Задачи и методика активных экспериментов

Общие замечания

Основной задачей активных экспериментов является исследование обратных связей в магнитосферных циклотронных мазерах с помощью контролируемого воздействия.

Специфика проекта РЕЗОНАНС, связанная с длительным нахождением одного или двух спутников в одной и той же заданной силовой трубке магнитного поля, сопряженной с наземным стендом, позволяет планировать принципиально новые активные эксперименты с использованием обратной связи между спутниками и наземным пунктом. В частности, информация об имеющихся в трубке естественных процессов и о результатах воздействия, передаваемая со спутника на Землю, может быть использована для управления фазой и амплитудой воздействия.

Преимущества длительного пребывания спутника в одной силовой трубке связаны с относительной слабостью искусственных воздействий и необходимостью накопления эффекта на нескольких (многих) периодах естественных осцилляций. Характерные величины этих периодов представлены в табл. 1.

		электроны ~ 30 кэВ	ионы ~ 100 кэВ
"лампа обратной волны"	TЛОВ	~ 10 мс	~ 1 с
баунс-осцилляции частиц	Tb	~ 1 с	~ 30 с
осцилляции пакетов волн	Tg	~ 3 с	~ 100 с
релаксационные колебания радиационных поясов	TR ~ (TJ / n)1/2	~ 10-100 с	~ 1000 с
автоколебания радиационных поясов	TA ~ TJ	~ 10-500 с	~ 3000 с

Таблица 1: Характерные времена периодических и квазипериодических процессов в магнитосферных циклотронных мазерах

Здесь T_J - характерное время накопления энергичных частиц под действием источника (например, для источника, обусловленного дрейфом энергетичных частиц в область неустойчивости с размером l_^, T_J ~ l_^ /v_^, где v_^ - скорость дрейфа), n - декремент затухания волн:

(R - эффективный коэффициент отражения волн).

 

Физические явления - объекты воздействия  

1. релаксационные колебания и автоколебания электронных радиационных поясов
2. дискретные гидромагнитные колебания ("жемчужины" Pc 1)
3. дискретные свистовые излучения (триггерные излучения)

Методы активного воздействия  

1. Модификация ионосферы (ВЧ нагрев). Этот метод может быть использован для следующих воздействий:
1. изменение коэффициента отражения волн R
2. возбуждение волн в магнитосфере модулированным ионосферным током
2. возбуждение волн в магнитосфере плазменной антенной в ионосфере (активный плазменный шнур). Этим экспериментам посвящен специальный раздел отчета.
3. Напуск нейтрального газа в силовую трубку. Эти эксперименты представляются наиболее трудно реализуемыми, поскольку характерное время заполнения силовой трубки плазмой, образующейся при ионизации нейтрального газа, сопоставимо с пребыванием спутника в трубке. Однако они представляют несомненный интерес, поэтому их не следует упускать из виду при окончательной проработке проекта.

Физические механизмы активного воздействия  

1. Изменение параметров колебательных режимов циклотронного мазера (раскачка/остановка колебаний)
2. Включение неустойчивости
1. модуляция коэффициента отражения волн
2. изменение условий циклотронного резонанса в магнитосфере (напуск нейтрального газа)