APEX ( Active Plasma Experiment ) je mezinárodní projekt pro studium zemské magnetosféry a ionosféry , realizovaný v letech 1992-1999. Projekt byl realizován v rámci programu Interkosmos jako pokračování a rozvoj experimentu Active provedeného v letech 1989-1991 na družici Interkosmos-24 . Hlavní náplní projektu APEKS byly experimenty se studiem blízkozemního plazmatu a magnetosféricko-ionosférické interakce pod vlivem elektronových a iontových paprsků injektovaných ze sondy Intercosmos -25 . Výsledné efekty byly zaznamenány samotnou aparaturou a subsatelitem Magion-3 , který byl v kontrolované vzdálenosti od hlavního satelitu. Důležitou součástí programu byl pasivní výzkum přírodních a antropogenních jevů v magnetosféře a ionosféře. Provedení měření ze dvou kosmických lodí vybavených podobnými sadami přístrojů umožnilo rozlišit mezi variacemi studovaných jevů vyskytujících se v prostoru a čase. Na projektu APEKS se podílely vědecké organizace Ruska , Ukrajiny , České republiky , Polska , Bulharska , Německa , Rumunska , Maďarska , USA , Francie , Indie [1] [2] .
Atmosférické a mimoatmosférické jaderné testy lze považovat za první aktivní experimenty ve vesmíru , při nichž se také provádělo studium účinků vznikajících v ionosféře . Poté začaly experimenty s urychlovači nabitých částic instalovanými na geofyzikálních raketách a kosmických lodích . Později se začaly provádět experimenty se zářením elektromagnetických vln různého rozsahu a studium kritické ionizace .vstřikováním neutrálního plynu. Ve všech těchto experimentech dochází k podobným efektům v blízkozemském plazmatu : jeho zahřívání, vznik elektrických polí a proudů , zrychlení částic, vznik ELF-VLF a Alfvenových vln. V experimentech s více družicemi je studován vývoj těchto efektů ve vesmíru a pohyb nabitých částic, vstřikovaných jedním přístrojem a zaznamenaných jiným, podél siločar geomagnetického pole [3] .
Dalším důležitým směrem aktivních experimentů ve vesmíru je řízení elektrických nábojů získaných kosmickou lodí při interakci s vesmírným plazmatem a zejména při průchodu radiačními pásy . Vznik takových nábojů může mít významný vliv na provoz kosmické lodi, způsobit poruchy v provozu jejího zařízení a zrychlenou degradaci solárních baterií [4] . K ochraně vesmírných dopravních prostředků před vlivem elektrických nábojů se používají jak pasivní metody, jako je elektrické stínění a vyrovnání elektrického potenciálu na povrchu dopravního prostředku, tak aktivní, které jsou založeny na vybití elektrického náboje z povrchu vozidla pomocí vstřikování elektronových nebo iontových paprsků [5] .
Projekt předpokládal pokračování studií blízkozemského prostoru, započatých v rámci aktivního experimentu na družici Interkosmos-24 . Projekt začal pod názvem „Active-2“ a v roce 1990 byl oficiálně přejmenován na „APEX“ (Active Plasma Experiment). Cílem projektu bylo studovat vliv modulovaných elektronových a plazmových paprsků a jimi generovaných elektromagnetických vln na zemskou ionosféru a magnetosféru. Během experimentů byla studována elektrická pole a proudy , kterými dochází k interakci ionosféry a magnetosféry, a také toky nabitých částic po siločarách magnetického pole Země . Tato pole a proudy, které se zvětšují během magnetických bouří , generují polární záře a výbuchy rádiového šumu, které komplikují rádiovou komunikaci [1] . Výzkum v rámci projektu APEKS probíhal v letech 1992-1999 na kosmických lodích Interkosmos-25 a Magion-3 . V provedených experimentech byla studována interakce generovaných elektronových a iontových paprsků s přírodními strukturami v blízkozemském plazmatu, uměle byly vyvolány jevy podobné přírodním, např. polární záře, byly simulovány fyzikální procesy v plazmatu, které nejsou reprodukovatelné v laboratorních podmínkách. Pomocí přístrojů instalovaných na družicích bylo rovněž prováděno pasivní studium jevů v ionosféře a magnetosféře [6] [7] .
V průběhu experimentů bylo studováno vlnové záření vyvolané modulovaným elektronovým paprskem a jím generované whislery v blízkosti fungujícího injektoru a v oblasti geomagnetického rovníku. Polární záře a RF emise byly simulovány a iniciovány v polární oblasti [comm. 1] . Byly studovány procesy získávání elektrických nábojů kosmickými vozidly a neutralizace těchto nábojů. Bylo provedeno buzení magnetohydrodynamických a nízkofrekvenčních vln v ionosféře modulovaným paprskem plazmatu a hledání nelineárních struktur v excitovaném ionosférickém plazmatu. Byly studovány souvislosti elektromagnetických vln v ionosféře a magnetosféře a procesy přeměny energie v systému " sluneční vítr - magnetosféra - ionosféra ". Program pasivních pozorování zahrnoval studium profilů ionosférického plazmatu za různých podmínek, mapování ionosféry a studium polárních hrbolků [comm. 2] , studium optické a radiové emise v polární oblasti [9] [10] [11] [12] .
Družice Interkosmos-25 a Magion-3 byly vyneseny 18. prosince 1991 nosnou raketou Cyclone -3 z kosmodromu Plesetsk na eliptickou dráhu s apogeem 3080 km , perigeem 440 km , sklonem 82,5 ° resp. dobový oběh 122 min. Jednalo se o jediné sovětské vypuštění výzkumných satelitů v roce 1991 [13] . Sub-satelit Magion-3 byl instalován na hlavní družici Interkosmos-25 a oddělil se od ní 10 dní po vynesení na oběžnou dráhu. Během letu prováděl "Magion-3" orbitální manévry, kdy měnil vzdálenost k hlavnímu satelitu ze stovek metrů na stovky kilometrů a byl v průběhu letu vpředu nebo za ním [14] . Použití dvou zařízení s podobnými sadami vědeckých přístrojů a provádění měření současně umožnilo rozlišit vývoj pozorovaných efektů v prostoru a čase [15] .
Družice Interkosmos-25 ( AUOS-Z-AP-IK ) o hmotnosti 1300 kg byla vytvořena v Yuzhnoye Design Bureau na platformě AUOS-Z . Družice měla systém gravitační orientace a stabilizace vzhledem k místní vertikále, orientaci a stabilizaci podél kurzu prováděla setrvačníková jednotka . Jednotný telemetrický systém, který je součástí platformy AUOS-3, zajišťoval ovládání jak samotné aparatury, tak i na ní instalovaných přístrojů, záznam a přenos shromážděných vědeckých informací [16] [1] .
Na palubě Interkosmos-25 byly instalovány následující vědecké přístroje [17] :
Užitečné zatížení družice zahrnovalo systém technické podpory STO-AP, který řídí režimy přístrojů, sbírá a předzpracovává data. STO-AP umožnil získat informace ve větším objemu a s lepším časovým rozlišením než jednotný satelitní telemetrický systém. Data STO-AP byla přenášena především během relací v reálném čase, přehrávání zaznamenaných dat systémem STO-AP bylo možné v omezené míře a bylo využíváno sporadicky [1] [18] .
Satelitní řízení a příjem dat jednotného telemetrického systému byly prováděny z Centra řízení letů pro kosmické lodě pro vědecké a národohospodářské účely, umístěného na IKI RAS [19] . Data z vědeckého systému údržby přístrojů STO-AP byla přenášena do přijímacích bodů IZMIRAN ( Troitsk , Apatity ), IKI RAS ( Tarusa ), observatoře Panská Vesa Neustrelitz . Zároveň se zóny družicové viditelnosti ze stanic jednotného telemetrického systému a stanic příjmu dat STO-AP ne vždy překrývaly, v důsledku čehož by data experimentů řízených jednotným telemetrickým systémem nemusela být dostupná přes STO-AP. Navíc se ukázalo, že kanál přenosu informací STO-AP byl silně ovlivněn vstřikovanou plazmou, což způsobilo ztrátu části přenášených dat. Výsledkem bylo, že v některých okamžicích nebylo možné získat kompletní sadu informací z vědeckého vybavení a bylo nutné hledat kompromisy mezi současnými režimy činnosti různých přístrojů [18] .
Mikrosatelit "Magion-3" (S2-AP) o hmotnosti 52 kg byl vytvořen v Geofyzikálním ústavu Československá akademie věd . Zařízení bylo orientováno podél magnetického pole Země . Pro manévrování na oběžné dráze byl použit pohonný systém vytvořený v Yuzhnoye Design Bureau a pracující na stlačený plyn [20] . Řízení letu družice Magion-3 a příjem vědeckých informací prováděla česká observatoř Panská Ves .[21] [22] .
Na palubě Magion-3 byly instalovány následující vědecké přístroje [23] :
V průběhu projektu APEKS byla poprvé studována možnost využití modulovaných svazků nabitých částic jako nestrukturovaných vyzařovacích antén . Nízkofrekvenční záření na hlavní modulační frekvenci elektronového paprsku bylo zaznamenáno na palubě subdružice umístěné ve vzdálenosti několika desítek kilometrů od hlavní kosmické lodi. Byly provedeny experimenty ke studiu kritické ionizacepři vstřikování neutrálního plynu do blízkozemského plazmatu [24] [25] . Experimentálně byla studována možnost injektáže elektronových paprsků z družice ve výškách 500–1000 km za podmínek nekompenzovaného náboje kosmické lodi a kompenzace náboje emisí xenonového plazmatu. Na subsatelitu Magion-3 byla poprvé v blízkozemském prostoru provedena pozorování elektronových paprsků injektovaných hlavním aparátem v plném měřítku, bylo zjištěno zrychlení elektronových výbojů na energie několika stovek kiloelektronvoltů [26] .
V průběhu pasivních studií na družicích projektu APECS bylo studováno šíření poruch do magnetosféry z lokálních oblastí ionosféry, uměle vyhřívaných stojanem Horizon [27] . Byla provedena studie přírodních ionosférických jevů - rovníkové anomálie [comm. 3] , hlavní ionosférický žlab [comm. 4] , plazmové bubliny[comm. 5] . Ve středních a vysokých zeměpisných šířkách byly objeveny nové typy ionosférických koryt. Poprvé v průběhu vesmírných experimentů byla prokázána možnostprůchodu balistických vln ionosférickou vlnovou bariérou .[comm. 6] a navrhla kvalitativní teorii tohoto jevu. Byly objeveny nové typy nelineárních elektromagnetických struktur v ionosféře. V průběhu pozemních družicových měření byly vyvinuty metody družicové radiotomografie a konstruovány vrstevnaté profily ionosféry v reálném čase [6] [15] .