авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 |

«Российская академия наук Польская академия наук Rosyjska Akademia Nauk Polska Akademia Nauk НАУЧНОЕ СОТРУДНИЧЕСТВО МЕЖДУ ...»

-- [ Страница 4 ] --

A. Krankowski Рис. 7. Вариации TEC (черная линия) и параметра ROT (красная линия) для пролетов 18 спутников GPS, наблюдавшихся над станциями CAS1 и MCM4 9 и 11 апреля 2001 года [Krankowski et. al., 2006b] Rys. 7. Zmiany TEC (czarna linia) oraz parametru ROT (czerwona linia) dla przelotw satelity 18 GPS, obserwowanego nad stacjami CAS1 i MCM4 w dniach 9 i 11 kwietnia 2001 r. [Krankowski et al., 2006b] ной сильных флуктуаций ТЕС могут struktury o zwikszonej zawartoci elek­ быть крупномасштабные структуры tronw, wystpujce w polarnej jonosfe­ (типа полярных патчей) с повышен­ rze. Podobne zmiany w polarnej jonosfe­ ной концентрацией электронов, пере­ rze byy obserwowane dla lipcowej burzy z мещающиеся из полярной ионосферы. 2004 roku. Szczegowe zestawienie fluk­ Аналогичные изменения в полярной tuacji TEC dla okresu midzy 21 a 28 lip­ ионосфере наблюдались во время бури ca 2004 roku dla wszystkich przelotw sa­ в июле 2004 года. На рис. 8 (см. с. 94) telitw GPS nad stacjami CAS. MCM4, представлены проявления флуктуаций DAV1, MAW1 oraz SYOG prezentuje ТЕС за период 21–28 июля 2004 года rys. 8 [Shagimuratov et al., 2006].

по всем пролетам спутников GPS над станциями CAS1, MCM4, DAV1, MAW1 и SYOG [Shagimuratov et al.

2006]. Для станций, расположенных на разных долготах, усиление интенсив­ ности ТЕС­флуктуаций наблюдается практически одновременно.

Пространственно­временное рас­ Dla stacji powyej 80 CGL (CAS1, пределение интенсивности ТЕС­ MCM4) silne fluktuacje Kompleksowe флуктуаций над станциями OHIG и zestawienie lokalizacji fazowych fluktuacji 8 Диагностика ионосферы Земли с использованием систем глобальной навигации Diagnostyka jonosfery przy uyciu obserwacji GNSS Рис. 8. Структура флуктуаций TEC в период 21–28 июля 2004 года для всех пролетов спут­ ников GPS над станциями CAS1, MCM4, DAV1, MAW1 и SYOG [Shagimuratov et al., 2008] Rys. 8. Kompleksowe zestawienie fluktuacji TEC dla okresu midzy 21 a 28 lipca 2004 r. dla wszyst­ kich przelotw satelitw GPS nad stacjami CAS1, MCM4, DAV1, MAW1 oraz SYOG [Shagimuratov et al., 2008] MCM4 для спокойного и возмущен­ TEC o rnej intensywnoci przedstawiaj ного дня в координатах геомагнитного rysunki 9. Wystpowanie tych rnoskalo­ местного времени и широты представ­ wych nieregularnoci zaprezentowane jest лено на рис. 9 (см. с. 95). Над поляр­ w funkcji lokalnego czasu geomagnetycz­ ными станциями (такими как MCM4) nego oraz szerokoci geomagnetycznej.

TEC­флуктуации различной интенсив­ Nad stacjami polarnymi (np. MCM4) fluk­ ности наблюдаются в любое время дня tuacje TEC o rnej skali s obserwowane и в различных геомагнитных условиях o kadej porze dnia i w kadych warunkach Руководители проекта: И. Шагимуратов;

А. Кранковский Kierownik projektu: I. Shagimuratov;

A. Krankowski Рис. 9. Положение флуктуаций TEC, полученных по данным GPS­наблюдений в коорди­ натах геомагнитного местного времени и широты над станциями OHIG и MCM4 для 26 и 31 марта 2001 года. Интенсивность флуктуаций TEC: в диапазоне ниже 0,3 TECU/мин — си­ ние крестики;

в диапазоне 0,3…0,5 TECU/мин — желтые квадраты;

выше 1,5 TECU/мин — красные треугольники [Shagimuratov et al., 2006] Rys. 9. Lokalizacja fluktuacji TEC otrzymanych z danych GPS jako funkcja lokalnego czasu geo­ magnetycznego oraz poprawionej szerokoci geomagnetycznej nad stacjami OHIG i MCM4 w dniu 26 i 31 marca 2001 r. Intensywno fluktuacji TEC: miedzy 0,3 TECU/min — krzye niebieski;

0,3…0,5 TECU/min — ty kwadrat;

powyej 1.5 TECU/min — czerwone trjkty [Shagimuratov et al., 2006] (как во время бури, так и в периоды geomagnetycznych (zarwno w czasie спокойной ионосферы). burz, jak te okresw spokojnej jonosfery).

Над среднеширотной станцией в Jednak, jak mona zaobserwowa na спокойный период флуктуации прак­ rysunku 9, w czasie wystpowania silnego тически отсутствуют, во время возму­ zaburzenia (31 marca 2001) nieregularno­ щений их интенсивность значительно ci rozwijaj si a do rednich szerokoci увеличивается. Из данных рис. 9 вид­ geomagnetycznych (stacja OHIG). Pod­ но, что во время сильного возмущения czas spokojnego stanu jonosfery, w dniu (31 марта 2001 года) интенсивность 26 marca 2001 roku, intensywno fluktu­ флуктуаций возрастает и на среднеши­ acji TEC nad stacj O’Higgins bya nie­ ротной станции OHIG [Shagimuratov wielka [Shagimuratov et al., 2006].

et al., 2006].

Динамика средне­ и крупномас­ Dynamika redio­ i wielko­skalowych штабных флуктуаций для спокойного и flukatuacji w okresie zaburzonej i spokojnej возмущенного периодов приведена на jonosfery pokazany na rys. 10.

рис. 10 (см. с. 96).

8 Диагностика ионосферы Земли с использованием систем глобальной навигации Diagnostyka jonosfery przy uyciu obserwacji GNSS Рис. 10. Динамика средне­ и крупномасштабных флуктуаций для спокойного и возмущен­ ного периодов [Shagimuratov et al., 2011] Rys. 10. Dynamika redio­ i wielko­skalowych flukatuacji w okresie zaburzonej i spokojnej jonosfery [Shagimuratov et al., 2011] Научно­методические вопросы про­ Rosyjscy i polscy badacze opublikowa­ екта «Диагностика ионосферы Земли li szereg prac i zaprezentowali kilkadzisiat с использованием систем глобальной referatw na midzynarodowych konferen­ навигации» российские и польские cjach naukowych.

ученые представили в ряде совместных публикаций и докладов на междуна­ родных конференциях.

ЛИТЕРАТУРА BIBLIOGRAFIA Krankowski A., Shagimuratov I. I. (2006) Impact of TEC fluctuations in the Antarctic ionosphere on GPS positioning accuracy// Artificial Satellites. 2006. V. 41. N. 1. P. 43–56.

Krankowski A., Shagimuratov I. I., Zakharenkova I. E. (2006a) Response of the ionosphere to the Baltic Sea earthquake of 21 September 2004 // Acta Geophysica. 2006. V. 54. N. 1. Р. 90–101.

Krankowski A., Shagimuratov I. I., Baran L. W., Epishov I. I., Tepenitzyna N. J. (2006b) The Occur­ rence of Polar Cap Patches in TEC Fluctuation Using GPS Measurements // Advances in Space Research. 2006. V. 38. N. 11. P. 2601–2609.

Krankowski A., Shagimuratov I. I., Baran L. W. (2007a) Mapping of foF2 over Europe based on GPS­ derived TEC data //Advances in Space Research. 2007. V. 39. P. 651–660.

Krankowski A., Shagimuratov I. I., Baran L. W., Yakimova G. A. (2007b) The structure of the mid­ and high­latitude ionosphere during the November 2004 storm event obtained from GPS obser­ vations // Acta Geophysica. 2007. V. 55. N. 4. P. 490–508.

Krankowski A., Shagimuratov I. I., Baran L. W., Yakimova G. A. (2008) The occurrence of total solar eclipse on October 3, 2005 in TEC over Europe // Advances in Space Research. 2008. V. 41.

N. 4. P. 628–638.

Krankowski A., Shagimuratov I. I., Ephishov I. I., Krypiak­Gregorczyk A., Yakimova G. (2009) The oc­ currence of the mid­latitude ionospheric trough in GPS­TEC measurements // Advances in Space Research. 2009. V. 43. N. 11. P. 1721–1731.

Krankowski A. Zakharenkova I., Krypiak­Gregorczyk A., Shagimuratov I. I., Wielgosz P. (2011) Iono­ spheric Electron Density Observed by FORMOSAT­3/COSMIC over European Region // J.

Geodesy. 2011 (after review, accepted).

Shagimuratov I. I., Efishov I., Krankowski A., Ruzhin Y., Tepenitsyna N. (2006) Occurrence of phase fluctuations of GPS signals in Antarctic ionosphere during severe November 2004 storm // Proc. 18th Intern. Wroclaw Symp. and Exhibition on Electromagnetic Compatibility. Wro­ claw, Poland, 28–30 June 2006. P. 31–35.

Руководители проекта: И. Шагимуратов;

А. Кранковский Kierownik projektu: I. Shagimuratov;

A. Krankowski Shagimuratov I. I., Krankowski A., Efishov I. I., Zakharenkova I. E., Tepenitsyna N. Yu. (2008) Influ­ ence of polar ionosphere on transionospheric propagation of GPS signals // Proc. 19th Intern.

Wroclaw Symp. and Exhibition on Electromagnetic Compatibility. Wroclaw, Poland, June 11–13 2008.

Shagimuratov I. I., Krankowski A., Ephishov I., Cherniak Yu., Wielgosz P., Zakharenkova I. (2011) High latitude TEC fluctuations and irregularity oval during geomagnetic storms // Earth, Planets and Space (EPS). 2011 (after review, accepted).

Zakharenkova I. E., Krankowski A., Shagimuratov I. I. (2006a) Modification of the low­latitude iono­ sphere before the 26 December 2004 Indonesian earthquake // Natural Hazards and Earth System Sciences. 2006. V. 6. P. 817–823.

Zakharenkova I. E., Shagimuratov I. I., Krankowski A., Lagovsky A. F. (2006b) Ionospheric precursors observed during the Mediterranean region earthquakes // Proc. 18th Intern. Wroclaw Sympo­ sium and Exhibition on Electromagnetic Compatibility. Wroclaw, Poland, 28–30 June 2006.

P. 86–90.

Zakharenkova I. E., Shagimuratov I. I., Krankowski A., Lagovsky A. F. (2007a) Precursory phenomena observed in the total electron content measurements before great Hokkaido earthquake of September 25, 2003 (M = 8.3) // Studia Geophysica et Geodaetica. Netherlands: Springer, 2007. V. 51. N. 2. P. 267–278.

Zakharenkova I. E., Shagimuratov I. I., Krankowski A. (2007b) Features of the ionosphere behavior before the Kythira 2006 earthquake // Acta Geophysica. 2007. V. 55. N. 4. P. 524–534.

Zakharenkova I. E., Shagimuratov I. I., Tepenitzina N. Yu., Krankowski A. (2008) Anomalous modifi­ cation of the ionospheric total electron content prior to the 26 September 2005 Peru earth­ quake // J. Atmospheric and Solar­Terrestrial Physics. 2008. V. 70. N. 15. P. 1919–1928.

Project «GPS diagnostic of the ionosphere» is realized in framework joint interacademic Russian­ Polish projects in sphere of the fundamental space research. The project is implemented by scientific teams from WD IZMIRAN (Kaliningrad, Russia) and UWM (Olsztyn, Poland). In the course of the project it was carried out nvestigations of the ionosphere structure and dynamics by using sev­ eral methods for radiophysical diagnostics of the ionosphere – vertical ionosphere sounding, GPS/ GLONAS transionospheric signal propagation, radiooccultation. It was developed the complex of methods, algorithms and programs to restore the spatial­temporal distribution of total electron con­ tent (TEC) by using the GPS receivers. It was carried out the analysis and interpretation of the iono­ sphere parameters variations during disturbances of various origin and intensity (geomagnetic storms, solar flares, solar eclipses, earthquakes). It was investigated the ionospheric fluctuation dynamics in the Arctic and Antarctic regions as well as at midlatitudes during strong geomagnetic storms. It was estimated by radiophysical data the seismo­ionospheric effects.

9 ИНЖЕКЦИЯ INIEKCJA Руководитель проекта Kierownik projektu с российской стороны: ze strony Rosji:

Ю. МИХАЙЛОВ Y. MIKHAILOV Руководитель проекта Kierownik projektu с польской стороны: ze strony Polski:

З. КЛОС Z. KOS Проект является продолжением и разви­ Projekt jest kontynuacj ale i rozwiniciem тием совместных исследований россий­ wsplnych bada rosyjskich i polskich naukow­ ских и польских специалистов, начатых cw, ktre rozpoczto na satelitach „Interco­ на спутниках «Интеркосмос­15, ­19, ­24 и smos­15, ­19, ­24 i ­25” oraz „Kosmos­1809” ­25» и «Космос­1809», и посвящён анали­ i odnosi si do analizy niestabilnoci w plamie зу неустойчивостей в космической плазме, kosmicznej, powodowanych iniekcj w nieza­ вызванных инжекцией в невозмущённую burzon plazm niemodulowanych i modulo­ плазму немодулированных и модулирован­ wanych wizek elektronw i jonw z rnymi ных пучков электронов и ионов различных energiami. Badano zaburzenia parametrw энергий. В работе содержатся результаты plazmy wzbudzane falami w pamie ELF­VLF анализа данных, полученных на спутнике oraz Wcz a take, czasy ycia i skale przestrzen­ «Интеркосмос­25» в проекте АПЭКС. Ис­ ne tych zjawisk. W pracy przedstawiono wyniki следуются эффекты возникновения КНЧ­ analizy danych otrzymanych z satelitw Inter­ ОНЧ­волн, возбуждаемых одновременно с cosmos­25 w projekcie APEX. Badano efek­ началом работы ускорителя ионов Xe, а так­, ty pojawiania si fal ELF­ VLF wzbudzanych же эффекты, наблюдаемые по окончании jednoczenie z pocztkiem pracy akceleratora работы ускорителя, которые интерпретиру­ jonw Xe,a take efekty obserwowane po za­ ются как эхо­сигналы. Последние рассма­ koczeniu pracy akceleratora, ktre zinterpre­ триваются как результат распространения towano jako echo­sygnay. Echo rozpatrywano альвеновских волн вдоль силовой линии je jako wynik propagacji fal Alfvena wzdu linii магнитного поля до высот ионосферы и об­ si pola magnetycznego do wysokoci jonosfery ратно. Оценки времени задержки возму­ i ich odbicia. Ocena czasu opnienia zaburze­ щений совпадают с экспериментальными nia jest zgodna z danymi eksperymentalnymi.

данными. Рассматриваются также эффекты Rozpatrzono take efekty dwu­strumieniowej двухлучевой нестабильности в качестве ис­ niestabilnoci jako rda wzbudzania obserwo­ точника возбуждения наблюдаемых сигна­ wanych sygnaw.

лов.

EFEKTY WZBUDZANIA ЭФФЕКТЫ ВОЗБУЖДЕНИЯ FAL ELF-VLF КНЧ-ОНЧ-ВОЛН Projekt oparty by o iniekcj wiz­ Основу проекта составляли пучки ki elektronw i jonw z pokadu satelity.

ионов и электронов, инжектируемые с W projekcie wykorzystano konfiguracje борта спутника «Интеркосмос­25», за­ satelita – sub­satelita co pozwolio ba­ пущенного 18 декабря 1991 года в рам­ da, w pierwszej kolejnoci, przestrzenne ках проекта АПЭКС. Описание спут­ struktury zjawisk. Parametry orbity sateli­ ника приведено в работе [Kramer, 1993].

ty: apogeum 3080 km, perygeum 440 km, Была применена система спутник — nachylenie 82,5° [Kramer, 1993]. Wpusz­ субспутник, что позволяло изучать, в czanym gazem by Xe i 70 % gazu byo zjo­ первую очередь, пространственную nizowane. Kierunek iniekcji by przeciwny структуру явлений. Параметры орбиты:

do ruchu satelity i pod ktem 45° wzgldem апогей — 3080 км, перигей — 440 км, linii si pola magnetycznego Ziemi. Wyniki наклонение — 82,5°. В качестве ин­ eksperymentu uzyskane dla orbity 767­ej жектируемого газа использовался Хе, satelity przedstawia Rys.1. Na rysunku od причем на 70 % газ был ионизирован.

dou ku grze s przedstawione: prd dzia­ Направление инжекции было выбрано Руководители проекта: Ю. Михайлов;

З. Клос Kierownik projektu: Y. Mikhailov;

Z. Kos Рис. 1. Магнитная компонента B КНЧ­ОНЧ­излучений, регистрировавшихся с помощью системы дискретных фильтров, частоты которых приведены справа, ток J инжекции Xe­ пушки, температура электронов Te и плотность ионов ni Rys. 1. Skadowa magnetyczna B emisji ULF­VLF, rejestrowana systemem filtrw dyskretnych cze­ stoci ktrych wartoci zaznaczone s na prawej stronie rysunku, prd iniekcji J dziaa Xe, tempera­ tura elektronw Te i gsto jonw ni 9 Инжекция Iniekcja противоположным вектору скорости a ksenonowego, zaburzenie temperatury спутника, под углом 45° к магнитному elektronw i gstoci jonw w plamie, a полю Земли. Результаты эксперимента take spektralne skadowe magnetyczne на 767­м витке спутника представлены Bx­szumw ELF­VLF rejestrowane w oko­ на рис. 1 (см. с. 99). На рисунке снизу licy dziaa. Jak wida z rys. 1 impulsom вверх приведены: ток ксеноновой пуш­ prdu dziaa towarzysz rozbyski szumw ки, возмущения температуры электро­ w pamie VLF jak i zaburzenia Te i ni. Jed­ нов и концентрации ионов в плазме, noczenie z tymi rozbyskami wystpuj а также спектральные компоненты take rozbyski, w czasie ktrych prd dzia­ КНЧ­ОНЧ­шумов (Bх­составляющая) a zanika. Te rozbyski, wedug naszej opi­ в относительных единицах, регистри­ nii, pojawiaj si na skutek efektu „echa”.

руемые в окрестности пушки. Как вид­ но из данных рис. 1, импульсам тока пушки соответствуют всплески КНЧ­ ОНЧ­волн, а также возмущения Тe и ni.

Однако наряду с этими всплесками от­ мечаются и такие, во время которых ток инжекции отсутствует. Эти всплески возникают, по нашему мнению, вслед­ ствие эффекта «эхо».

На рис. 2 приведено распределение Charakterystyka obserwowanych widm интенсивности всплесков по спектру. ELF­VLF w czasie iniekcji i w modzie Как видно на рис. 2, всплески во время „echa” rni si co wyranie wida na инжекции имеют тенденцию группи­ rys. 2. Na tym rysunku przedstawiono roz­ роваться ближе к ОНЧ­диапазону, в то kad intensywnoci rozbyskw w zaleno­ время как «эхо»­всплески группируют­ ci od widma. Jak wida na rys. 2, rozbyski ся в КНЧ­области. Частотой, на кото­ w czasie iniekcji maja tendencj grupowa­ рой разделяются эти две области, яв­ nia si bliej zakresu VLF natomiast w sy­ ляется гирочастота ионов. Измерения tuacji „echa” rozbyski grupuj si w czci ионного состава на спутнике «Интер­ ELF widma. Czstoci rozdzielajc te космос­25» отсутствовали, и эту вели­ dwa obszary okazuje si by czstotliwo чину можно оценить лишь приближён­ cyklotronowa jonw. Pomiar skadu jono­ но. Естественно связать «эхо»­эффекты wego na tym satelicie nie byy prowadzone, Рис. 2. Зависимость В­компоненты от ча­ стоты в относительных единицах Rys. 2. Zaleno skadowej В od czstotliwo­ ci w jednostkach wzgldnych Руководители проекта: Ю. Михайлов;

З. Клос Kierownik projektu: Y. Mikhailov;

Z. Kos с альвеновскими волнами. Можно dlatego jej warto mona okreli jedynie предположить, что альвеновская волна w przyblieniu. Naturalnym jest aby efekt возникает во время второго импульса „echo” wiza z falami alfvena. Mona инжекции. Это подтверждается маг­ przyj, e fala alfvena powstaje w czasie нитограммой для Вх­компонеты поля, drugiego impulsu iniekcji. To potwierdza полученной с помощью магнитометра magnetogram Bx pokazany w [Mikhailov на второй гармонике, предназначенно­ et al., 2000]. Na tym magnetogramie wy­ го для регистрации медленных измере­ ranie s widoczne dwie fale z okresem ний поля [Mikhailov et al., 2000]. На этой 60 s. Fala rozprzestrzenia si w najbardziej магнитограмме отчётливо выражены rozcigajc si cze linii pola magnetycz­ две волны с периодом 50 с. Далее вол­ nego a wektor normalny fali K jest rwno­ на распространяется по наиболее про­ legy do wektora pola magnetycznego В.

тяженному участку силовой линии, при этом вектор волновой нормали K па­ раллелен вектору В.

Поясним это следующими оцен­ Wyjanimy to nastpujcymi oszaco­ ками. Дисперсионное уравнение для waniami. Rwnanie dyspersyjne dla fal МГД­волны записывается в следую­ MHD zapisuje si jako = K B 4, щем виде: = K B 4, где — кру­ gdzie — czsto koowa fali — gsto говая частота волны;

— плотность orodka. Prdko grupowa fali jest okre­ среды. Групповая скорость волны lona formu V pg = K. Z rwnania определяется формулой Vгр = K. dyspersyjnego wynika, e V pg = B 4.

Из дисперсионного уравнения следует Dla fali gdzie К//В, formua dla Vгр Vгр = B 4. Для волны, у которой upraszcza si V pg = B 4. Kolejno wy­ вектор K параллелен В, формула для liczana jest wielko gstoci i indukcji pola Vгр упрощается: Vгр = B 4. Далее wzdu linii si. Pokazujemy, e indukcja вычисляется величина плотности и w grnej czci linii si jest rzdu 10nTl, a индукции поля вдоль силовой линии. gsto ca. 100 cm–3. Uwzgldniajc zmia­ Укажем, что индукция в вершине си­ ny parametrw В i wzdu linii si pola ловой линии ~10 нT, а плотность около mona oceni redni prdko fali MHD 100 см–3. Учитывая изменение параме­ na 5·108 cm·s–1. Cakowita dugo we­ тров В и вдоль силовой линии, можно wntrz S dla fali skada si z drogi do jo­ оценить среднюю скорость МГД­волны nosfery przy L = 5.5 i drogi po odbiciu od как 5·108 см·с–1. Общая длина траек­ jonosfery przy L = 6.0. Ta dugos drogi to тории волны складывается из пути до 143·103 km [Ружин, Захарова, 1991]. Czas ионосферы при L = 5,5 и пути после opnienia to 28 s. co pokrywa si z czasem отражения от ионосферы при L = 6,0. wynkajcym z pomiarw przedstawionych Эта длина оценивается как 143·103 км na rys. 1.

[Ружин, Захарова, 1991]. Время задерж­ ки примерно 28 с, что совпадает со вре­ менем, значение которого вытекает из результатов, представленных на рис. 1.

ВОЗМУЩЕНИЯ КВАЗИПОСТОЯННЫХ ZABURZENIA QUASI-STACJONARNEGO ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО И МАГНИТНОГО POLA ELEKTRYCZNEGO ПОЛЕЙ I MAGNETYCZNEGO На рис. 3 (см. с. 102) представлены Na rys. 3 przedstawiono zaburzenia pola компоненты возмущения электриче­ elektrycznego Ex (0,1…2 Hz) i quasi sta­ ского Exz (0,1…2 Гц) и магнитного Bxy cjonarnego pola magnetycznego Bxy, a 9 Инжекция Iniekcja Рис. 3. Возмущения компонент квазипостоянного магнитного Bxy и электрического поля Exz (0,1…2 Гц), ОНЧ­спектры электрического и магнитного полей е1, f, b1, f в диапазоне 8…969 Гц (10 фиксированных частот), потенциал корпуса спутника Px и телеметрия актив­ ного цикла работы инжекторов на спутнике «Интеркосмос­25»

Rys. 3. Zaburzenia skadowych quasi­stacjonarnego pola magnetycznego Bxy i pola elektrycznego Exz (0.1…2 Hz), widma VLF pl elektrycznego i magnetycznego: е1, f, b1, f w zakresie (8…969 Hz, dla 10 ustalonych czstoci), potencja elektryczny korpusu satelity i telemetria aktywnego cyklu pracy inektorw na satelicie „Intercosmos­25” полей, а также ОНЧ­спектры электри­ take widma VLF elektrycznych i magne­ ческой и магнитной составляющих е1, f tycznych skadowych е1, f i b1, f w zakresie и b1, f в диапазоне 8…969 Гц. На том же (8…969 Hz). Na tym rysunku przestawio­ рисунке приводятся осциллограммы no rwnie oscylogramy potencjau elek­ потенциала корпуса и токов инжекции, trycznego korpusu satelity i prdw iniek­ включающих электронную и ионную cji [Баранец и др., 2007]. Analizowany компоненты [Баранец и др., 2007]. Ана­ reim pracy inektorw by realizowany лизируемый режим работы инжекторов na wybranych orbitach satelity „Inter­ применялся на спутнике «Интеркос­ cosmos­25”. Te reimy pozwoliy bada мос­25» на некоторых из витков. Эти wzajemne oddziaywanie dwch wizek w режимы позволяют изучать взаимо­ plazmie kosmicznej. Iniekcja wizki elek­ действие двух пучков в космической tronowej skonie do strumienia jonw daje плазме. Инжекция электронного пуч­ wyrana struktur czasowo­przestrzenn ка сквозь ионный имеет чётко выра­ [Баранец и др., 2007].

женную пространственно­временную структуру [Баранец и др., 2007].

Руководители проекта: Ю. Михайлов;

З. Клос Kierownik projektu: Y. Mikhailov;

Z. Kos ВЫСОКОЧАСТОТНЫЕ ПОЛЯ POLA WCZ В работе [Баранец и др., 2007] пред­ W pracy [Баранец и др., 2007] przed­., ставлены результаты исследований на stawiono wyniki uzyskane na satelicie спутнике «Магион­3», где наблюдалась „Magion­3” gdzie badano iniekcj wizki инжекция электронного и ионного пуч­ elektronw i jonw w jednym kierunku — ков в одном направлении вертикально pionowo od powierzchni Ziemi. Pomie­ от поверхности Земли. Измеренные rzone pola Wcz. mona wyjani rozwojem ВЧ­поля могут быть объяснены разви­ plazmowo — wizkowej niestabilnoci dla тием плазменно­пучковой неустойчи­ iniekcji gorcych elektronw w zimna pla­ вости при инжекции потока разогретых zm jonosfery [Баранец и др., 2000;

Klos, электронов в холодную ионосферную 1995;

Klos, Zaliznyak, 1999].

плазму [Баранец и др., 2000;

Klos, 1995;

Klos, Zaliznyak, 1999].

ЛИТЕРАТУРА BIBLIOGRAPHY Баранец Н. В., Ружин Ю. Я., Афонин В. В., Ораевский В. Н., Пулинец С. А., Докукин В. С., Михай лов Ю. М., Соболев Я. П., Жузгов Л. Н., Прутенский И. С. (2000) Квазипоперечная к гео­ магнитному полю инжекция электронных пучков по данным спутника «Интеркос­ мос­25»: проект АПЭКС // Космична наука и технология. 2000. Т. 6. № 516. С. 49–62.

Баранец Н. В., Соболев Я. П., Чобану М., Войта Я., Шмилауэр Я., Клос З., Роткель Х., Кирага А., Кудела К., Матишин Я., Афонин В. В., Рябов Б. С., Исаев Н. В. (2007) Развитие пучковой неустойчивости при инжекции слабоэнергичного электронного пучка в ионосфер­ ную плазму // Физика плазмы. 2007. Т. 33. № 12. С. 1086–1106.

Ружин Ю. Я., Захарова О. К. (1991) Магнитная сопряжённость как предмет исследований ме­ тодом активных экспериментов: Препринт ИЗМИРАН. М.: ИЗМИРАН, 1991. № (970). 28 с.

Klos Z. (1995) Plasma waves observed in neutral gas release and plasma injection experiments in the ionosphere. The Solar Wind — Magnetosphere system 2 // Proc. Intern. Workshop. Held, Graz, Sept. 27–29. 1995. P. 283–295.

Klos Z., Zaliznyak Yu. (1999) On the possible mechanism of HF waves generation during APEX active plasma beam injection // J. Technical Physics. 1999. V. 40. Special Iss. 2. P. 155–162.

Kramer H. ()1993 Observation of the Earth and its Environment Survey of Missions and Sensors.

German Remote Sensing Data Center, 1993. P. 474.

Mikhailov Yu. M., Oraevski V. N., Sobolev Ya. P., Dokoukin V. S., Kapustina O. V., Shibaev I. G., Afo nin V. V. (2000) Waves generating in vicinity of Xenon plasma gun in the APEX­experiment // Physics and Chemistry of the Earth. Pt. C. 2000. V. 25. N. 1–2. P. 67–70.

The project is continuation and development of the cooperative research of Russian and polish scien­ tists, based on measuring on Intercosmos­15, ­19, ­24 and ­25 satellites and dedicated to instability analysis of nonmodulated and modulated electron­ion beams in cosmic plasma. The report contains the results of analysis performed on the data from Intercosmos­25 satellite of project APEX. The ex­ citation of ELF­VLF­signals related to the injection of Xe­ions beam at the beginning as well as after the end of this event is described in details. The observed signals in the period after injection are inter­ preted as echo signals which appear in result of Alfven wave propagation along the magnetic field line of force to the ionosphere altitudes and back. The estimated time of delay is agreed with experimental data. It is also considered the effect of two beams instability as a source of observed signal excitation.

10 ПВО — ПЛАЗМЕННО- 10 PWO — RODOWISKO ВОЛНОВАЯ PLAZMOWO ОБСТАНОВКА FALOWE Руководитель проекта Kierownik projektu с российской стороны: ze strony Rosji:

С. КЛИМОВ S. KLIMOW Руководитель проекта Kierownik projektu с польской стороны: ze strony Polski:

Х. РОТХЕЛЬ H. ROTHKAEHL Проект ПВО (Плазменно­волновая обста­ Projekt PWO (rodowisko plazmowo­fa­ новка) — исследования плазменно­волно­ lowe) — Badania plazmowo­falowych procesw вых процессов в совместном российско­ we wsplnym Rosyjsko­Polskim eksperymencie польском эксперименте на Международной na Midzynarodowej Stacji Kosmicznej. Pro­ космической станции. Проект проводится jekt jest realizowany w ramach planu wsplnych в рамках Плана совместных межакадеми­ projektw badawczych Akademii Nauk Rosji i ческих российско­польских проектов в об­ Polski, w dziedzinie podstawowych Bada Ko­ ласти фундаментальных космических ис­ smicznych.

следований.

Projekt PWO jest czci skadow Eks­ Проект ПВО — составная часть кос­ perymentu Kosmicznego OBSTANOW­ мического эксперимента (КЭ) ОБСТА­ KA, etap, 1­szy (rodowisko etap 1szy), НОВКА, 1­й этап, запланированного zaplanowanego do realizacji w roku для реализации в 2011 году на борту na pokadzie Rosyjskiego Segmentu Mi­ Российского сегмента Международной dzynarodowej Stacji Kosmicznej (MSK).

космической станции (РС МКС). Кос­ OBSTANOWKA jest midzynarodowym мический эксперимент является меж­ projektem z udziaem Wielkiej Brytanii, дународным проектом с участием учё­ Bugarii, Wgier, Polski, Rosji, Ukrainy i ных и специалистов Англии, Болгарии, Szwecji, w ramach “Dugofalowego pro­ Венгрии, Польши, России, Украины и gramu bada naukowych­stosowanych i Швеции в рамках «Долгосрочной про­ eksperymentw, planowanych na Rosyj­ граммы научно­прикладных исследо­ skim Segmencie MSK.” (wersja z r. 2008), ваний и экспериментов, планируемых ktry jest czci skadow Rosyjskiego Fe­ на Российском сегменте МКС» (Версия deralnego Programu Kosmicznego.

2008 года) как часть Российской феде­ Zesp badawczy z Centrum Bada ральной космической программы.

Kosmicznych PAN zaprojektowa i zreali­ Специалисты ЦКИ ПАН провели zowa autonomiczn, naziemn kalibra­ разработку, изготовление, наземные cje urzdzenia RFA (Analizator Czstoci автономные испытания радиочастот­ Radiowych). Ponadto szczeglnie naley ного анализатора (РЧА). Особенно сле­ podkreli innowacyjno i jako przepro­ дует отметить разработку в ЦКИ ПАН, wadzonych w CBK PAN testw mecha­ изготовление и испытания автоматиче­ nicznych i elektromagnetycznych anten:

ски раскрывающихся в космосе элек­ elektrycznej RFA­AE (trzy ortogonalne трической РЧА­АД (три ортогональных dipole) i magnetycznej RFA­AM (trzy or­ диполя) и магнитной РЧА­АМ (три ор­ togonalne ptle), rys. 1. Sensory te zapew­ тогональные рамки) антенн, обеспечи­ niaj kompleksowy pomiar strumienia i вающих измерение полного потока и kierunku fal elektromagnetycznych.

направления электромагнитной энер­ гии (рис. 1, см. с. 105).

Urzdzenia RFA jest zintegrowane z Прибор РЧА интегрирован в плаз­ Kompleksem Plazmowo­Falowym PWK менно­волновой комплекс (ПВК, widocznym na rys. 2.

рис. 2, см. с. 106).

Руководители проекта: С. Климов;

Х. Ротхель Kierownik projektu: S. Klimov;

H. Rothkaehl a b Рис. 1. Общий вид антенн РЧА: а — антенны в сложенном (зачекованном) положении;

магнитная антенна РЧА­АМ (слева), электрическая антенна РЧА­АД (справа);

b — антен­ ны в раскрытом состоянии. Магнитная антенна РЧА­АМ (вверху), электрическая антенна РЧА­АД (внизу) Rys. 1. Widok oglny anten RFA: а — anteny w pozycji zoonej: antena magnetyczna RFA­AM (z lewej) i Antena Elektryczna RFA­AE (z prawej);

b — anteny w pozycji rozoonej: antena magne­ tyczna RFA­AM (u gry) i antena elektryczna RFA­AM (poniej) Технологический образец РЧА (ТО PWK model technologiczny (EM), РЧА) в 2006–2009 годах в составе тех­ przeszed w latach 2006–2009 peen cykl нологического образца комплекса ПВК naziemnych testw wymaganych dla apa­ (ТО ПВК) прошел полный цикл назем­ ratury umieszczonej na rosyjskim segmen­ ных испытаний в соответствии с требо­ cie MKS. Testy te byy przeprowadzone ваниями, предъявляемыми к аппарату­ zarwno w IKI RAN( Instytut Bada ре, устанавливаемой на РС МКС. Эти Kosmicych RAN) jak i na zespolonej plat­ испытания проводились как в ИКИ formie dla Rosyjskiego Segmentu MSK w РАН, так и на комплексном стенде Koncernie Kosmicznym “Energia”. Model (КС) РС МКС в Ракетно­космической Technologiczny RFA w zestawie modelu корпорации «Энергия» им. С. П. Ко­ Technologicznego PWK przeszed testy ролева (РКК «Энергия»). Технологи­ bez zastrzee. Obecnie polscy i rosyjscy ческий образец РЧА в составе ТО ПВК specjalici opracowuj i analizuj dane, прошёл испытания на КС без замеча­ otrzymane w trakcie testw naziemnych.

ний. Польские и российские специ­ Taki sam cykl testw przejdzie te egzem­ алисты проводят обработку и анализ plarz lotny (FM) kompleksu PWK wraz z данных, полученных в ходе наземных odpowiednim egzemplarzem lotnym RFA.

испытаний. Такой же цикл испытаний Transport urzdzenia PWK na orbit jest пройдёт лётный образец ПВК и соот­ przewidziany na koniec roku 2011.

10 ПВО — Плазменно-волновая обстановка PWO — rodowisko plazmowo-falowe ветственно РЧА. Доставка ПВК на ор­ биту запланирована на конец 2011 года.

Участники данной работы из ИКИ W ramach Eksperymentu Kosmicznego РАН и ЦКИ ПАН осуществили в рам­ OBSTANOVKA etap 1­szy, jego uczestni­ ках подготовки космического экспе­ cy z IKI RAN oraz z CBK PAN opracowali римента ОБСТАНОВКА, 1­й этап ме­ program naukowy, metodologi i harmo­ тодическую и техническую разработку nogram pomiaru kompleksu PWK.

комплекса ПВК.

Методическая проработка основы­ Program naukowy zosta tak opracowa­ вается на том, что КЭ проводится в ин­ ny, aby odpowiedzie na zapotrzebowania тересах фундаментальных космических i pytania stawiane poprzez program pod­ исследований и носит поисковый ха­ stawowych problemw bada przestrze­ рактер, так как до сих пор практически ni kosmicznej a take aby uzupeni baz не известны спектральные и энерге­ danych pomiarowych w najbliszym oto­ тические характеристики электромаг­ czeniu Ziemi, dugofalow diagnostyk нитных полей в ионосфере (на высотах widmow i energetyczn pl elektroma­ 350…400 км). На этих высотах (слой F2 gnetycznych na wysokociach 350…400 km ионосферы) не было и нет отечествен­ warstwy F2. Naukowe cele eksperymentu ных долгоживущих космических аппа­ wymagaj, aby dynamicznie w czasie jego ратов (КА), кроме орбитальных стан­ trwania mona byo zmienia cykle pracy ций, с помощью которых можно было instrumentw. Wymaga to z kolei przesya­ бы осуществить комплексные исследо­ nia z Ziemi na orbit znacznych iloci zdal­ вания свойств околоземной плазмы. nych polece.

Рис. 2. Состав и размещение ПВК на РС МКС Rys. 2. Rozmieszczenie i skad kompleksu PWK na rosyjskim segmencie MSK Руководители проекта: С. Климов;

Х. Ротхель Kierownik projektu: S. Klimov;

H. Rothkaehl Методически важно, что орбиты Cele naukowe eksperymentu s impliko­ МКС проходят по ионосфере. Благо­ wane lokalizacj orbity Midzynarodowej даря относительно высокой, по срав­ Stacji Kosmicznej w jonosferze. Poniewa нению с другими областями около­ koncentracja plazmy jest tu wysoka w po­ земного космического пространства, rwnaniu z innymi obszarami przestrzeni концентрации плазмы, ионосфера яв­ okooziemskiej, jonosfera okazuje si by ляется важным интерфейсом в энер­ wanym ogniwem w acuchu energetycz­ гетическом процессе солнечно­магни­ nego oddziaywania Soce – Magnetos­ тосферно­атмосферных связей. fera – Atmosfera.

Определены основные цели КЭ ОБ­ Podstawowe cele Eksperymentu Ko­ СТАНОВКА, 1­й этап. smicznego OBSTANOWKA, etap 1­szy to:

1. Геофизические исследования, ко­ 1. Badania geofizyczne, zakadajce торые предполагают долгосрочные мо­ dugotrwae monitorowanie parametrw ниторинговые измерения параметров plazmy i procesw plazmowo­falowych w плазмы и плазменно­волновых процес­ jonosferze zwizanych z oddziaywaniami сов, связанных с проявлением в ионос­ w ukadzie: Soce – Magnetosfera – Jo­ фере солнечно­магнитосферно­ионос­ nosfera oraz Jonosfera – Atmosfera.

ферных и ионосферно­атмосферных связей.

Параметры ионосферной плазмы Zmienno parametrw promieniowa­ зависят от параметров солнечного из­ nia sonecznego oraz aktywnoci Soca лучения и активности Солнца (сол­ (wiatr soneczny, wyrzuty koronalne masy) нечный ветер, корональные выбросы znajduj odbicie w zaburzeniach pola ma­ массы и др.), отражающейся в возму­ gnetycznego Ziemi (burze­ i subburze щениях магнитного поля Земли (гео­ magnetyczne), w tym rwnie w waci­ магнитные бури и суббури), в том числе wociach plazmy jonosferycznej. Takie и в ионосфере. Эти возмущения гене­ zaburzenia pola magnetycznego generuj рируют электрические поля, что при­ pola elektryczne, co prowadzi z kolei do водит к крупномасштабной конвекции konwekcji jonosferycznej plazmy, niezwy­ плазмы в ионосфере. Плазма очень kle podatnej na rnego typu indykatory.

чувствительна к различного рода воз­ Reakcj plazmy na zaburzenia jest genera­ мущениям. Реакцией на возмущения cja promieniowania elektromagnetycznego является генерация широкого спектра w zakresie od uamkw Hz do dziesitkw электромагнитных излучений в диапа­ megahertzw (MHz).

зоне частот от долей герц до десятков мегагерц.

Получение новых данных об элек­ Uzyskanie nowych danych o elektro­ тромагнитных параметрах ионосфер­ magn etycznych parametrach plazmy ной плазмы необходимо для уточнения jonosferycznej jest niezbdne dla udo­ моделей ближнего космоса в той его skonalenia modeli bliskiej przestrzeni ko­ области, где, в частности, осуществля­ smicznej, a zwaszcza dla obszarw gdzie ются долгосрочные полеты с человеком przebiegaj dugotrwae loty zaogowe.

на борту. При длительных сроках функ­ Dugi czas funkcjonowania stacji orbital­ ционирования орбитальных станций nych (10…15 lat i wicej), umoliwia bada­ (10…15 лет и более), наряду с кратко­ nie nie tylko krtkotrwaych zaburze (jak временными возмущениями (суббури burze I subburze magnetyczne), ale take и магнитные бури), можно исследовать dugotrwaych zmian, np. tych zwizanych долговременные колебания геомагнит­ z 11 letnim cyklem aktywnoci sonecznej.

ных возмущений, например 11­летний цикл солнечной активности.

10 ПВО — Плазменно-волновая обстановка PWO — rodowisko plazmowo-falowe Важным направлением исследова­ Zrozumienie i prognozowanie para­ ний является изучение и предсказание metrw “Pogody Kosmicznej” staje si параметров «космической погоды», niezbdne dla orodkw zarzdzajcych которые необходимы для групп, управ­ prac urzdze satelitarnych, w celu za­ ляющих работой прикладных космиче­ bezpieczenia ich dugotrwaego i popraw­ ских аппаратов на орбите, с целью обе­ nego funkcjonowania. Przykadowo, nie спечения их долговременной активной wyklucza si e w przypadku prognozy o работы. Например, не исключено, что silnych magnetosferycznych zaburzeniach, при прогнозе сильных магнитосфер­ konieczne bdzie przeczenie niektrych ных возмущений некоторые КА необ­ urzdze pokadowych w tryb nieaktywny.

ходимо переводить в щадящий режим функционирования бортовой аппара­ туры.

2. Исследования в приповерхност­ 2. Badanie plazmowo­falowych oddzia­ ной зоне плазменно­волновых про­ ywa pomidzy super duym obiektem цессов взаимодействия сверхбольшого kosmicznym jakim jest Midzynarodowa КА, каким является МКС, с ионосфе­ Stacja Kosmiczna a jonosfer, jest nie­ рой (необходимых как для прикладных, zbdne tak z punktu widzenia geofizyki jak так и для фундаментальных геофизиче­ i dla potrzeb aplikacyjnych. Pola elektrycz­ ских исследований). Электрические и ne i magnetyczne oraz prdy wok satelity магнитные поля и токи у поверхности zale od parametrw otaczajcej plazmy КА определяются параметрами окру­ kosmicznej i od charakteru oddziaywania жающей космической плазмы и харак­ materiaw powierzchni satelity z otacza­ тером взаимодействия материалов, на­ jc plazm.

ходящихся на поверхности КА, с этой средой.

Проводимые на борту КА измерения Prowadzone na pokadzie satelity po­ позволяют проследить изменения этих miary pozwol zaobserwowa i zmierzy полей в полете в зависимости от пара­ te pola w zalenoci od ich lokalizacji w метров орбиты и характеристик окру­ przestrzeni okooziemskiej i od wasnoci жающей среды, которые определяются otaczajcego orodka, poddanemu rnego степенью внешних геофизических воз­ rodzaju zewntrznym zaburzeniom geofi­ мущений и их природой. Опыт прове­ zycznym. Dotychczasowe dowiadczenia z дения этих измерений свидетельствует podobnymi pomiarami pokazuj, e w wie­ о том, что в ряде случаев эти поля до­ lu przypadkach mierzone pola osigaj tak стигали значений, приводящих к вы­ due wartoci i mogce rozregulowa lub ходу из строя отдельных приборов и zniszczy niezalene urzdzenia. Podobne систем. Подобные измерения ранее pomiary byy ju prowadzone na stacji ko­ проводились на орбитальном комплек­ smicznej MIR.

се МИР.

Долговременный мониторинг пара­ Dugotrway monitoring parametrw метров ионосферы с борта орбитальных jonosfery i niektrych rejonw magne­ станций может оказать неоценимую tosfery z pokadu stacji orbitalnej moe помощь, во­первых, для потребителей by nieocenion pomoc dla tworzenia текущей информации о состоянии ио­ serwisw o stanie jonosfery (czno ra­ носферы (радиосвязь и навигация), а diowa i nawigacja) oraz dla bada zwiz­ также для исследователей солнечно­ kw Soce­Ziemia. Przewiduje si ci­ земных связей. Комплекс ПВК предна­ g prac kompleksu PWK, zwaszcza w значен для непрерывной работы, осо­ czasie rozbudowy MKS, jako e bdzie si бенно в процессе формирования МКС, wtedy zmienia sposb jej oddziaywania Руководители проекта: С. Климов;

Х. Ротхель Kierownik projektu: S. Klimov;

H. Rothkaehl так как при этом изменяется структура z plazmowymi i neutralnymi skadnikami взаимодействия МКС с окружающей otaczajcego orodka. Nieprzerwana pra­ средой, её нейтральной и плазменной ca jest te konieczna dla przeledzenia or­ компонентами. Непрерывная работа bitalnych, dobowych i sezonowych zmian ПВК необходима также для исследова­ tego procesu. Badanie procesw “Pogody ния орбитальных, суточных и сезонных Kosmicznej” jak i procesw meteorolo­ вариаций процессов взаимодействия. gicznych wymaga takich wanie cigych Для изучения процессов «космической obserwacji.

погоды», так же как и для метеорологи­ ческой погоды, требуются непрерыв­ ные наблюдения.

Назначение комплекса ПВК состоит Przeznaczenie kompleksu PWK pole­ в обеспечении физических измерений ga na zapewnieniu pomiarw fizycznych параметров тепловой плазмы, электри­ parametrw plazmy termicznej, pl elek­ ческих и магнитных полей, спектров trycznego i magnetycznego, widm nad­ надтепловых электронов, электромаг­ termicznych elektronw, diagnostyce fal нитных волн в ближней зоне (не далее elektromagnetycznych w strefie bliskiej 3 м от поверхности), а также вариаций (nie dalej ni 3 metry od powierzchni) oraz электрического потенциала МКС. zmian potencjau elektrycznego MSK.

С помощью РЧА проводятся измере­ Z pomoc RFA przeprowadza si po­ ния спектральной плотности: miary gstoci widmowej:

• электростатических плазменных • elektrostatycznych fal plazmowych oraz волн и электрической компоненты skadowej elektrycznej E promieniowa­ электромагнитных излучений E в nia elektromagnetycznego w zakresie диапазоне 0,1…15 МГц (три компо­ 0,1…15 MHz (trzy skadowe);

ненты) (рис. 3, см. с. 111);

• магнитной компоненты электро­ • skadowej magnetycznej H promienio­ магнитных излучений Н в диапазоне wania elektromagnetycznego w zakresie 0,1…15 МГц (три компоненты). 0,1…15 MHz (trzy skadowe).

На современном уровне исследова­ Na wspczesnym poziomie bada ний земной ионосферы существенно ziemskiej jonosfery, istotnie nowe wyniki новые результаты исследований могут bada mona osign przy jednoczesnych быть получены при одновременных pomiarach z kilku satelitw (wielowymiaro­ измерениях с нескольких КА (много­ we pomiary, grupy satelitw). Po pierwsze, мерные измерения, «связки» КА). Во­ daje to moliwo wiarygodnego rozdziele­ первых, это дает возможность досто­ nia przestrzennych i czasowych zmian przy верно различить пространственные и obserwacji dowolnego zjawiska, a po drugie временные вариации при исследова­ tylko tak mona zbada wzajemne oddzia­ ниях какого­либо явления, во­вторых, ywania wielkoskalowych struktur w jonos­ только так могут быть исследованы ferze i w magnetosferze. Przy tym, ju na динамические взаимодействия круп­ etapie przygotowania projektu konieczne номасштабных структур ионосферы jest wykonanie istotnych prac studialnych и магнитосферы. При этом на стадии na temat szczegowej analizy ksztatu подготовки проекта необходимо прове­ orbit i ich ewolucji w czasie. System wie­ дение существенной работы по форми­ lu satelitw moe by tak konfigurowany, рованию орбит — тщательный ситуа­ eby kady z indywidualnych satelitw, ционный анализ­прогноз. Система КА obok zada wsplnych, realizowa samo­ может быть конфигурирована таким dzielne zadania suce badaniu oddziel­ 10 ПВО — Плазменно-волновая обстановка PWO — rodowisko plazmowo-falowe Рис. 3. Примеры спектров электрической и магнитной компонент Rys. 3. Przykad z pomiarw z naziemnych testw образом, чтобы каждый КА, наряду с nych obszarw jonosfery i magnetosfery, a общими задачами, решал самостоя­ take by satelity w rnych konfiguracjach тельные задачи по изучению отдельных mogy uczestniczy w skoordynowanych областей ионосферы и магнитосферы, pomiarach z aparatami pracujcymi w in­ а также чтобы КА в различных сочета­ nych projektach. Ponadto, dla przeprowa­ ниях могли участвовать в координиро­ dzenia bezporednich pomiarw mona ванных прямых измерениях с аппара­ take wykorzysta satelity badawcze maj­ тами, работающими в других проектах. ce inne podstawowe zadania, na przykad Кроме того, для выполнения прямых obserwacje astrofizyczne lub automatyczne измерений возможно использование sondy midzyplanetarne. W zwizku z tym, исследовательских КА, имеющих дру­ przy realizacji eksperymentu kosmicznego гие основные цели, например, КА для OBSTANOWKA, etap 1­szy, uczestnicy астрофизических исследований или ав­ powinni uwzgldnia plany realizacji in­ томатические межпланетные станции. nych projektw w najbliszych latach, tak Поэтому при реализации КЭ ОБСТА­ rosyjskich (RELEC, RADIOASTRON, НОВКА, 1­й этап участники должны CZYBIS­M) jak i zagranicznych (CLU­ учитывать планы реализации и других STER, THEMIS, ASIM, TARANIS).

космических проектов в ближайшие Wraz z nie rosyjskimi uczestnikami ekspe­ годы, как в России (РЕЛЕК, РАДИО­ rymentu OBSTANOWKA etap 1­szy for­ АСТРОН, ЧИБИС­М и др.), так и за muowany jest program skoordynowanych рубежом (CLUSTER, THEMIS, ASIM, obserwacji naziemnych.

TARANIS). Совместно с иностран­ ).

ными участниками КЭ ОБСТАНОВ­ КА, 1­й этап формируется программа скоординированных наземных наблю­ дений.

Руководители проекта: С. Климов;

Х. Ротхель Kierownik projektu: S. Klimov;

H. Rothkaehl Данные прибора РЧА КЭ ОБСТА­ Dane pozyskane w radio­analizatora НОВКА, 1­й этап будут доступны про­ RFA w ramach eksperymentu OBSTA­ граммной платформе ULISSE. Проект NOVKA bdzie uzyska za pomoc plat­ ULISSE базируется на совокупности formy programowej programu ULISSE.

достижений и ресурсов с использова­ Projekt ULISSE ma na celu waloryzacje нием полезной нагрузки на МКС в до­ i eksploatacje danych pochodzcych z полнение к текущей научной деятель­ eksperymentw naukowych przeprowa­ ности. Новые инициативы направлены dzonych przede wszystkim na midzyna­ на повышение отдачи от научной кос­ rodowej stacji kosmicznej MKS, ale take мической деятельности. ULISSE будет podczas innych eksperymentw kosmicz­ повышать ценность научных данных nych. Dziki tej inicjatywie bdzie moliwe предыдущих и будущих космических wiksze zaangaowanie szerokiej spoecz­ экспериментов на МКС, а также дан­ noci naukowej w prace wykorzystujce re­ ных с других космических платформ. zultaty eksperymentw przeprowadzonych Это будет достигнуто расширением na MKS, a take przyczyni si do zwik­ участия научных кругов и улучшенной szenia wiadomoci spoeczestwa o stanie информированностью широкой обще­ najbliszego otoczenia Ziem, jak i o mo­ ственности. liwociach wykorzystania przestrzeni oko­ oziemskiej.

Основной задачей проекта ULISSE Podstawowymi celami projektu ULIS­ является получение максимума ин­ SE jest uzyskanie z maksimum informacji z формации по научным экспериментам, przeprowadzanych eksperymentw nauko­ проводимым на МКС. Для этой цели wych na MKS w tym celu przewiduje si предусматриваются следующие меро­ nastpujce dziaania:

приятия:

• создание мощной базы данных, обе­ • udostpnienie wydajnego i atwego do­ спечивающей эффективный и про­ stpu do opisu naukowego zgromadzo­ стой доступ к накопленным научным nych baz danych;

базам данных;

• wprowadzenie innowacyjnego procesu • внедрение инновационных методов zdobywania i opisywania rnego typu получения и описания гетерогенных danych za pomoc interaktywnego sys­ данных с использованием интерак­ temu wiedzy i wnioskowaniu o zacho­ тивной обучающей системы для по­ dzcych procesach;

нимания происходящих процессов;

• оpracowanie narzdzi softwarowych do • создание инструментов для архива­ archiwizacji, dostpu, wymiany danych ции, доступа, взаимодействия и об­ z rnorodnych Multi­dyscyplinarnych работки данных, полученных из раз­ baz rdowych, a take opracowanie личных источников;

jasne sposobu waloryzacji danych;

• мобилизация квалифицированных • zmobilizowanie najlepszych specjali­ специалистов для решения конкрет­ stw z poszczeglnych domen wiedzy do ных задач, для анализа и интерпрета­ wykonania analizy i interpretacji danych ции данных в разных научных обла­ w pojedynczych — Multi­dyscyplinar­ стях. nych Научно­методические вопросы КЭ Rosyjscy i polscy badacze przedstawili ОБСТАНОВКА, 1­й этап российские naukowo­ metodyczne zagadnienia Ekspe­ и польские ученые представили в ряде rymentu Kosmicznego OBSTANOWKA, совместных публикаций и докладов на etap 1­szy w szeregu wsplnych publikacji международных конференциях (http:// i wykadw na konferencjach midzynaro­ 10 ПВО — Плазменно-волновая обстановка PWO — rodowisko plazmowo-falowe Рис. 4. Веб­страница проекта ОБСТАНОВКА в базе данных ULISSE Rys. 4. Strona serwisowa projektu ULISSE dla projektu OBSTANOVKA www.iki.rssi.ru/obstanovka/eng/index. dowych (http://www.iki.rssi.ru/obstano­ htm) (рис. 4). vka/eng/index.htm) (rys. 4).

Серия работ по тематике «Спутнико­ Seria prac z tematyki “Satelitarne bada­ вые исследования по солнечно­земной nia w dziedzinie fizyki ukadu Soce­ Zie­ физике» была представлена в 2004 году mia” bya przedstawiona w 2004 roku do на соискание премий РАН и ПАН. nagrody PAN RAN.

ЛИТЕРАТУРА BIBLIOGRAFIA Juchniewicz J., Klimov S., Rothkaehl H., Stasiewicz K. (2004) The electromagnetic emissions related to the interactions between large object (ISS) and surrounding ionospheric plasma // Near­ Earth and Interplanetary Space Physics. 2004. P. 27–28.

Klimov S. I. et al. (1999) Research of the possibility to use MIR and International Space Station infrastructure for geophysical and antropogenic electromagnetic exploration // Geophysical Research Abstr. 1999. V. 1. N. 3. P. 633.

Klimov S. I. et al. (2002) INTERBALL­1 and MIR Orbital Station coordinated magnetic field and energetic particles measurements // Advances in Space Research. 2002. V. 30. N. 7. P. 1847– 1853.

Klimov S. I. et al. (2003a) The Plasma­Wave Complex of scientific instrumentation for wave and plas­ scientific ma parameters measurements in the frame of Russian Segment of ISS // ESA Space Weather Workshop: Developing a European Space Weather Service Network: Proc. SWENET. The Netherlands. 2003.

Klimov S. I. et al. (2003b) OBSTANOVKA experiment for space weather research on board the Rus­ sian segment of the ISS // Proc: 54th Intern. Astronautical Congress. 2003. Bremen. Ger­ many.


Klimov S. I., Juchniewicz J., Rothkaehl H. (2004) Researches of influence of space weather on a condi­ tion of middle latitude and near­equator ionosphere // Near­Earth and Interplanetary Space Physics. 2004. P. 29–32.

Руководители проекта: С. Климов;

Х. Ротхель Kierownik projektu: S. Klimov;

H. Rothkaehl Panasyuk M. I. et al. (2003) Transient Luminous Event Phenomena and Energetic Particles Impact­ ing the Upper Atmosphere: Russian Space Experiment Programs. AGU Chapman Confer­ ence on the Effects of Thunderstorms and Lightning in the Upper Atmosphere // Proc. Penn State University. State College. PA USA. 2009. P. 37.

Rothkaehl H., Morawski M., Puccio W., Bergman J., Klimov S. I. (2011) Diagnostics of Space Plasma on Board International Space Station — ISS // Contributions to Plasma Physics. 2011. V. 51.

N. 2–3. P. 1–7.

Project PWC is the component part of the space experiment (SE) OBSTANOVKA 1st stage, planned for the realization in 2011 on board the Russian segment of the International Space Station (RS ISS). SE is international project with the participation of scientists and specialists of England, Bul­ garia, Hungary, Poland, Russia, Ukraine and Sweden within the framework “Long­range program of applied­scientific studies and experiments, planned on the RS ISS” (version 2008), by the being appeared component part of the Russian Federal Space Program. The specialists CBK PAN con­ ducted development, production, ground autonomous tests of the RFA instrument (radio­frequency analyzer). Especially should be noted carried out in CBK PAN development, production and tests automatically revealing in space antennas: electrical RFA­AD (3 orthogonal dipoles) and the mag­ netic RFA­AM (3 orthogonal loop), which ensure the measurement of total flux and direction of electromagnetic energy. Instrument RFA is integrated into the plasma­wave complex PWC (Russia).

The designation of the PWC consists of the guarantee of physical measurements of the parameters of thermal plasma, electrical and magnetic field, the spectra of epithermal electrons, electromagnetic waves in the neighbor zone (not further 3 m of the surface), or variations in the electric potential of the ISS.

11 ФОБОС 11 FOBОS Руководитель проекта Kierownik projektu с российской стороны: ze strony Rosji:

О. КОЗЛОВ O. KOZLOV Руководитель проекта Kierownik projektu с польской стороны: ze strony Polski:

Ю. ГРИГОРЧУК J. GRYGORCZUK Работа посвящена презентации возможно­ Prace przedstawione w artykule skupiaj si na стей прибора CHOMIK, а также научным prezentacji moliwoci instrumentu CHOMIK, целям эксперимента и результатам функци­ celi naukowych dowiadczenia i wynikw testw ональных испытаний. Прибор CHOMIK — funkcjonalnych. Instrument CHOMIK bdzie один из трех приборов на посадочном мо­ jednym z trzech instrumentw na pokadzie дуле, предназначенный для забора образцов ldownika wyznaczonych do pobierania prbek грунта с поверхности Фобоса, — специаль­ podoa Fobosa, przeznaczony specjalnie do но разработан для забора каменистого грун­ pobierania prbek powierzchni kamiennej.

та. Кроме забора грунта, пенетратор про­ Oprcz pobierania prbek penetrator изведет тепловой и механический анализ przeprowadzi rwnie termiczne i mechaniczne реголита Фобоса. pomiary regolitu Fobosa.

Измерение физических свойств Pomiary waciwoci fizycznych cia планетных тел позволяет определить niebieskich pozwalaj na okrelenie wie­ большое число характеристик, важ­ lu parametrw wanych dla naukowcw ных для ученых различных областей. pracujcych w rnych dziedzinach. Na Например, эффективная теплопрово­ przykad efektywna przewodno cieplna дность реголита обеспечивает лучшее regolitu moe pomc lepiej zrozumie pro­ понимание процессов, происходящих cesy zachodzce we wntrzu tych obiektw.

внутри объекта. Химический и мине­ Okrelenie skadu chemicznego i minera­ ралогический состав дают возможность logicznego daje nam szans na lepsze zro­ точнее определить происхождение и zumienie pochodzenia i ewolucji satelitw эволюцию спутников планет. Такие planet. W zasadzie takie parametry mog характеристики планетных тел могут by ustalone na podstawie trzech pomia­ быть найдены тремя различными мето­ rw: pomiarw in­situ, pomiarw prbek дами измерений: анализ in­situ, анализ w warunkach laboratoryjnych na Ziemi, образца грунта в лабораторных усло­ oraz zdalnych pomiarw za pomoc sen­ виях на Земле и дистанционное зон­ sorw. Misje naukowe, ktre pozwalaj дирование. Научные миссии, которые nam na wykonywanie wszelkiego rodzaju позволяют проводить все виды иссле­ pomiarw, daj nam moliwo nie tylko дований, обеспечивают не только полу­ okrelenia parametrw, ale take kalibracji чение научных данных, но и взаимную instrumentw.

калибровку приборов.

Российский проект ФОБОС­ Rosyjska misja FOBOS­GRUNT jest ГРУНТ — один из немногих, который jedn z niewielu, ktra pozwala na wykona­ позволяет использовать все методы из­ nie wszystkich wymienionych powyej ro­ мерений. Космический аппарат (КА) dzajw pomiarw. Statek kosmiczny bdzie будет оборудован приборами дистан­ wyposaony w instrumentu do zdalnych ционного зондирования, такими как pomiarw takie jak: spektrometry, radar do спектрометр, длинноволновый радар, pomiaru dugich fal i koniskop do pomiaru пылемер;

приборами для анализа in­si- pyu w atmosferze;

przyrzdy do pomia­ tu: газохроматографом, сейсмометром, rw in­situ: chromatograf gazowy, sejsmo­ термодетектором и другими измери­ metr, termodetektor i inne;

a take rami тельными приборами, а также мани­ robota i urzdzenie do pobierania prbek.

Руководители проекта: О. Козлов;

Ю. Григорчук Kierownik projektu: O. Kozlov;

J. Grygorczuk пулятором и грунтозаборным устрой­ Wedug obecnych planw, sonda wystar­ ством. КА «Фобос­Грунт» планируется tuje w listopadzie 2011 roku na pokadzie запустить в ноябре 2011 года ракетоно­ rakiety nonej Zenit. Okoo roku pniej сителем «Зенит». Через 11 месяцев кос­ (11 miesicy) pojazd wejdzie na orbit wo­ мический аппарат должен достичь мар­ kmarsjask. Ldowanie na Fobosie jest сианской орбиты, а в начале 2013 года przewidziane na pocztek 2013 roku. Po совершить посадку на Фобосе. Спустя miesicu w kierunku Ziemi wystartuje mo­ месяц работы возвратная ракета стар­ du powrotny z kapsu zawierajc prbk тует с Фобоса и должна будет доставить gruntu zamknit w specjalnym pojemni­ на Землю капсулу с образцами грунта. ku. Kapsua powrotna o masie ok. 11 kg z 11­килограммовая возвратная капсула pojemnikiem wylduje w Kazachstanie w совершит посадку на территории Ка­ poowie 2014 roku.

захстана в середине 2014 года.

Уникальный геологический пене­ W Laboratorium Mechatroniki i Robo­ тратор CHOMIK (рис. 1) для проекта tyki Satelitarnej Centrum Bada Kosmicz­ ФОБОС­ГРУНТ разрабатывается и nych PAN w Warszawie powstaje CHOMIK Рис. 1. Прибор CHOMIK, образец STM Rys. 1. Instrument CHOMIK STM Рис. 2. Прибор CHOMIK Rys. 2. Instrument CHOMIK 11 Фобос Fobos изготавливается в Лаборатории косми­ (rys. 1), unikatowy penetrator geologiczny ческой мехатроники и робототехники przeznaczony dla misji kosmicznej FO­ в Центре космических исследований BOS­GRUNT. Funkcjonalnie CHOMIK Польской академии наук в Варшаве. bazuje na instrumencie MUPUS stworzo­ С функциональной точки зрения при­ nego na misj ROSETTA do komety 67P/ бор CHOMIK основан на хорошо из­ Czuriumow – Gierasimienko. Do najwa­ вестном приборе MUPUS, разрабо­ niejszych celw misji naley dostarczenie танном для проекта РОЗЕТТА с целью na Ziemi prbki materiau z powierzchni исследования кометы 67P/Чурюмо­ Fobosa, satelity Marsa. Materia zostanie ва – Герасименко. pobrany za pomoc polskiego penetratora i umieszczony w pojemniku, a ten we wn­ trzu rosyjskiej kapsuy powrotnej wylduje w 2014 roku w Kazachstanie.

Прибор CHOMIK (рис. 2, см. Instrument CHOMIK (rys. 2) bdzie с. 115) — один из трех приборов на по­ jednym z trzech instrumentw na poka­ садочном модуле, предназначенных dzie ldownika wyznaczonych do pobie­ для забора образцов грунта с поверхно­ rania prbek podoa Fobosa, przezna­ сти Фобоса — специально разработан czony specjalnie do pobierania prbek для забора каменистого грунта. Кроме powierzchni kamiennej. Oprcz pobierania забора грунта, пенетратор произведет prbek penetrator przeprowadzi rwnie тепловой и механический анализ рего­ termiczne i mechaniczne pomiary regoli­ лита Фобоса. Решение всех этих задач tu Fobosa. Wszystkie te zadania odgrywaj играет важную роль для будущих иссле­ bardzo wan rol w przyszych planach дований космических объектов. eksploracji cia kosmicznych.

The work presented in the paper is focused on the presentation of CHOMIK instrument capabili­ ties, scientific goals of the experiment and results from functional tests. The CHOMIK instrument is one of three instrument on the lander designated to collect sample from Phobos ground, specially design for sampling the stony surface. Apart from sampling the penetrator will perform thermal and mechanical measurements of Phobos’ regolith.

12 ТУРБУЛЕНТНОСТЬ 12 TURBULENCJA Руководитель проекта Prowadzcy projekt с российской стороны: ze strony Rosyjskiej:

А. ВОЛОКИТИН А. VOLOKITIN Руководитель проекта Prowadzcy projekt с польской стороны: ze strony Polskiej:

Б. АТАМАНЮК B. ATAMANIUK Представлены результаты теоретических Przedstawiono wyniki bada teoretycznych kil­ исследований маломодовой турбулентности ku­modowej (maomodowej) turbulencji w sa­ в слабонеоднородной и столкновительной bo niejednorodnej, zderzeniowej plazmie. Przy плазме. Рассмотрены различные режимы niewielkim przekroczeniu progu niestabilnoci стабилизации неустойчивости в результате zbadano rne reimy stabilizacji w wyniku нелинейного взаимодействии неустойчи­ nieliniowego oddziaywania niestabilnych i tu­ вых и затухающих колебаний плазмы при mionych drga plazmy.

небольшом превышении порога.

Turbulencj czsto mona obserwowa Нередко можно наблюдать турбу­ bezporednio — burze na morzu, burzli­ лентность непосредственно — волне­ we przepywy rzek, chmury burzowe, itp.


ние на море, бурное течение рек, гро­ Matematyczny opis tych i innych zjawisk зовые облака и т. д. Математическое turbulencji jest wanym zadaniem nauko­ описание этих и других явлений тур­ wym, do rozwizanie, ktrego naukowcy булентности — важная научная зада­ wkadaj duo wysiku. Pomimo wielkich ча, для решения которой прилагаются osigni (Komogorowa – Obuchowa i большие усилия. Несмотря на имею­ inne wspczesne rozwizania oparte na щиеся большие достижения (теория bardziej szczegowym opisie statystycz­ Колмогорова – Обухова, другие совре­ nym i wynikach symulacji numerycznej) to менные подходы, основанные на более praktycznie wane zagadnienie jest cigle детальном статистическом описании и zagadkowe, nawet w klasycznej hydrody­ результатах численного моделирова­ namice. Trudniejszym problemem jest opis ния), эта важная в практическом отно­ turbulencji w plazmie i innych zoonych шении проблема остается не полностью orodkach. Odrbnym zagadnieniem wy­ раскрытой даже в классическом случае nikajcym z analizy turbulencji jest jej po­ гидродинамики. Тем более сложным chodzenie i rozwj. L. Landau [Landau, оказывается описание турбулентности Lifshitz, 1987] zaproponowa podejcie, w в плазме и других комплексных сре­ ktrym rozwj niestabilnoci jest wynikiem дах. В круге вопросов, встающих при sekwencji naruszenia stabilnoci stanw анализе турбулентности, отдельно сто­ stacjonarnych ukadu, wystpujcych przy ит проблема ее возникновения и раз­ przekroczeniu progu pewnego niestabilno­ вития. Львом Ландау [Landau, Lifshitz, ci. Oznacz to, e zakada si, e aktualny 1987] был предложен подход, в котором stan staje si niestabilny, gdy jaki parametr, развитие турбулентности происходит na przykad przypyw ciepa przez ciecz w в результате последовательности на­ polu grawitacyjnym, przekracza okrelon рушений устойчивости стационарных warto progow. Jeli przekroczenie tego состояний системы, происходящих при progu jest niewielkie to powstaje nowy, росте превышения некоторого порога sabo nieliniowy stan ukadu z okresowy­ неустойчивости. То есть предполагает­ mi wahaniami parametrw orodka. Gdy ся, что существующее состояние стано­ przekroczenie progu niestabilnoci zwik­ вится неустойчивым, если некоторый sza si, taki stan staje si niestabilny i poja­ параметр, например поток тепла через wiaj si nowe typy drga nieliniowo sprz­ жидкость в поле тяжести, превышает one z pierwszym modem Mona zaoy, некоторое пороговое значение. Если 12 Турбулентность Turbulencja это превышение не велико, то возника­ e wraz ze wzrostem progu niestabilnoci, ет новое, слабо нелинейное состояние, stopniowo ronie w orodku ilo typw в котором есть периодические колеба­ (modw) drga, jednak w okrelonych ния параметров среды. С повышением warunkach ich ilo pozostaje skoczona.

параметра надпороговости такое со­ Istniej wiele typw takich stanw, midzy стояние оказывается неустойчивым, innymi i takie, w ktrych amplitudy i fazy и появляются новые моды колебаний, s chaotyczne. Taki obraz rozwoju niesta­ нелинейно связанных с первой модой. bilnoci jest interesujcy zarwno z punk­ Можно предположить, что с ростом tu widzenia plazmy laboratoryjnej, ktra надпороговости происходит постепен­ czsto ma miejsce przy niewielkim prze­ ное увеличение числа мод колебаний, kroczeniu progu niestabilnoci, jak i w rze­ сосуществующих в среде, однако их czywistych warunkach plazmy kosmicznej число остается конечным при опре­ i okooziemskiej. W tym przypadku stabili­ деленных условиях. Возможны раз­ zacja niestabilnoci moe by zarwno wy­ личные режимы таких маломодовых nikiem dochodzenia do stanu rwnowagi состояний, в том числе при которых (kwasi­liniowa relaksacja), jak i wynikiem амплитуды и фазы колебаний меняют­ rozwoju procesw nieliniowej redystrybucji ся хаотически. Данная картина разви­ energii drga do modw tumionych. Spe­ тия турбулентности представляет инте­ cyfika tego typu drga wymaga specjalnych рес для анализа физических процессов bada, i mimo tego, e tym zagadnieniom в лабораторной плазме, которые неред­ powicone jest nie mao prac, pewne wa­ ко происходят в условиях слабого нару­ ne zagadnienia pozostay nierozstrzygni­ шения равновесия, в околопороговой te. Celem tego projektu jest badanie tego области неустойчивости. Тем более это typu zagadnie.

справедливо в естественных условиях околоземной и космической плазмы.

При этом стабилизация неустойчиво­ сти может происходить вследствие как восстановления равновесия (квазили­ нейной релаксации), так и развития не­ линейных процессов перераспределе­ ния энергии колебаний к затухающим модам. Специфика таких маломодовых режимов требует особого изучения и, хотя данной проблеме посвящено не­ мало работ, некоторые вопросы оста­ лись невыясненными. Изучение ха­ рактерных свойств такой маломодовой турбулентности является задачей дан­ ного проекта.

НЕЛИНЕЙНЫЕ РЕЖИМЫ. REIMY NIELINIOWE.

КОРОТКИЕ КАСКАДЫ KRTKIE KASKADY Во многих случаях для описания сла­ Czsto sabo nieliniowe drgania orodka бонелинейных колебаний среды можно mona opisa rwnaniami postaci:

воспользоваться уравнениями вида:

i (k -k -k )t i C k = Vkk k C k C k e, (1) 1 12 1 k =k +k 1 Руководители проекта: А. Волокитин;

Б. Атаманюк Kierownik projektu: А. Volokitin;

B. Atamaniuk где предполагается, что система близка gdzie zakada si, e ukad zbliony jest к гамильтоновской и ее можно описы­ do ukadu Hamiltonowskiego i moe by вать с помощью нормальных амплитуд opisany przy pomocy amplitud drga ka­ колебаний. Здесь Vkk k — матричный nonicznych. Vkk k macierz oddziaywania 12 элемент взаимодействия волн, облада­ fal z podanymi wasnociami symetrii ющий необходимыми свойствами сим­ [Галеев, Сагдеев,1973].

метрии [Галеев, Сагдеев,1973].

В этом случае можно привести ряд Dla tego przypadku mona pokaza sze­ примеров систем, описывающих ма­ reg przykadw opisujcych maomodow ломодовую турбулентность. Первый, turbulencj. Pierwszy klasyczny przykad классический, случай трехволнового oddziaywania trzech w fal w aktywnym взаимодействия в активной среде опи­ orodku (1 0, ( 2,3 0) opisany jest rw­ сывается уравнениями (1 0, 2,3 0): naniami:

i ( - - )t i - 1 C1 = -VC2C3 e 1 2 3, t * -i ( - - )t i - 2 C2 = -VC2C3 e 1 2 3, t * -i ( - - )t i - 3 C3 = -VC2C2 e 1 2 t dobrze zbadanym w [Gol’tsova et al., 1975;

и хорошо изучен [Gol’tsova et al., 1975;

Dubrovin et al., 1978;

Atamaniuk, Volokitin, Dubrovin et al., 1978;

Atamaniuk, Volokitin, 2001]. W szczeglnoci zbadane zostay 2001]. В частности, были исследованы warunki (w zalenoci 1,2,3 i V) istnienia i условия (зависящие от 1,2,3 и V) суще­ wasnoci reimw stacjonarnych i okre­ ствования и свойства стационарных и sowych, oraz warunki przejcia do stanw периодических режимов, а также усло­ chaotycznych. Na rysunku pokazane s вия перехода к стохастическому режи­ przykady rozwiza numerycznych tych му. Там же показан пример численного rwna, w ktrym ewolucja fal skada si решения этих уравнений, при котором z losowych pikw. Konkretnym przyka­ динамика амплитуд волн состоит из dem jest stabilizacja prdowej niestabil­ случайной последовательности пиков.

noci, [Atamaniuk, Volokitin, 2001], dla Конкретным примером является ста­ ktrej tylko w wyjtkowych przypadkach, билизация токовой неустойчивости w szczeglnoci przy dostatecznie duym [Atamaniuk, Volokitin, 2001], при кото­ rozstrojeniu czstoci oddziaujcych fal, рой только в исключительных случа­ ustanawiaj si stae amplitudy trzech od­ ях, в частности требующих наличия dziaujcych fal. W oglnej sytuacji roz­ достаточно большой расстройки ча­ wijaj si rne reimy z amplitudami sil­ стот взаимодействующих волн, уста­ nie zmieniajcymi si w czasie. Wymiana навливаются постоянные амплитуды energii w „tryplecie” zaley od stosunkw волн тройки взаимодействующих волн.

szybkoci tumienia i niestabilnoci i za­ В общей ситуации развиваются различ­ chodzi albo w reimie okresowym (moe ные режимы, характеризующиеся бы­ by w wielo­okresowym) albo w przypad­ стрыми колебаниями амплитуд волн.

ku, gdy sekwencje losowych intensywnych Обмен энергией волн в триплете зави­ rozbyskw amplitud fal s na przemian z сит от соотношения темпов затухания dugimi okresami akumulacji energii (am­ и неустойчивости и происходит либо plitudy niestabilnych fal rosn wykadni­ в периодическом режиме (возможно, 12 Турбулентность Turbulencja многопериодическом), либо в виде слу­ czo). W tych reimach, rednia energia fal чайной последовательности интенсив­ i strumieni energii w plazmie jest bardzo ных всплесков амплитуд волн, переме­ rna od wartoci osiganych w stanie sta­ жающихся с более продолжительными cjonarnym.

периодами накопления энергии (экс­ поненциального роста амплитуды не­ устойчивой волны). Средняя энергия волн и потоки энергии в плазму в таких колебательных режимах сильно отли­ чаются от достигаемых в стационарном состоянии.

Можно указать на другие изученные Mona pokaza inne badane przypad­ случаи турбулентности с малым (2…4) ki maomodowej (2…4 fal) turbulencji Na числом волн. Так, в работе [(Meunier przykad w pracy [Meunier et al., 1982] et al., 1982] рассматривалась система, rozwaany by ukad:

описывающая нелинейное взаимодей­ ствие двух волн:

-i (0 -2 1 )t - 0 C0 = VC12 e i, t * -i (0 -21 )t i - 1 C1 = VC0C1 e.

t Opisujcy nieliniowe oddziaywanie dwch Здесь три независимые переменные и два параметра 1 0 и (0 - 21 ) 0. fal. Mamy tu trzy zmienne niezalene i dwa parametry 1 0 i (0 - 21 ) 0. W pra­ В работе [Lefebvre, Krasnoselskikh, 2001] cy [Lefebvre, Krasnoselskikh, 2001] badany изучалась четырехволновая система:

by przypadek ukadu czterech fal:

-i (0 -1 -2 )t i * - 1 C1 = VC0 C2 e, t -i (0 -1 -2 )t * -i (0 -2 -3 )t i - 2 C2 = VC1C2 e + VC3C0 e, t -i (0 -2 -3 )t i - 3 C3 = VC0C2 e, t * -i (0 -1 -2 )t - 0 C0 = VC0C1 e.

i t t Wszystkie trzy (i ewentualnie inne ) Все эти три (а возможно и другие) przypadki pokazuj przejcia od reimw случая показывают переходы от ста­ stacjonarnych do periodycznych, wielo­ ционарного к периодическим, много (kwasi) periodycznych i chaotycznych.

(квази)периодическим и стохастиче­ ским режимам.

Oczywicie, moliwe jest powstawanie Конечно, возможно и рождение nowych fal, pojawianie si kolejnych ka­ новых волн или появление второго, Руководители проекта: А. Волокитин;

Б. Атаманюк Kierownik projektu: А. Volokitin;

B. Atamaniuk третьего и т. д. каскадов. На рис. 1 схе­ skad fal. Na rys. 1 pokazany jest schema­ матически представлен пример двух­ tycznie przykad dwustopniowej kaskady, ступенчатого, не пересекающегося ktra nie przecina si z kaskad zoon z каскада из трех триплетов взаимодей­ trzech trypletw oddziaujcych fal, ktre ствующих волн, удовлетворяющих ус­ speniaj warunki przestrzennego rezonan­ ловиям пространственного резонанса: su: k1 = k2 + k3, k2 = k4 + k5, k3 = k6 + k7, k1 = k2 + k3, k2 = k4 + k5, k3 = k6 + k7, все wszystkie wektory falowe s rne.

волновые вектора различны.

Соответствующая система уравне­ Odpowiedni ukad rwna ma posta:

ний имеет вид:

- 1 C2 = iV1C2C3, t * - 2 + i2 C2 = iV1C1C3 + iV2C4C5, t * - 3 + i3 C3 = iV1C1C2 + iV3C6C7, t * - 4 + i4 C4 = iV2C2C5, t * - 5 + i5 C5 = iV2C2C4, t * = iV3C3C7, - 6 + i6 C t * - 7 + i7 C6 = iV3C3C6.

t Рис. 1. Пример двухступенчатого, не пере­, Рис. 2. Пример одноступенчатого каскада с секающегося каскада из трех триплетов вза­ несколькими ветвями имодействующих волн Rys. 2. Przykad dla przypadku jedno pozio­ Rys. 1. Przykad dwustopniowej kaskady, ktra mowej kaskady z kilkoma gaziami nie przecina si z kaskad zoon z trzech try­ pletw oddziaujcych fal 12 Турбулентность Turbulencja Естественно, этот класс нелинейных Oczywicie rozwany przypadek mona систем можно расширить, добавляя rozszerzy albo poprzez dodanie trzeciego либо третью ступень, либо ветви к сту­ poziomu kaskady albo poprzez dodanie пени, например, как показано на рис. 2 gazi, np. tak, jak to zostao pokazane na (см. с. 121) для случая одноступенчато­ rys. 2 dla przypadku jedno poziomowej ka­ го каскада с несколькими ветвями. skady z kilkoma gaziami Одним из главных вопросов явля­ Jednym z gwnych problemw jest ется выяснение условий, при которых znalezienie warunkw, w ktrych mo­ можно ограничиться конечным числом na ograniczy si do skoczonej liczby fal волн (или лучше — триплетов). Ответ (lub dokadniej — trypletw). Odpowied на него может быть получен с помощью na to mona uzyska poprzez symulacje численного моделирования. Результа­ numeryczn. Wyniki takiej symulacji dla ты такого моделирования для случая przypadku trzech trypletw s pokazane na трех триплетов приведены на рис. 3. rys. 3.

На рис. 3 показаны динамика ампли­ W tym przypadku, na tle pierwszego, туд волн, зависимость от времени энер­ gwnego trypletu energia pozostaych гии, поступающей в плазму, и сред­ nie wzrasta natomiast wystpuj niewiel­ ние «числа квантов» соответствующих kie fluktuacje, tzn. mamy klasyczny przy­ Рис. 3. Численное решение уравнений каскада из двух триплетов при = 0,25, другие параметры не указаны Rys. 3. Symulacji numeryczn dla przypadku trzech trypletw Руководители проекта: А. Волокитин;

Б. Атаманюк Kierownik projektu: А. Volokitin;

B. Atamaniuk волн. В данном случае на фоне основ­ padek oddziaywania trzech fal. W innym ного первого триплета энергия других przypadku (rys. 4) amplitudy trypletw не нарастает, а испытывает небольшие s mae, niemniej nie mona ich cako­ флуктуации, то есть реализуется клас­ wicie zaniedba. Taka sytuacja jest do сический случай взаимодействия трех powszechna, w danych warunkach(fizycz­ волн. В другом случае (рис. 4) ампли­ nych parametrw) dominuje kilka tryple­ туды волн других триплетов малы, но tw, pozostae tworz pewne kontinuum полностью пренебречь ими нельзя. bdce rdem szumu, ktry mona trak­ Такая ситуация является достаточно towa jak parametr losowy. Dlatego tego, общей, при данных условиях (физиче­ konieczne jest spenienie warunku, aby na ские параметры, и V) доминируют не­ tle podstawowego zestawu trypletw, ener­ сколько триплетов, а все другие волны gia pozostaych nie rosa a jedynie miaa создают некий континуум и являют­ niewielkie fluktuacje.

ся источником шума, который можно рассматривать как случайный. Одно из необходимых условий этого выполня­ ется, если на фоне основного набора Рис. 4. Численное решение уравнений каскада из двух триплетов Rys. 4. Symulacji numeryczn dla przypadku dwch trypletw 12 Турбулентность Turbulencja триплетов энергия других не нарастает, а испытывает небольшие флуктуации.

СИСТЕМЫ UKADY ГИДРОДИНАМИЧЕСКОГО ТИПА TYPU HYDRODYNAMICZNEGO Одним из частных примеров случа­ Jednym ze szczeglnych przypadkw, ев, для которых представление о мало­ dla ktrych idea maomodowej turbulen­ модовой турбулентности плодотворно, cji jest efektywna jest niestabilno Far­ является неустойчивость Фарли­Буне­ ley­Bunemana. Rozwija si ona w warstwie мана. Эта неустойчивость развивается в E dolnej jonosfery, w wyniku zoonych E­области нижней ионосферы — вслед­ procesw oddziaywania wiatru sonecz­ ствие сложных процессов взаимодей­ nego z magnetosfer Ziemi powstaje stru­ ствия солнечного ветра с магнитос­ mie elektryczny (electrojet) i odpowia­ ферой Земли возникает электроструя dajce mu kwasi stae pole elektryczne.

(electrojet) и соответствующее квази­ Jeli warto tego pola przekracza pewn постоянное электрическое поле. Если warto progow, rozwija si, w zderzenio­ величина этого поля превышает неко­ wej plazmie, niestabilno spowodowana торое пороговое значение, развивается poprzecznym do pola magnetycznego pr­ неустойчивость, обусловленная про­ dem elektrycznym. Teoria liniowa [Farley, теканием электрического тока поперек 1963] wyjania cay szereg obserwacji магнитного поля в столкновительной drobno­skalowych niejednorodnoci w плазме. Линейная теория [Farley, 1963] dolnej jonosferze. Najszybciej wzbudzane позволила объяснить ряд наблюдаемых s krtkie fal rozchodzce si prawie pro­ свойств возникающих в нижней ионос­ stopadle do zewntrznego pola magnetycz­ фере мелкомасштабных неоднородно­ nego.. Pozostaje dalsza analiza dotycz­ стей. Наиболее быстро возбуждаются ca roli efektw cieplnych, kinetycznych, короткие волны, распространяющие­ naruszenia kwsi­neutralnooci na tempa ся почти перпендикулярно внешнему wzrostu (inkrementw) amplitud i progw магнитному полю. Продолжает рас­ niestabilnoci. W pracach [Sudan, 1983;

сматриваться вопрос о влиянии тепло­ Machida, Goertz, 1988] opisano, e niesta­ проводности, кинетических эффектов bilno Farley­Bunemana nasyca si w wy­ и нарушения квазинейтральности на niku oddziaywania modw nieliniowych инкременты и пороги неустойчивости. z tumionymi, zaproponowano konkretny Однако чтобы объяснить глубину мо­ mechanizm nieliniowoci. Jest oczywiste, дуляции плотности и другие свойства e poniewa charakterystyczny czas fluktu­ спектра неоднородностей, необходимо acji gstoci przewysza okres drga cyklo­ установить механизм стабилизации не­ tronowych, to zasadnicz rol w ustaleniu устойчивости. В работах [Sudan, 1983;

niejednorodnoci widma plazmy lub fal Machida, Goertz, 1988] было предполо­ elektrostatycznych w slabo zderzeniowej жено, что неустойчивость Фарли­Бу­ plazmie, odgrywa nieliniowo wektorowa, немана насыщается вследствие нели­ uwarunkowana dryfem elektronw [Sudan, нейного взаимодействия неустойчивых 1983;

Machida, Goertz, 1988;

Oppenheim, мод с затухающими и был предложен Otani,1995].

конкретный механизм нелинейности.

Очевидно, что поскольку характерные времена колебаний плотности пре­ вышают циклотронный период, то именно векторная нелинейность, об­ условленная нелинейностью дрейфого движения электронов, играет опреде­ Руководители проекта: А. Волокитин;

Б. Атаманюк Kierownik projektu: А. Volokitin;

B. Atamaniuk ляющую роль в установлении спектра неоднородностей плазмы или электро­ статических волн в слабостолкнови­ тельной плазме [Sudan, 1983;

Machida, Goertz, 1988;

Oppenheim, Otani,1995].

Надо заметить, что, кроме класси­ Naley zauway, e oprcz klasyczne­ ческого механизма неустойчивости go mechanizmu niestabilnoci Farley­Bu­ Фарли­Бунемана, связанной с про­ nemana, zwizanego przypywem prdu теканием электрического тока, в за­ elektrycznego, w namagnesowanej, sabo магниченной слабостолкновительной zderzeniowej plazmie mog rozwija si плазме могут развиваться плазменные niestabilnoci dryfowe zwizane z duymi неоднородности типа дрейфовых волн, gradientami gstoci i temperatury plazmy.

связанные с крупномасштабными гра­ Mimo, e do wzrostu drga elektrostatycz­ диентами плотности и температуры nych mog prowadzi niestabilnoci rne­ плазмы. Несмотря на различие не­ go typu, mechanizmy ich nieliniowego od­ устойчивостей, приводящих к росту dziaywania s takie same jak w przypadku электростатических колебаний, меха­ niestabilnoci Farley­Bunemana, typowe низмы их нелинейных взаимодействий dla nieliniowego oddziaywania fal dry­ те же, что и для случая неустойчивости ftowych w plazmie. Uwzgldniajc w tych Фарли­Бунемана, и типичны для не­ przypadkach istotn role procesw tu­ линейного взаимодействия дрейфовых mienia, wydaje si by uzasadnione przy­ волн в плазме. Учитывая существенную puszczenie, e rozwijajce si widmo drga роль диссипативных процессов в этих gstoci (turbulencja) moe by reprezen­ случаях, представляется обоснован­ towane przez skoczon liczb fal. Wtedy ным предполагать, что развивающий­ rozwijajca si maomodowa turbulencja ся спектр (турбулентность) колебаний moe by efektywnie opisywana ukadem плотности может быть представлен rwna typu hydrodynamicznego na am­ конечным числом мод. Тогда развива­ plitudy drga z uwzgldnieniem efektw ющаяся маломодовая турбулентность narastania i tumienia. Do tego ukadw может быть эффективно описана с zalicza si rwnie znany traktor Lorenza.



Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.