Воздействие ВЧ-излучения мощного бортового передатчика на ионосферную плазму : По данным ИСЗ КОСМОС-1809 Баранец, Николай Владимирович

Введение к работе

Актуальность работы - '-

Вопросы взаимодействия электромагнитных волн с плазмой при-надлеаат к числу наиболее активно разрабатываемых проблем современно физики. Интерес к ним диктуется разнообразными приложениями, связанными как с высокочастотным (ВЧ), так й с очень низкочастотным (ОНЧЗ нагревом плазмы в условиях ионосферы Земли, со стимулированными высыпаниями энергичных частиц, распространением радиоволн и т.д.. Эксперименты по активному воздействии па ионосферную плазму ыоаныы электромагнитным излучением наземных передатчиков (нагревных стендов) начались еде в семидесятые годы на станциях Плэтвилл (штат Колорадо) и Аресибо (Пуэрто-Рико). Мсп-ность этих передатчиков способна была доставлять * 10 мхВт/и* энергни в F-слой ионосферы. Воздействие ВЧ-моэдостя приводило к возбуждении параметрических неустоЯчивостеЯ в плазме, генерация иадтепловых электронов, к образование волокоп с повышешюй электронной кот?ц,еігграциой, вытянутых вдоль силовых линий магнитного поля Земли в повышению электронной температуры на несколько сот градусов.

Новые воэмокностп в изучении этих явлений появились в связи с использованием передатчиков, установленных на борту ИСЗ (Аяу-этт-2, ИСИС-1 а-2, Интеркосыос-19, Косыос-1809). Это дало уникальную возможность проводить активные космические эксперименты в лабораторном стиле. Основной целью настоящей работы явилось заученно воздействия 84-%ілучення днпольной антенны аа ионосферную плазму по данный спутаїка Косиос-180^.

ОоЧехтоы исследования была так называемые стаыуяироваинко всплески- заряаетгаых частиц, зарегистрированные дотектораия в околоспутанковоа области после ввода ВЧ-иовдоста а окрухавчув плаэыу. Интерес вызывают как механизмы ускореткя электронов, так а длительность существования возиуцениих потоков электронов.

Б методическом плано при этой необходимо было осуцостпить слодуюгчзо:

а) провести цикл наземных испытаний п калнбровсх -aj=nr2 ai:r-паратурн. предназначенной для рег;:стрзц:пі э.-^т^з.-гз — :^:--

, - 2 -

кшс энергий (-4),01- 10 кэВ);

б) обеспечить проведение активного экспёрщЕлта с уыостзеи
коыплекса приборов: бортовая ионосферная станция ИС-338, спектро-
иетр эаряЕониьи частиц СФ-ЗМ, ишедансный зонд 113-2 и другая
вспоыогательная аппаратура;

в) разработать комплекс програми для обработки телеметричес
кой информации со спутника и проведения численних расчетоз для
определения входного импеданса дипсяыгай антешш н других харак
теристик нзлученля, а такгш для определения ориентации спутника в
магнитной поло Зоилн.

Цели к задачи работ»

1. Изучение иеханиэиов взаимодействия ВЧ-нзлучення с около-спу'ппл'.оБО,! плазмой на пиазценной и гирочастото электронов о . , и , ли гармониках, а таксе на верпіегибрндиой частоте Ыц...

2. Цэученио эавиенцости ускорения электронов на циклотронкой час; иге о or ориентации дипольної! антенны по отношении к liar-Hii'iduyy ноли Земли и от параметра q - ы* усГ .

3. Іісслслоьаіше вренеішоГі а пространственной авольциии as:op-ті. j'ii'ic-cKiiK спектров электронов в околоспупшкоьой областіа цасло

I;G-.,';;;f.C'[i:l(ji ІІШіуЛЬСа ВЧ~ИЗЯуЧЄНИЯ.

4. Исследование различных . иехаішзі:ов кагрева ионоефарноА
плніші: ВЧ-излученкеїі дшюлыюи антенны и их ролі; в развитии плаз-
ііаніїой турбулентности в околоспутиикоьоа сбасти.

Н іучнііл павиана работы

їіііорьце обнаружено взаимодействие олектроииык потоко;., :і<і іщмиішкак гпрочастоти электронов п-и Сп - 1,2,3,4,5) с dmizuuu попои антешш СШі-ідадаїш) при продольной ориентации дшюльной антенны к нагшгшоцу поло Земли. Обнаружено ускорение электронов но продольное к иагшп'ноиу пояс составлявшей скорости электронов е результате циклотронного механизма ьзаішодс-йствия обикиоьзнпой 0-иоди нрн коли! и квапипипервчном угле ео распространения

ОЇ!іи.:НТОЛЫЮ Гс:СіІ.?.'іГНЦ-1 ного поля.

\\].'М;іі}і(!Н(і іфаіяи-пііе зависииосіиС расчо'їно;; ік-лкчгінп ьіодііого иііііс.іімі.:а днп.-ільної! антенна 2_у и возкуіаоїших патокой ионов or чап'наи ионии накачклі ш /Рл (для случая to .>u 3. Возмущения по-токов цоіісь набледаш<:>і в широкой полосе частот о„<и . Оонаруш-

на корреляция максииуыа воэыуценных потоков ионов с точкой резонанса антенны, т.е. с частотной областью, для которой справедливо 1ш Zy й 0. На энергетическом спектре возмукения потоков конов в области ыаксимуца наблюдается в диапазоне энергии от *5 эБ (начало регистрации) до ^100 э0 для всего диапазона питч-углов а .

Проведены измерения !і интерпретация возмущенных потоков заряженных частиц непосредственно после ввода ВЧ-мояности :$ скола-спутииковую плазму. Система счетчиков с высоким временном р-?р-п-шением (до 0,5 мс) позволила впервые провеет!! исследовамко «азвк-тия п околоспутннковой области плазменной турбулентности, парп-иетры которой "заданы" сторонник? ВЧ-полен. Были зарегистрировали интенсивные возмущения потоков элоктрочов з области частот и

и < Уи^а + и^ь для случая и > и . При это?.! на &:гэргк;<':с-С!'.1к спектра:-: потока- электронов (функции распределения) "аблпдалі.'Сл возмущения разные по форме и времени релаксанті. .

Научная и практическая значимость работы

Результаты проведенного эксперимента способствуя? более глубокому понимании процессов, происходящих з непосредстасннсД 6::::-зостн от спутника и могут быть использованы для псстрсеннг ^агностической модели взаимодействия ВЧ-иэлучення с охслоспутніхсовсЗ плазмой. Исследования взаимодействия электронных потоков с бл::з> ним полей антенны при ее продольной ориентации к магнитно;гу пело и торногения олоетронов при пролете через сильно турбулзнтлуп плазну представляю? самостоятельный интерес для физики коошічгс-ксЗ плазіш и могут «Петь важюе прикладное значение.

Личный вклад автора

Автор непосредственно участвовал в подготовки научного прибора СФ-ЗМ к работе в составе комплекса "Ионозспд-Э" и проведении всех видов испытания при наземной отработке. D коде работы научных приборов на борту спутника автор провел повторную калибровку ншіедансного зонда ИЗ-2 по результата» полученных ионогранм с по-ыощьп аппаратуры ИС-338, ввел в алгоритм определения электронной концентрации (прибор 113-25 данные о потенциале спутника р_а и электронной температуре плазмы Т₀ (прибор КМ-Ш, корректирующие измерение электронной концентрации п_о при малых плотностях. Автор является непосредственный'разработчиком алгоритмов к программ об-

работки данных. Им проведены анализ и физическая интерпретация полученных результатов.

Апробация работы

Материалы, приведенные в работе, обсуждались на научных семинарах ИЗМИР АН, Института Космических Исследований СИКЮ, Институте Обцей Физики СИОФАН), докладывались на 30-й Ассамблее COS-PAR, Гамбург. Германия, 1994г.

Публикации

По теме диссертации опубликовано и сдано в печать 10 работ.

Обьои работы

Работа состоит из введения, пяти глав, заключения и трех приложений, содержит 55 рисунков. Библиография включает 99 наименований.