"Interball" ( eng. Interball ) - egy nemzetközi tudományos projekt a Föld magnetoszférája és a napszél kölcsönhatásának tanulmányozására , 1995-2000 között [1] . A projekt részeként négy űrrepülőgépet indítottak két kilövéssel: az orosz Interball-1 és a cseh Magion-4 a magnetoszféra külső régióit, az Interball-2 és a Magion-5 pedig a belső magnetoszféra poláris régióit tárta fel. és ionoszféra . A projekt során kapott eredmények nagymértékben megváltoztatták a nap-föld kapcsolatok mechanizmusának megértését, és a világ tudományos közössége továbbra is használja [2] .
Az Interball projekt vezető szervezete az Orosz Tudományos Akadémia Űrkutató Intézete volt , a fő résztvevők Ausztria , Bulgária , Nagy-Britannia , Magyarország , Németország , Olaszország , Kanada , Kirgizisztán , Kuba , Lengyelország tudományos és oktatási intézményei , Románia , Szlovákia , Ukrajna , Finnország , Franciaország , Csehország , Svédország . A projekttel kapcsolatos kutatásokat a NASA , az Európai Űrügynökség és a Japán Űrkutatási Ügynökség [3] projektjeivel szorosan együttműködve végezték .
Az 1970-es évek végén [4] jelent meg a szovjet-csehszlovák kísérlet előkészítése során egy műholdprojekt ötlete, amely lehetővé teszi a magnetoszféra globális dinamikájának tanulmányozását, valamint egyedi jelenségeinek és szerkezeteinek részletes tanulmányozását. Az Intershock 1985-ben indult az Interkosmos program keretében , amelyben a Föld-közeli lökéshullám és a magnetopauza finom szerkezetének vizsgálatát végezték el [5] . Az új projekt a magnetoszféra különböző területein egyidejűleg összefüggő vizsgálatokat és többpontos műholdas mérések alkalmazását tervezte, amelyek lehetővé teszik a vizsgált jelenségek időbeli és térbeli eltéréseinek megkülönböztetését [6] . Ezeket az elképzeléseket az „Interball” nemzetközi projektben csak tíz évvel később sikerült megvalósítani, elsősorban anyagi okokból [2] .
Az Interball projekt, amelyet különböző országok tudományos szervezetei együttműködésével, az Orosz Tudományos Akadémia Űrkutatási Intézetének általános felügyelete alatt valósítottak meg , nemcsak a programját teljesítette, hanem egy szélesebb napenergia -kutatási program fontos részévé is vált. - a földi kapcsolatok az 1990-es és 2000-es években az IACG ( Inter-Agency Consultative Group for Space Science ) [7] nemzetközi csoport koordinációja alatt, és magukban foglalták mind a földi méréseket a földi állomások hálózatán, mind a műholdas megfigyeléseket a Földön. a következő űrhajó [8] [9] :
Az Interball projekt célja az volt, hogy feltárja és tanulmányozza az ok-okozati összefüggéseket a napszél és a mágnesfarkú aktív folyamatok között [comm. 1] és a jelenségek poláris ( auroral ) régióiban [comm. 2] . Ezektől az összefüggésektől függenek a Föld-közeli térben zajló plazmafolyamatok , amelyek mágneses viharokat , az ionoszférában és a magnetoszférában felgyorsult részecskék nyalábjait, az aurális jelenségeket és a rádióhullám - kibocsátást generálják. A magnetoszférában és az ionoszférában fellépő erőteljes zavarok rádióinterferenciát okoznak és befolyásolják az űrhajók működését, élősködő áramokat indukálnak hosszú csővezetékeken és elektromos vezetékeken , különösen nagy szélességi körökben, és megzavarhatják működésüket . Feltételezzük a magnetoszférikus folyamatok hatását az éghajlati jelenségekre és a biológiai objektumokra [3] .
Az Interball projekt űrhajói által végzett kutatások során a következő folyamatokat vizsgálták [9] :
A projekt keretén belüli kutatások elvégzésére két szondát indítottak, amelyek mindegyike egy pár fő műholdat és egy alműholdat tartalmazott, amelyek az indítás után különváltak, és egy pályát követtek ellenőrzött távolságban [3] :
Az "Interball-1" és az "Interball-2" fő műholdak az NPO-ban épültek . Lavochkin a Prognoz sorozat eszközei alapján, és a kísérletben részt vevő különböző országokban gyártott tudományos berendezéseket szállította. Ezen műholdak berendezése a kutatási programnak megfelelően [12] végezte el a fő méréseket . Különösen az Interball projekt megvalósításához készült a Prognoz sorozat eszközeinek új módosítása, amely az SO-M2 (Prognoz-M2) gyári jelölést kapta. Egy speciális szerkezeti egység segítségével megduplázták a műhold fedélzetére szerelt műszerek számát. Megújult az áramellátó rendszer , amely meghosszabbított élettartamú sugárzásálló napelemeket , nagyobb kapacitású akkumulátorokat és új automatizálási komplexumot tartalmazott. Ez a műhold várható élettartamát hatról tíz hónapról két-öt évre növelte [13] . A készülékek élettartamának növelése érdekében a hazai gyakorlatban először intézkedtek a felületükön lévő elektromos potenciálok kiegyenlítéséről. A műhold különböző részei által felvett elektromos töltések , amikor áthaladnak a sugárzási sávokon , nemcsak a napelemek felgyorsult leromlásához vezethetnek, hanem olyan kisülésekhez is , amelyek letiltják a berendezést. Az Interball műholdakon felületük és napelemeik folyamatos fémezését alkalmazták, valamint a szabaddá vált részeket elektromosan vezető festékkel vonták be [14] . Ezek az intézkedések hozzájárultak a műhold által a környező térben lévő elektromos potenciálok eloszlására kifejtett hatás csökkentéséhez is, ami növelte a kísérletek pontosságát [13] .
Jelentősen továbbfejlesztették a tudományos műszerekből származó információk gyűjtésének, feldolgozásának és továbbításának rendszerét. A projekt feladatai a gyenge mágneses terek mérését igényelték, míg a Prognoz család műholdai nem voltak "mágnesesen tiszták", hanem megbízható rendszerre volt szükség a műholdakra szerelt magnetométerek hasznos jeleinek kiszűrésére a készülékek által keltett interferencia ellen. magukat [15] . Az analóg üzemmódban működő "Prognozov" gerinchálózati rádiókomplexum (MRK) mellett az Interball projekt eszközeire, az IKI RAS -ban kifejlesztett, tudományos információk gyűjtésére szolgáló digitális rendszert (SSNI) telepítettek, és lehetővé tette a mindkettő valós időben továbbítja az adatokat, és rögzíti azokat mágneses lemezekre a későbbi lejátszáshoz a kommunikációs munkamenetek során [16] .
A Magion-4 és Magion-5 szubműholdak, amelyeket a Légkörfizikai Intézetben hoztak létre A Cseh Tudományos Akadémia egy kisebb berendezést szállított hasonló célra, és kisebb felbontással és kisebb térfogatban végzett méréseket. A műholdak analóg és digitális formában továbbítottak adatokat, és képesek voltak információt írni egy félvezető memóriaeszközre [17] . A pályánkénti két, egymástól távolságra követõ, különbözõ felbontású méréseket végzõ mûhold alkalmazása lehetõvé tette a vizsgált jelenségek térbeli és idõbeli változásainak meghatározását [18] .
A projekt feladatainak megfelelően az Interball-1 és a Magion-4 műholdak részét képező farokszondának a semleges réteg tartományát kellett volna átszelnie [comm. 1] a Földtől 70 000-100 000 km távolságra lévő magnetofarokba , valamint mérések elvégzésére a magnetoszféra oldalain és a nappali részen a napszél és magnetopauza tartományokban. Az Interball-1 indítási dátumát és pályájának tájolását úgy választották meg, hogy a plazmalap keresztezése minden pályán minden évben szeptember közepétől március közepéig történjen. A farokszondás járművek forgási periódusát nem több egész napra választották, ami biztosította a Föld minden hosszúsági fokán való áthaladást és a Föld-közeli űrmegfigyelések egységes lefedettségét [19] . A farokszondán végzett kísérletek nagy részét a magnetoszférikus plazma paramétereinek tanulmányozására fordították. A projekt első szakaszában, az aurális szonda felbocsátását megelőzően közös kísérleteket végeztek a Geotail űrhajóval.és a Szél . Elemzés készült a magnetoszféra több régiójában egyidejűleg egy-egy részvihar kialakulásáról, és új adatok születtek az alviharok kialakulásának mechanizmusáról. A mágnesfarokban körülbelül 10 Föld sugarú távolságra részecskefluxust rögzítettek, amely nem tükröződik a sugárzási övek meglévő sémáiban. A Föld-közeli közeg tulajdonságaiban változást észleltek a Mir orbitális állomásról érkező elektron- és plazmasugarak befecskendezése során , amikor az Interball-1 az állomással azonos mágneses térvonalon volt, távolról. 25 000–30 000 km -re van tőle [4 ] [20] .
Interball-1Az Interball -1 (Prognoz-11) űrszonda fedélzetére hat műszert telepítettek a Föld-közeli plazmában zajló folyamatok, hat mágneses és elektromos mezők, valamint három műszer a kozmikus és röntgensugarak tanulmányozására. Ezenkívül a Magion-4 szubműhold relatív helyzetének meghatározására szolgáló berendezést és a Prognoz sorozat műholdjainál hagyományosan a Föld-közeli űr sugárzási helyzetének mérésére szolgáló műszerkészletet telepítettek rá [9] . Kétéves munkaidővel az Interball-1 több mint öt évig működött és továbbított tudományos adatokat, egészen a 2000. októberi kiállásig [18] .
Magion-4A Magion-4 szubműhold tudományos berendezése négy elektromos és mágneses hullámok és terek tanulmányozására alkalmas műszert, három plazmafolyamatokat vizsgáló műszert, egy nagyenergiájú részecskedetektort és egy röntgen fotométert tartalmazott [21] . A Magion-4 műhold körülbelül két évig működött, mielőtt az akkumulátorok meghibásodtak . Ezt követően egy ideig a készülék csak napelemekből származó árammal működött , de az akkumulátor rövidzárlata miatt a táblán a feszültség a megengedett minimum alá esett. Az utolsó teljes értékű kommunikációs munkamenetet a Magion-4-gyel 1997 szeptemberében tartották, 1998 februárja óta, a vele végzett munka teljesen leállt. Ez idő alatt nagy mennyiségű közös kísérletet végeztek az Interball-1-gyel a Magion-4-en [14] .
Az aurális szonda műholdjainak pályája biztosította hosszú tartózkodásukat 12 000-19 000 km magasságban a sarki csúcs tartományában [comm. 3] - a Föld mágneses mezőjének erővonalai által alkotott tölcsér az északi mágneses pólus felett , ahol a napszél részecskéi szabadon behatolhatnak [22] . Az aurális szonda műszereinek segítségével az aurális régió lokális jelenségeinek összekapcsolása a farokban zajló folyamatokkal, ahol a mágneses viharok és más nagy léptékű magnetoszféra folyamatok "kiváltó mechanizmusa" található [23] . Az aurális szonda kilövésének dátumát és időpontját úgy választották meg, hogy űrszondája gyakran találta magát mágnesesen konjugált pontokon (a Föld mágneses terének ugyanazon az erővonalán) a farszondával. A keringési periódus, akárcsak a farokszondánál, úgy lett megválasztva, hogy biztosítsa az áthaladást a Föld minden hosszúsági fokán [19] . A fő figyelmet az elektromos és mágneses hullámok és mezők tanulmányozására fordították. Az aurális szonda külön feladatai közé tartozott a különböző tartományokban előforduló aurális jelenségek optikai megfigyelése és az auroral kilométeres rádiósugárzás vizsgálata., amely a szubpoláris zónában keletkezik a Föld egy-három sugarának magasságában. A közös kísérleteket a norvég EISCAT fűtőállvánnyal végeztük, tanulmányozták az állványból származó nagy teljesítményű HF sugárzás hatását a magnetoszférikus plazmában zajló folyamatokra [20] .
Interball-2Három műszert auroral plazma tanulmányozására, három magas hőmérsékletű (termikus) plazmát, négy műszert a VLF hullámok rögzítésére és tanulmányozására, egy háromkomponensű magnetométert , egy nagy energiájú áramlások észlelésére és tanulmányozására szolgáló eszközt telepítettek az Interball-2-re (Prognoz). -12) elektronok , amelyek az ultraibolya tartományban lévő aurorák megfigyelésére és spektrumának mérésére szolgálnak az oxigén emissziós vonalakban . Emellett a készülék repülése során dozimetriai méréseket és kísérleteket végeztek a különböző típusú napelemek összehasonlítására.
Az "Interball-2" a legnehezebb sugárzási körülmények között dolgozott, az idő felét a Föld sugárzási öveinek legnehezebb területein töltötte, ezért további intézkedések történtek a berendezések megbízhatóságának biztosítása érdekében. A műholdberendezésbe ionsugár- generátor került , amely lehetővé tette annak elektromos potenciáljának szabályozását [23] . A gerinchálózati rádiókomplexum és a tudományos információk gyűjtésére szolgáló digitális rendszer mellett egy analóg-digitális műszaki támogatási rendszert (STO-PA) is telepítettek, amely egyes műszerekről valós időben továbbítja a szélessávú információkat [13] .
Az Interball-2 repülésének legelső napjaiban felfedezték helyzetének instabilitását, amelyet mind a többi prognózishoz képest alacsony pályán fellépő zavarok, mind pedig az eszköz dinamikájának számítási hibái okoztak. Azonnal javasoltak és végrehajtottak egy olyan sémát, amely az állásszabályozó motorok impulzusaival csillapította a zavarokat, de ez a munkaközeg-tartalékok felgyorsult fogyasztásához vezetett. Másfél éves Interball-2 repülés után a készülék nyomásmentesítette a szita-vákuumszigetelés megsértésével, és a fedélzeti hőmérséklet emelkedni kezdett. Általában a készülék működőképes maradt, de néhány tudományos műszert és az STO-PA rendszert le kellett kapcsolni. 1998 végére elfogyott a helyzethajtóművekben használt sűrített gáz utánpótlás, és lehetetlenné vált a berendezés tengelyének a Napon tartása a napelemek optimális megvilágítása érdekében [14] . Ebben az állapotban az Interball-2 tovább működött és korlátozott tudományos adatokat továbbított 1999 végéig [24] .
Magion-5A Magion-4 szubműholdhoz hasonló kialakítású Magion-5 tudományos berendezés-komplexum összetétele három VLF-hullámok és -terek tanulmányozására alkalmas műszert, két különböző mérési határértékkel rendelkező háromkomponensű magnetométert , egy plazmaáramlás- érzékelőt és egy hidegplazma-paramétert tartalmazott. mérő, két műszer a töltött részecskék energiaspektrumának mérésére , egy kétcsatornás videokamera (látható és infravörös tartományban) az aurórák rögzítésére [25] .
A Magion-5 szubműholddal való kommunikáció közvetlenül az indítás után megszakadt az áramellátó rendszer meghibásodása miatt . 20 hónap elteltével, 1998 májusában a Magion-5 munkája újraindult [26] . Addig csak az Interball-2 működött az aurális szonda részeként. Az Interball-2 2000. januári leállítása után a Magion-5 alműhold tovább működött az aurális szonda pályáján, és 2001 közepéig teljes egészében továbbította az adatokat, majd a gázellátás megszűnése miatt hajtórendszer, lehetetlenné vált a Naphoz való orientáció fenntartása és a napelemek optimális megvilágítása. A Magion-5-tel végzett munka végül 2002 elején fejeződött be [27] [28] .
Az Interballok fedélzetére telepített tudományos műszerek képességei és az általuk szolgáltatott adatmennyiség jelentősen meghaladta a fedélzeti műholdas rendszerek által biztosított információtárolási és -továbbítási képességeket. Az Interball projekt megvalósítása során az IKI RAS egy alapvetően új, repülés közben újraprogramozható tudományos információgyűjtő rendszert (SSNI) hozott létre, amely összesen 160 MB -os merevlemezeken tárol információkat . Az SSRS információk reprodukálási sebessége többszörösére nőtt a műhold szabványos rádiókapcsolatához képest. A repülés során lebonyolított kommunikáció során kiderült, hogy ez a sebesség sem elég, az SSNS és a földi rendszerek átprogramozásával tovább növelték a tervezett 64 kbps-ról 250 kbps-ra, ami kiemelkedő mutató volt a kutatóműholdak számára azokban évek. Ez lehetővé tette az információk lejátszási idejének drasztikus csökkentését és az átvitt adatok mennyiségének növelését. A nagyszámú hullámmérést végző Interball-2 műholdon az SSNI mellett az STO-AP rendszert telepítették, amely szélessávú közvetlen átviteli módban továbbította ezen mérések analóg adatait. Növelték az űrrepülőgépek felé továbbított információ mennyiségét is, ami lehetővé tette a tudományos műszerek munkaprogramjainak aktualizálását, üzemmódjuk folyamatos szabályozását a repülés során [16] . A projekt során a tudományos információk nagy részét, mintegy 90%-át az SSNI-n és az STO-AP-n keresztül szerezték be. Körülbelül 10% esett a normál gerinchálózati rádiókomplexum (RTO) részarányára. Ugyanakkor az SSNI-n keresztül továbbított adatvesztés jelentéktelen volt, kevesebb, mint 0,01%, míg az RTO-adatoknál nagyszámú meghibásodás volt, az RTO-n keresztül továbbított információnak csak a fele volt 1% alatti veszteség [14] .
Fontos probléma volt a fedélzeti berendezések védelme a kozmikus sugárzás hatásaival szemben . A hagyományos védekezési módszerek - fémpajzsok, a sugárzásálló elektronikai alkatrészek megválasztása - nem zárták ki teljesen az energetikai részecskék okozta meghibásodások lehetőségét. Ezenkívül a költségek csökkentése és a fejlesztés felgyorsítása érdekében az SSNI gyártásában szabványos alkatrészeket használtak az ipari, nem pedig az űr- és katonai változatokban, ami tovább csökkentheti a munka megbízhatóságát. A repülési programban figyelembe vették a sugárzószalagok gyakori áthaladását , és a műszerek egy részét, amelyek ebben az esetben megsérülhetnek, átmenetileg kikapcsoltak. Az SSNI-nek állandóan dolgoznia kellett. Az SSNI működése során fellépő hibák észlelésére és kijavítására szoftveres önellenőrző intézkedéseket vezettek be [13] . Az Interball-2 műholdon, amely az idő mintegy felét a sugárzónákban töltötte, már a repülés során átprogramozták a fedélzeti SSNI processzort oly módon, hogy egyszerre három egyforma program futott le rajta, ami a a „ szavazás ” a cellák memóriájában észlelt és kijavított egyedi hibákat [16] .
Négy műhold egyidejű repülésének vezérlésére speciális szoftvert fejlesztettek ki. Az Interballok vezérlését és a tőlük származó tudományos információk vételét az Evpatoria melletti NIP-16 RNII KP segítségével végezték , amely számos erős antennarendszerrel volt felszerelve. A Magion alműholdak irányítását és a róluk származó tudományos információk vételét a Panska Ves cseh obszervatórium végezte.[16] .
Az Interball volt az egyik első űrprojekt, amely megvalósította az egyidejű megfigyelések ötletét ugyanazokkal a különböző járművekre felszerelt műszerekkel [2] . A projektben részt vevő járművek üzemideje eltérőnek bizonyult, de jelentős időintervallumban egyidejűleg működő műholdpárokból lehetett mérési eredményeket kapni. A főműhold és a párban működő műhold alkalmazása lehetővé tette annak megállapítását, hogy a magnetoszférában milyen változások következnek be az idő múlásával, és melyeket rögzítenek az űrhajók térbeli mozgásának eredményeként [24] . Az Interball projekt az egyik legsikeresebb szovjet és orosz program lett a földközeli űrkutatásban. A projekt során gyűjtött adatok mennyisége meghaladja a Szovjetunióban és Oroszországban korábban, mintegy harminc éven keresztül végzett vizsgálatok során nyert nap-földfizikai adatok teljes mennyiségét. A projekt során feltárásra kerültek az alkalmazott módszerek hiányosságai is, amelyek ösztönözték a többműholdas mérések továbbfejlesztését. Konkrétan, az egyes Interball szondák csak két ponton végeztek méréseket, ami lehetetlenné tette a vizsgált folyamatok fejlődésének követését a háromdimenziós térben. A Föld-közeli folyamatok háromdimenziós megfigyelését először az ESA „ Cluster II ” küldetése valósította meg.”, amelyet 2000-ben indítottak útjára az IACG nap-föld összefüggések tanulmányozására irányuló program keretében, és négy, az űrben tetraéder formájában elhelyezkedő egyforma eszközt tartalmaz [12] [20] , 2007-ben a magnetoszféra több műholdas vizsgálatát folytatták NASA THEMIS program [6] .
Az Interball program koncentrált archívuma, amelyet az IKI RAS -ban tárolnak , több mint 300 GB tudományos adatot tartalmaz. A projekt műholdjairól származó információk a NASA Goddard Center világméretű adatbázisán keresztül érhetők el a nemzetközi tudományos közösség számára . Az Interball projekt adatai alapján több mint 500 cikk jelent meg, amelyek jelentős része nemzetközi együttműködés keretében született. A projekt eredményeit továbbra is felhasználják a tudományos munkában, az űrkutatás és a Földfizika témakörében az orosz és nemzetközi tudományos folyóiratok több különszámát szentelik nekik . Az Interball projekt keretében végzett tudományos kutatás a problémák széles skáláját fedi le, és magában foglalja a Föld magnetoszférája és ionoszférája szerkezetének és dinamikájának tanulmányozására alkalmas geofizikai feladatokat, a plazmafizika és asztrofizika alapvető kérdéseit , a Napon és a bolygóköziben zajló folyamatok kapcsolatát. „ űridőjárással ” rendelkező közeg , amely befolyásolja a bioszférát és az emberi tevékenységet [29] [18] .
Az Interball projekt megvalósítása során értékes tapasztalatokra tettek szert a feszült sugárzási környezetben működő űrhajók létrehozásában és az energetikai töltésű részecskék hatásaitól való megvédésük módszereiben [14] . A fedélzeti információs komplexumban a kozmikus sugárzás által okozott hardverhibák kompenzálására szoftveres módszereket fejlesztettek ki és alkalmaztak sikeresen [16] . A szabványos és sugárzásálló napelemek összehasonlítása az Interball-2-n azt mutatta, hogy az új panelek repülés közbeni károsodásának mértéke 20%, míg a szabványos panelek 70%-kal [20] .
A nap-föld kapcsolatok több műholdas rendszerekkel történő kutatásának folytatásaként tervezték az "Interball-Prognoz" orosz-ukrán projektet, amely egy két-három fényműholdból álló csoportot tartalmazott volna egy napszinkron pályán . körülbelül 600 km magasságú és egy közepes kategóriájú "Interball-3" eszköz, amely saját meghajtási rendszerrel van felszerelve és magas elliptikus pályán működik. Az Interball-3-nak a bolygóközi közegben és a külső magnetoszférában kellett volna méréseket végeznie, és folytatni a RELIKT-1 kísérletben megkezdett, a milliméteres sugárzás természetes hátterének vizsgálatát . Az Interball-3 tudományos problémáinak megoldására egy komplex repülési sémát javasoltak, a Föld-Hold rendszer L1 librációs pontjának kezdeti pályára bocsátásával, hogy tanulmányozzák a frontális napszelet, majd át kellett helyezni elliptikus pályát a Föld körül 350 000 - 400 000 km-es apogeummal és tanulmányozzuk a magnetoszférában zajló folyamatokat, majd a program végén repüljük körbe az L2 pontot, amely a mikrohullámú sugárzás alacsony zajszintű mérésére a legkényelmesebb . Ez a projekt nem valósult meg [30] [31] .
A 2000-es évek eleje óta az IKI RAS megkezdte a „ Rezonancia ” nemzetközi többműholdas kísérlet előkészítését a belső magnetoszféra tanulmányozására, amely négy , erősen elliptikus pályára bocsátott MKA-FKI kis műholdon végzett egyidejű nagy felbontású méréseket foglal magában [32] . A Rezonancia projekt műholdjainak felbocsátását kezdetben 2012-re tervezték [33] , majd 2017-2018-ban [34] , később a határidőket tovább tolták, a projekt indítása 2025 után várható [35] .
