APEX ( Experimento de plasma activo ) es un proyecto internacional para el estudio de la magnetosfera y la ionosfera de la Tierra , llevado a cabo en 1992-1999. El proyecto se implementó en el marco del programa Interkosmos como continuación y desarrollo del experimento Active realizado en 1989-1991 en el satélite Interkosmos-24 . El contenido principal del proyecto APEKS fueron los experimentos sobre el estudio del plasma cercano a la Tierra y la interacción magnetoesférica-ionosférica bajo la influencia de haces de iones y electrones inyectados desde la nave espacial Intercosmos-25 . Los efectos resultantes fueron registrados por el propio aparato y por el subsatélite Magion-3 , que se encontraba a una distancia controlada del satélite principal. Una parte importante del programa fue la investigación pasiva de los fenómenos naturales y antropogénicos en la magnetosfera y la ionosfera. La realización de mediciones desde dos naves espaciales equipadas con conjuntos de instrumentos similares permitió distinguir entre variaciones en los fenómenos estudiados que ocurren en el espacio y el tiempo. Organizaciones científicas de Rusia , Ucrania , República Checa , Polonia , Bulgaria , Alemania , Rumania , Hungría , Estados Unidos , Francia , India [1] [2] participaron en el proyecto APEKS .
Los ensayos nucleares atmosféricos y extraatmosféricos pueden considerarse los primeros experimentos activos en el espacio , durante los cuales también se llevó a cabo el estudio de los efectos que surgen en la ionosfera . Luego comenzaron los experimentos con aceleradores de partículas cargados instalados en cohetes geofísicos y naves espaciales . Posteriormente se comenzaron a realizar experimentos con la radiación de ondas electromagnéticas de varios rangos y el estudio de la ionización crítica.por inyección de un gas neutro. En todos estos experimentos, se producen efectos similares en el plasma cercano a la Tierra : su calentamiento, la aparición de campos y corrientes eléctricas , la aceleración de partículas, la aparición de ondas ELF-VLF y Alfven . En experimentos multisatélite se estudia el desarrollo de estos efectos en el espacio y el movimiento de partículas cargadas, inyectadas por un aparato y registradas por otro, a lo largo de las líneas del campo geomagnético [3] .
Otra dirección importante de los experimentos activos en el espacio es el control de las cargas eléctricas adquiridas por una nave espacial al interactuar con el plasma espacial y especialmente al atravesar cinturones de radiación . La formación de tales cargas puede tener un impacto significativo en la operación de la nave espacial, causar fallas en la operación de sus equipos y una degradación acelerada de las baterías solares [4] . Para proteger los vehículos espaciales de la influencia de las cargas eléctricas se utilizan tanto métodos pasivos, como el blindaje eléctrico y la ecualización del potencial eléctrico en la superficie del vehículo, como activos, que se basan en la descarga de una carga eléctrica desde el superficie del vehículo mediante la inyección de haces de electrones o iones [5] .
El proyecto preveía la continuación de los estudios del espacio cercano a la Tierra, iniciados en el experimento Active del satélite Interkosmos-24 . El proyecto comenzó con el nombre de "Active-2" y pasó a llamarse oficialmente "APEX" (Experimento de plasma activo) en 1990. El objetivo del proyecto era estudiar el impacto de los haces de plasma y electrones modulados y las ondas electromagnéticas generadas por ellos en la ionosfera y la magnetosfera de la Tierra. Durante los experimentos se estudiaron los campos eléctricos y las corrientes a través de las cuales se produce la interacción de la ionosfera y la magnetosfera, así como los flujos de partículas cargadas a lo largo de las líneas de fuerza del campo magnético terrestre . Estos campos y corrientes, que aumentan durante las tormentas magnéticas , generan auroras y ráfagas de ruido de radio que complican las comunicaciones por radio [1] . La investigación en el marco del proyecto APEKS tuvo lugar entre 1992 y 1999 en las naves espaciales Interkosmos-25 y Magion-3 . En los experimentos realizados se estudió la interacción de haces de electrones e iones generados con estructuras naturales en el plasma cercano a la Tierra, se indujeron artificialmente fenómenos similares a los naturales como las auroras, se simularon procesos físicos en el plasma que no son reproducibles en condiciones de laboratorio. Con la ayuda de instrumentos instalados en satélites, también se llevó a cabo el estudio pasivo de fenómenos en la ionosfera y la magnetosfera [6] [7] .
En el transcurso de los experimentos se estudió la radiación ondulatoria provocada por el haz de electrones modulado y los silbidos generados por él en las proximidades del inyector en funcionamiento y en la región del ecuador geomagnético. Auroras y emisiones de RF fueron simuladas e iniciadas en la región auroral [comm. 1] . Se estudiaron los procesos de adquisición de cargas eléctricas por vehículos espaciales y neutralización de estas cargas. Se llevó a cabo la excitación de ondas magnetohidrodinámicas y de baja frecuencia en la ionosfera mediante un haz de plasma modulado y la búsqueda de estructuras no lineales en el plasma ionosférico excitado. Se estudiaron las conexiones de ondas electromagnéticas en la ionosfera y magnetosfera y los procesos de conversión de energía en el sistema " viento solar - magnetosfera - ionosfera ". El programa de observaciones pasivas incluyó el estudio de los perfiles de plasma ionosférico en diversas condiciones, el mapeo de la ionosfera y el estudio de las cúspides polares [comm. 2] , el estudio de la emisión óptica y de radio en la región auroral [9] [10] [11] [12] .
Los satélites Interkosmos-25 y Magion-3 fueron lanzados el 18 de diciembre de 1991 por el cohete portador Cyclone-3 desde el Cosmódromo de Plesetsk en una órbita elíptica con un apogeo de 3080 km , un perigeo de 440 km , una inclinación de 82,5° y un período de circulación 122 min. Este fue el único lanzamiento soviético de satélites de investigación en 1991 [13] . El subsatélite Magion-3 se instaló en el satélite principal Interkosmos-25 y se separó de él 10 días después de su puesta en órbita. Durante el vuelo, "Magion-3" realizó maniobras orbitales, cambiando la distancia al satélite principal de cientos de metros a cientos de kilómetros y estando delante o detrás de él en el transcurso del vuelo [14] . El uso de dos dispositivos con conjuntos similares de instrumentos científicos y realizando mediciones simultáneamente hizo posible distinguir entre el desarrollo de los efectos observados en el espacio y el tiempo [15] .
El satélite Interkosmos-25 ( AUOS-Z-AP-IK ) con una masa de 1300 kg fue creado en Yuzhnoye Design Bureau en la plataforma AUOS-Z . El satélite disponía de un sistema de orientación y estabilización gravitacional con respecto a la vertical local, la orientación y estabilización a lo largo del rumbo se realizaba mediante una unidad de volante de inercia . El sistema de telemetría unificado incluido en la plataforma AUOS-3 proporcionaba control tanto del propio aparato como de los instrumentos instalados en él, registro y transmisión de la información científica recopilada [16] [1] .
Los siguientes instrumentos científicos se instalaron a bordo de Interkosmos-25 [17] :
La carga útil del satélite incluía el sistema de soporte técnico STO-AP, que controla los modos de los instrumentos, recopila y preprocesa los datos. STO-AP permitió obtener información en mayor volumen y con mejor resolución temporal que el sistema unificado de telemetría satelital. Los datos de STO-AP se transmitían principalmente durante sesiones en tiempo real, la reproducción de datos grabados por el sistema STO-AP era posible hasta cierto punto y se usaba esporádicamente [1] [18] .
El control satelital y la recepción de datos del sistema unificado de telemetría se realizaban desde el Centro de Control de Vuelo de naves espaciales con fines científicos y económicos nacionales, ubicado en el IKI RAS [19] . Los datos del sistema de mantenimiento de instrumentos científicos STO-AP se transmitieron a los puntos de recepción de IZMIRAN ( Troitsk , Apatity ), IKI RAS ( Tarusa ), Panska Ves Observatoryy Neustrelitz . Al mismo tiempo, las zonas de visibilidad satelital de las estaciones del sistema unificado de telemetría y las estaciones receptoras de datos STO-AP no siempre se superponían, por lo que los datos de los experimentos controlados a través del sistema unificado de telemetría podrían no estar disponibles a través de el STO-AP. Además, el canal de transmisión de información STO-AP resultó fuertemente influenciado por el plasma inyectado, lo que provocó la pérdida de parte de los datos transmitidos. Como resultado, en algunos momentos fue imposible obtener un conjunto completo de información del equipo científico y fue necesario buscar compromisos entre los modos de operación simultáneos de varios instrumentos [18] .
Microsatélite "Magion-3" (S2-AP) con un peso de 52 kg fue creado en el Instituto Geofísico Academia de Ciencias de Checoslovaquia . El aparato estaba orientado a lo largo del campo magnético de la Tierra . Para maniobrar en órbita, se utilizó un sistema de propulsión , creado en la Oficina de Diseño de Yuzhnoye y que funcionaba con gas comprimido [20] . El control de vuelo del satélite Magion-3 y la recepción de información científica estuvo a cargo del observatorio checo Panska Ves[21] [22] .
Los siguientes instrumentos científicos fueron instalados a bordo del Magion-3 [23] :
En el transcurso del proyecto APEKS se estudió por primera vez la posibilidad de utilizar haces de partículas moduladas cargadas como antenas radiantes no estructuradas . La radiación de baja frecuencia en la frecuencia de modulación principal del haz de electrones se registró a bordo de un subsatélite ubicado a una distancia de varias decenas de kilómetros de la nave espacial principal. Se llevaron a cabo experimentos para estudiar la ionización crítica .durante la inyección de un gas neutro en el plasma cercano a la Tierra [24] [25] . Se ha estudiado experimentalmente la posibilidad de inyección de haces de electrones desde un satélite a altitudes de 500 a 1000 km en condiciones de carga de la nave espacial no compensada y compensación de carga por emisión de plasma de xenón. En el subsatélite Magion-3, por primera vez, se realizaron observaciones a gran escala en el espacio cercano a la Tierra de haces de electrones inyectados por el aparato principal, se encontró una aceleración de los estallidos de electrones a energías de varios cientos de kiloelectronvoltios [26] .
En el curso de estudios pasivos en los satélites del proyecto APECS, se estudió la propagación de perturbaciones en la magnetosfera desde regiones locales de la ionosfera, calentadas artificialmente por la plataforma Horizon [27] . Se hizo un estudio de los fenómenos ionosféricos naturales - la anomalía ecuatorial [comm. 3] , la principal vaguada ionosférica [comm. 4] , burbujas de plasma[com. 5] . Se han descubierto nuevos tipos de canales ionosféricos en latitudes medias y altas. Por primera vez en el curso de experimentos espaciales, se demostró la posibilidad del paso de ondas balísticas a través de la barrera de ondas ionosféricas[com. 6] y propuso una teoría cualitativa de este fenómeno. Se han descubierto nuevos tipos de estructuras electromagnéticas no lineales en la ionosfera. En el curso de las mediciones de satélites terrestres, se desarrollaron métodos de tomografía de radio satelital y se construyeron perfiles capa por capa de la ionosfera en tiempo real [6] [15] .