uzluga.ru
добавить свой файл
1



Активные эксперименты в космосе


Гдалевич Г.Л1., Михайлов Ю.М.2, Баранец Н.С.2, Клосс З.3

1Институт космических исследований РАН, ggdalevi@iki.rssi.ru

2Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн РАН

3Центр космических исследований ПАН


Активные эксперименты в космосе начались с ядерных взрывов в атмосфере. Затем начались эксперименты с ускорителями заряженных частиц. Несколько позже - с магнитными или электрическими антеннами волн различного диапазона. Почти одновременно с ними начались эксперименты по изучению Альвеновской ионизации при помощи напуска газа.

Несмотря на различные типы активных экспериментов, процессы в плазме очень похожи: нагрев плазмы, появление электрических полей и токов, ускорение частиц, возникновение КНЧ-ОНЧ и Альвеновских волн.

В докладе будет приведена краткая история всех типов активных экспериментов, а также показаны окончательные результаты их проведения.


Первый эксперимент с инжекцией электронов в магнитосферу был выполнен несколькими исследовательскими центрами под руководством В.Н.Хесса в январе 1969 г.

Экперимент В.Н.Хессса осуществлен на ракете «Аэроби», которая достигла высоты 270км. Ускоритель электронов был направлен вниз.

Он инжектировал вдоль силовой линии серию электронных импульсов длительностью до 1с. Максимальный ток 0,5 А, максимальная энергия-10 кэВ.

При подготовке эксперимента возникли опасения, что при инжекции мощного электронного пучка ракета может зарядиться до потенциала близкому к ускоряющему потенциалу ускорителя, и в дальнейшем может прекратиться поступление быстрых электронов в магнитосферу. Для компенсации заряда уносимого электронным пучком, ракета была снабжена алюминиевой фольгой площадью 300м2 После выхода ракеты за пределы плотных слоев атмосферы экран был развернут перпендикулярно силовым линиям и служил собирающей поверхностью.

Для тепловых электронов плазмы этот поток электронов мог компенсировать заряд быстрых электронов пучка.

Телевизионная аппаратура зарегистрировала светящие траектории электронных пучков, которые можно рассматривать. как искусственные сияния лучевой формы.

Четыре луча диаметром около 100м2 были зарегистрированы 2 станциями.

13 августа 1970г. группой Дж.Р. Винклера был проведен эксперимент, в котором электронный пучок инжектировался из Северного полушария в Южное вдоль силовой линии. Всего было инжектировано 3000 импульсов и регистрировались электроны, вернувшиеся после отражения в Южном полушарии от верхних слоев атмосферы. Длительность импульсов была 16мс. Энергия импульсов –около 45кэВ Основным результатом эксперимента следует считать прямое доказательство непрерывности силовой линии, расположенной достаточно далеко от поверхности Земли, и отсутствии значительных потерь энергии при прохождении пучком в магнитосфере расстояний в несколько тысяч километров. Отсек с измерительной аппаратурой, расположенный в головной части ракеты, отстреливался перед включением электронной пушки и в дальнейшем следовал по близкой траектории с основной части ракеты. Было обнаружено

излучение, возбуждаемое электронным пучком в интервале частот от 1-до 10МГц

В мае 1973г. под руководством Р.З.Сагдеева был проведен эксперимент «Зарница» Основная подготовительная работа и координация групп наблюдения осуществлялось лабораторией, руководимой И.А.Жулиным (ИЗМИРАН).Ускоритель электронов был поднят на ракете на высоту 160км.Ускоритель давал импульсы с длительностью в 1сек. с интервалом 1сек.

Ток электронов составлял 0,5 А,энергия-10кэВ.

С помощью телевизионной аппаратуры фотографировалось свечение, вызываемое электронными пучками в диапазоне высот 100-160км. Было отчетливо видно перемещение ограниченного в пространстве свечения , вытянутого вдоль силовой линии.

Было обнаружено радиоизлучение на частоте 44,5МГц. Получены также данные о рассеянии радиоволн. Важной технической деталью эксперимента «Зарница» отсутствие специальных приспособлений для снятия заряда, уносимого электронным пучком. Было показано, что компенсация заряда обеспечивается металлической поверхностью самой ракеты.

В 1975г. под руководством Р.З.Сагдеева был проведен Россиско-Французкий «Аракс» Ракета была оснащена ускорителем электронов и различной диагностической аппаратурой. Силовая линия связывает остров Кергелен с Северным полушарием, которая проходит через Архангельскую область В эксперименте участвовали лаборатории К.И Грингауза и Г.Г. Манагадзе .Из результатов эксперимента следует отметить, что:

во первых было зафиксировано полярное сияние; во вторых в первый раз было показано вблизи ракеты происходит нагрев плазмы, появляется электрическое поле, возникают КНЧ волны.

В 1986г.и 1988г. на американских ракетах были проведены эксперименты по исследованию Алфеновской ионизации. Большая литература посвящена исследованию эффектов, возникающих при выпуске газа. В целом можно сказать, что возникают электрическое поле и волны на нижней гибридной частоте и Алфеновские волны. Статьи продолжались появляться до 1999г.

Спутник «Интеркосмос-24» активный был запущен 28 сентября 1989г. на орбиту с апогеем 2500км., перигеем 500км.наклонием 82,50 и периодом орбиты 116 мин. На спутнике были установлены рамочная магнитная антенна и антенна электрического генератора. Кроме того был предусмотрен напуск нейтрального газа (ксенона).

Активные эксперименты вызвали нагрев ионосферной плазмы и способствовали возникновению квазистатических полей, ускорению частиц и возбуждению УНЧ-КНЧ волн.

Возбуждение ОНЧ –волн в окрестности спутника на р-1000км. в паузе между импульсами ОНЧ-генератора является результатом взаимодействия ОНЧ-волн, излучаемых генератором, с электронами и ионами внешнего радиационного пояса. При этом ОНЧ-волны частично подпитываются за счет энергии ионов и электронов радиационных поясов

Спутник « Интеркосмос-25»АПЭКС был выведен на орбиту 18 декабря 1991г. На спутнике был установлен ускоритель электронов и ионов, а также предусмотрен выпуск нейтрального газа (ксенона).В зависимости от моды ускорителя возникали разлиные неустойчивости и возбуждались МГД-волны или УНЧ-ОНЧ –волны.

Институт динамики ионосфер РАН совместно с американцами провели в 31.1.1997г. и 5.2.1997г. активные геофизические эксперименты «Флаксус-1»и Флаксус-2.

В обоих экспериментах геофизическая ракета МР-12 с плазменным генератором запускалась под углом порядка 700 к поверхности Земли в восточном направлении на высоте 140-150км. генератор отделялся от ракеты после его удаления на 100м происходила инжекция плазменной струи в направлении ракеты На борту ракеты был установлен диагностический комплекс, предназначенный для измерения параметров плазменной струи и окружающей среды Для интерпретации полученных экспериментальных данных были привлечены результаты трехмерного МГД моделирования. В результате было получено вытеснение магнитного поля на 0,28 Гс и появление электрического поля ускоряющего ионы.

Активный геофизический эксперимент «North Star»был проведен в ночной авроральной .ионосфере 22.01.1999г. на полигоне Покер Флэт ( Аляска,США) с использованием американской ракеты Black Brant Х11, на борту которой находились взрывные генераторы плазмы. Отделяемые модули с научной аппаратурой располагались на расстояниях от 170 до 1595м от источника плазмы. В эксперименте было проведено 2 инжекции алюминиевой плазмы на высотах 360 км и

280 км.