a fost instalat pe satelitul principal Interkosmos-25 și separat de acesta la 10 zile după ce a fost pus pe orbită. În timpul zborului, „Magion-3” a efectuat manevre orbitale, modificând distanța până la satelitul principal de la sute de metri la sute de kilometri și fiind în fața sau în spatele acestuia în cursul zborului [14] . Utilizarea a două dispozitive cu seturi similare de instrumente științifice și efectuarea simultană a măsurătorilor a făcut posibilă distingerea între dezvoltarea efectelor observate în spațiu și timp [15] .
Satelitul Interkosmos-25 ( AUOS-Z-AP-IK ) cu o masă de 1300 kg a fost creat la Yuzhnoye Design Bureau pe platforma AUOS-Z . Satelitul avea un sistem de orientare gravitațională și stabilizare în raport cu verticala locală, orientarea și stabilizarea de-a lungul cursului a fost efectuată de o unitate volantă . Sistemul de telemetrie unificat inclus în platforma AUOS-3 asigura controlul atât asupra aparatului în sine, cât și asupra instrumentelor instalate pe acesta, înregistrarea și transmiterea informațiilor științifice colectate [16] [1] .
Următoarele instrumente științifice au fost instalate la bordul Interkosmos-25 [17] :
Sarcina utilă a satelitului a inclus sistemul de asistență tehnică STO-AP, care controlează modurile instrumentelor, colectează și preprocesează date. STO-AP a făcut posibilă obținerea de informații într-un volum mai mare și cu o rezoluție temporală mai bună decât sistemul unificat de telemetrie prin satelit. Datele STO-AP au fost transmise în principal în timpul sesiunilor în timp real, redarea datelor înregistrate de către sistemul STO-AP a fost posibilă într-o măsură limitată și a fost utilizată sporadic [1] [18] .
Controlul prin satelit și recepția de date a sistemului unificat de telemetrie au fost efectuate de la Centrul de control al zborului pentru nave spațiale în scop științific și economic național, situat la IKI RAS [19] . Datele din sistemul de întreținere a instrumentelor științifice STO-AP au fost transmise la punctele de primire ale IZMIRAN ( Troitsk , Apatity ), IKI RAS ( Tarusa ), Observatorul Panska Vesși Neustrelitz . În același timp, zonele de vizibilitate prin satelit de la stațiile sistemului unificat de telemetrie și stațiile de recepție a datelor STO-AP nu s-au suprapus întotdeauna, drept urmare datele experimentelor controlate prin sistemul unificat de telemetrie ar putea să nu fie disponibile prin intermediul STO-AP. În plus, canalul de transmitere a informațiilor STO-AP s-a dovedit a fi puternic influențat de plasma injectată, ceea ce a cauzat pierderea unei părți din datele transmise. Ca urmare, în unele momente a fost imposibil să se obțină un set complet de informații din echipamente științifice și a fost necesar să se caute compromisuri între modurile simultane de funcționare a diverselor instrumente [18] .
Microsatelitul „Magion-3” (S2-AP) cu o greutate de 52 kg a fost creat la Institutul de Geofizică Academia Cehoslovacă de Științe . Aparatul a fost orientat de-a lungul câmpului magnetic al Pământului . Pentru manevrarea pe orbită a fost folosit un sistem de propulsie , creat în Biroul de Proiectare Yuzhnoye și care funcționează pe gaz comprimat [20] . Controlul zborului satelitului Magion-3 și recepția informațiilor științifice au fost efectuate de observatorul ceh Panska Ves[21] [22] .
Următoarele instrumente științifice au fost instalate la bordul Magion-3 [23] :
În cadrul proiectului APEKS, a fost studiată pentru prima dată posibilitatea utilizării fasciculelor de particule încărcate modulate ca antene radiante nestructurate . Radiația de joasă frecvență la frecvența de modulație principală a fasciculului de electroni a fost înregistrată la bordul unui subsatelit situat la o distanță de câteva zeci de kilometri de nava spațială principală. Au fost efectuate experimente pentru a studia ionizarea criticăîn timpul injectării unui gaz neutru în plasma din apropierea Pământului [24] [25] . A fost studiată experimental posibilitatea injectării fasciculelor de electroni de la un satelit la altitudini de 500–1000 km în condiții de încărcare necompensată a navei spațiale și compensare a sarcinii prin emisia de plasmă de xenon. Pe subsatelitul Magion-3, pentru prima dată, s-au făcut observații la scară completă în spațiul apropiat al Pământului de fascicule de electroni injectate de aparatul principal, s-a constatat accelerarea exploziilor de electroni la energii de câteva sute de kiloelectronvolți [26] .
În cursul studiilor pasive pe sateliții proiectului APECS, a fost studiată propagarea perturbațiilor în magnetosferă din regiunile locale ale ionosferei, încălzite artificial de standul Horizon [27] . S-a făcut un studiu al fenomenelor ionosferice naturale - anomalia ecuatorială [comm. 3] , jgheabul ionosferic principal [comm. 4] , bule de plasmă[com. 5] . Au fost descoperite noi tipuri de jgheaburi ionosferice la latitudini medii și înalte. Pentru prima dată în cursul experimentelor spațiale, a fost demonstrată posibilitatea trecerii undelor balistice prin bariera undelor ionosferice[com. 6] și a propus o teorie calitativă a acestui fenomen. Au fost descoperite noi tipuri de structuri electromagnetice neliniare în ionosferă. În cursul măsurătorilor sol-sateliți, au fost dezvoltate metode de radiotomografie prin satelit și au fost construite profiluri strat cu strat ale ionosferei în timp real [6] [15] .