Выбор языка |
Главная О КНТС Новости Программы Направления исследований Эксперименты Результаты Информационные ресурсы Приём заявок
Шифр эксперимента: Импульс (1 этап)
Направление НПИ: 2. Исследование Земли и космоса
Секция КНТС: 4. Солнечная система
Наименование эксперимента: Модификация ионосферы импульсными источниками плазмы
Цель эксперимента:

Исследование возмущений и модификаций ионосферы при инжекции с борта РС МКС импульсных плазменных потоков.

Описание эксперимента:

КЭ "Импульс (1 этап)" проводится в обеспечение получения данных об ионосферных возмущениях и источниках низкочастотных волн, формируемых в ионосфере при инжекции потоков плазмы с борта орбитальной стации (ОС), а также данных о влиянии искусственно-стимулированных неоднородностей ионосферы и искусственных плазменных образований (ИПО) на распространение высокочастотных и низкочастотных радиоволн.

Необходимость и актуальность контроля электрофизических параметров в приповерхностной зоне ОС при инжекции плазменных пучков была показана по результатам активного эксперимента «Ариэль», выполненного на борту ОС «МИР». На основе измерения электрофизических параметров были выявлены пространственные и временные закономерности распространения плазменного пучка при инжекции под различными углами к вектору скорости и направлению магнитного поля Земли, выявлен эффект ларморовского вращения частиц плазменного пучка и воздействия на поверхность станции с определенным временным сдвигом, относительно момента инжекции.

Планируется, что в результате работ по КЭ будут проведены:

• оценка влияния плазменных потоков на околообъектовую среду;

• оценка влияния плазменных выбросов на распространение электромагнитных волн;

• оценка пространственно-временных параметров искусственных возмущений ионосферы при инжекции потоков частиц и плазмы;

• оценка влияния плазменных выбросов и пучков электронов с ОС на высыпания частиц из радиационных поясов Земли;

• исследование эффективности генерации электромагнитных волн КНЧ, ОНЧ - диапазонов при помощи модулированного электронного инжектора;

• радиофизическая диагностика параметров ИПО и ионосферных неоднородностей, формируемых при работе инжекторов электронов и плазмы;

• разработка рекомендаций по методике проведения активных плазменно-волновых экспериментов и организации экспериментальных измерений на борту КА и на наземных измерительных пунктах;

• разработка рекомендаций по оптимизации наземной радиофизической диагностики искусственных возмущений ионосферы при проведении активных экспериментов в околоземном космическом пространстве.

Новизна эксперимента:

Для КЭ "Импульс (1 этап)" был подготовлен плазменный инжектор, позволяющий проводить инжекцию с большей частотой следования плазменных пучков, чем у во время КЭ “Ариэль”. Проведено дальнейшее совершенствование аппаратуры контроля электрофизических параметров, состав аппаратуры дополнен датчиком (системой) контроля вакуумного давления, позволяющей проводить сопоставительный анализ эффективности инжекции в зависимости от давления окружающей среды.

Научная аппаратура:

На борту СМ была установлена НА "ИПИ-СМ", в состав которой входили импульсный плазменный инжектор (модуль ИПИ-100), комплекс контроля электрофизических параметров (модуль ККЭП) и автономная система электрообогрева (АСЭО).

Модули по схемно-конструктивному исполнению автономны и функционируют независимо друг от друга. Электропитание и управление модулями производится с борта СМ по командам СУБА, циклограмма выдачи которых разрабатывается на Земле и передается на борт СМ с Земли в составе суточной программы МЦИ.

Модуль «ИПИ-100» НА «ИПИ-СМ» предназначен для формирования и инжекции в космическое пространство импульсных потоков плазмы со следующими параметрами плазмы на выходе из разрядного канала:

• среднемассовая скорость V=18±0,5 км/с;

• средняя скорость истечения ионов из разрядного канала ~30…40 км/с;

• угол разлета плазмы ?=20о±50;

• суммарное число частиц за импульс N=(5±1)х1018;

• степень ионизации плазмы ?=10%;

• периодичность инжекции плазменных сгустков 1,8±0.2 Гц;

• рабочее тело ускорителя - фторопласт-4 ((С2F4)n);

• длительность разрядного импульса ~10 мкс. Комплекс контроля электрофизических параметров (ККЭП) предназначен для исследования электрофизических параметров вблизи поверхности СМ. ККЭП обеспечивал измерение электрофизических параметров в следующих амплитудных и частотных диапазонах:

• амплитудный диапазон напряженности измеряемых электростатических полей: 0,5…6 кВ/м и 0,5…60 кВ/м;

• частотный диапазон измеряемых электростатических полей: 0,3…3 Гц;

• амплитудный диапазон напряженности переменных электрических полей: 0,1…1 кВ/м и 0,1…10 кВ/м;

• частотный диапазон измеряемых переменных электрических полей: 0,1…2 кГц; 2…20 кГц и 20…200 кГц по 100-герцовой огибающей измеряемого сигнала;

• амплитудный диапазон измеряемых токов натекания: (0,1…2)?10-8 А;

• частотный диапазон измеряемых токов натекания: 0…10 Гц.

Ожидаемые результаты:

В результате выполнения КЭ будут решены следующие задачи:

• регистрация и изучение электрофизических параметров вблизи поверхности СМ РС МКС в различных условиях полета МКС;

• изучение влияния импульсных плазменных потоков на электрофизические параметры среды вблизи поверхности РС МКС;

• изучение вариаций постоянной и переменной составляющих электрического поля вблизи поверхности РС МКС в зонах с аномальными параметрами ионосферы и магнитного поля Земли, в периоды активности Солнца; магнитного поля Земли и при повышении интенсивности высыпаний частиц из радиационных поясов Земли;

• изучение разрядных процессов на поверхности СМ;

• регистрация параметров ионосферы с борта РС МКС и изучение эффектов влияния импульсных потоков плазмы, инжектированных с борта РС МКС;

• регистрация и изучение пространственно - временных параметров искусственных возмущений ионосферы с помощью наземных измерительных средств;

• проведение радиолокационных наблюдений и изучение влияния искусственных возмущений ионосферы на распространение радиоволн в УКВ/КВ -диапазонах частот;

• регистрация наземными средствами низкочастотных широкополосных сигналов и излучений в период работы плазменных инжекторов;

• анализ сигналов и излучений электромагнитных волн КНЧ/ОНЧ – диапазонов, обусловленных работой плазменного инжектора, и изучение их распространения до земной поверхности;

• отработка методики контроля возмущений ионосферы с помощью анализа волноводного распространения ОНЧ-сигналов и излучений: проведение амплитудно-фазовых измерений сигналов наземных станций радионавигационных систем «Альфа» при инжекции плазменных потоков с борта РС МКС;

• изучение геофизических эффектов воздействия искусственных потоков плазмы на ионосферу и магнитосферу: высыпаний энергичных электронов и протонов из радиационных поясов Земли, формирование ионосферных неоднородностей и т.д. с помощью измерения сигналов навигационных систем и диагностических измерений на РС МКС.

Полученные результаты:

В сентябре 2009 г. была зафиксирована нештатная работа НА «ИПИ-СМ». По замечанию ГОГУ № 670 от 30.09.09 о нештатной работе НА «ИПИ-СМ» был проведен анализ причин сбоев в работе НА. По результатам анализа было выпущено Заключение № 70/27КСМ-074-09 с выводами о неработоспособности модуля ИПИ-100 и об отсутствии влияния произошедшего сбоя в его работе на бортовые системы и другие модули НА «ИПИ-СМ» - модуль ККЭП и модуль АСЭО.

Из-за отказа модуля ИПИ-100, произошедшего 28.09.2009 г., и на основании Заключения № 70/27КСМ-074-09 по замечанию ГОГУ № 670, КЭ «Импульс (1 этап)» был продолжен с использованием только модуля ККЭП.

Собранные данные измерений параметров электрического поля вблизи поверхности СМ РС МКС свидетельствуют о значительных вариациях напряженности постоянной и переменной составляющих электрического поля, зависящих от ориентации станции относительно вектора орбитальной скорости и свето-теневой обстановки. Зафиксированные возрастания (по модулю) значений электрических параметров на некоторых участках орбиты до зашкала ТМ-шкалы требуют специального исследования для выяснения источников таких вариаций.

В период работы модуля ИПИ-100 зафиксированы вариации напряженности электрических полей, связанные с изменением ориентации осей МКС относительно вектора орбитальной скорости и, соответственно относительно вектора набегающего потока окружающей РС МКС среды на поверхность РС МКС. Такой результат свидетельствует о том, что источником формирования электрического фона являются заряженные частицы ионосферы, квазинейтральность которых вблизи движущегося КА нарушается.

Сроки проведения:
Состояние эксперимента: Завершен
Организация постановщик: Учреждение Российской академии наук Институт земного магнетизма и распространения радиоволн имени Н.В. Пушкова РАН (ИЗМИРАН)
Организации участники: РКК "Энергия" , НИИПМЭ, ИКИ РАН, ФГУП НПО ИТ
Научный руководитель: Ружин Ю.Я., ИЗМИРАН, зам. директора, д.ф.-м.н.
Публикации по эксперименту:

1. Oraevsky V.N., Ruzhin Yu.Ya., Dokukin V.S., Morozov A.I. Dynamics of quasineutral plasma beams and the structure of the beam-induced disturbances in ionospheric plasma. Plasma Physics Reports, 2003, v.29, № 3, p.267-275.

2. Ружин Ю.Я., Иванов К.Г., Кузнецов В.Д., Петров В.Г. Контролируемая инжекция мощных радиоимпульсов в ионосферно- магнитосферную систему и появление микросуббурь 2 октября 2007 г. Геомагнетизм и аэрономия, 2009, т. 49, № 3, с.703-708.

3. Лисаков Ю.В., Лапшинова О.В., Яковлев В.Н. (ИКИ РАН, РКК «Энергия», НИИ ПМЭ) Исследование эффектов инжекции плазмы с борта орбитального комплекса «Мир». Тезисы доклада на конференции "Физика плазмы в солнечной системе", 16-20 февраля 2009 г, ИКИ РАН, программа ОФН-16.

Последнее обновление: 15.11.2017

Информационная справка

Программы

Изображения