Научная программа

Характеристики областей, пересекаемых спутниками
Объекты исследования и научные задачи

Космическая научная программа включает изготовление и запуск двух сверхмалых космических аппаратов (КА) — «Университетский» и «Компас-2», предназначенных для изучения радиационной обстановки в околоземном космическом пространстве. Планируется, что оба КА будут запущены на круговые полярные (наклонение 83°) орбиты высотой 1000 и 500 км.

Благодаря большому наклонению плоскости орбиты КА будут пересекать практически все основные структурные области магнитосферы Земли: радиационные пояса, авроральную зону и полярные шапки. Это даёт основание планировать проведение фундаментальных и прикладных исследований в этих областях, существенно различающихся по своим свойствам и природе протекающих в них явлений.

Характеристики областей, пересекаемых спутниками

Общей характеристикой всех исследований, проводимых в околоземном космическом пространстве на различных КА, является присутствие мощных радиационных полей, образуемых до широт ~65° радиационными поясами Земли (РПЗ), а на более высоких широтах — потоками солнечных космических лучей, возникающими во время солнечных вспышек.

Для всестороннего и полного изучения радиационной обстановки в околоземном космическом пространстве самыми благоприятными являются полярные круговые орбиты, перекрывающие всё околоземное пространство.

Радиационные пояса Земли состоят в основном из протонов с энергиями 0.1–1000 МэВ и плотностью потока частиц до 107 см–2 с–1 при энергии ~100 кэВ и электронов в диапазоне энергий 0.04–10 МэВ с плотностью потока до 108 см–2 с–1 при энергии ~0.04 МэВ.

Пространственное и энергетическое распределение частиц радиационных поясов в околоземном пространстве неоднородно и определяется структурой и величиной геомагнитного поля с одной стороны, и механизмами генерации и потерь этих частиц из области геомагнитной ловушки с другой.

Наиболее жёсткая радиация сконцентрирована в области геомагнитного экватора на высотах < 3000 км. Именно для этой области высот характерно присутствие протонов радиационных поясов Земли с энергиями до ~1000 МэВ.

Микроспутники «Университетский» и «Компас-2» будут пересекать отроги радиационных поясов Земли на малых высотах и проходить близко к центру внутреннего радиационного пояса в районе экватора. Основные потоки энергичных частиц сосредоточены в южном полушарии в районе Южной Атлантики и Бразилии. Хорошо известная зависимость витковых доз от долготы в пределах 4-х порядков величины обусловлена асимметричным распределением РПЗ на малых высотах в силу долготной асимметрией магнитного поля Земли. Основную дозу радиации КА получает на витках (прямых и обратных), проходящих через область Южной Атлантики и Бразилии. Протоны солнечных космических лучей (солнечных вспышек) концентрируются вблизи геомагнитных полюсов на высоких геомагнитных широтах. Чем выше энергия протонов, тем на более низкие широты идет их проникновение, расширяется зона (и увеличивается время) их радиационного воздействия на космический аппарат.

Радиационная обстановка в околоземном пространстве в целом определяется солнечной активностью. Время проведения эксперимента приходится на период спада, возможно, минимума 23-го цикла солнечной активности (2004 год и далее). В этот период солнечные вспышки нечасты, но вероятны. Характерно наличие на Солнце 1–2 активных областей, с которыми будут связаны рекуррентные геомагнитные возмущения в магнитосфере Земли. Такая ситуация имеет свои плюсы, т. к. позволяет проследить развитие событий в «чистом» виде без наложения различных событий друг на друга. В то же время в 2004 году наблюдалость несколько мощных солнечных вспышек, изучение которых представляет особый интерес.

Объекты исследования и научные задачи

1.Полярная шапка
1. Форбуш-эффект галактических космических лучей (ГКЛ).
2. Широтный эффект ГКЛ.
3. Вспышечные возрастания солнечных космических лучей (СКЛ).
4. Динамика границ проникновения СКЛ.
5. Топология удаленных областей магнитосферы.

2.Авроральная зона
Динамика границ авроральной зоны по наблюдениям:
электронов с энергией ~1 кэВ;
электронов с энергией >70 кэВ;
протонов СКЛ с энергией ~1 МэВ;
свечения атмосферы по линии λ = 3914Å.

3.Внешний радиационный пояс
1. Изучение структуры внешнего пояса в спокойных и возмущенных геомагнитных условиях.
2. Исследование инжекции электронов с энергией <300 кэВ.
3. Изучение механизма инжекции релятивистских электронов (Ее>1 МэВ) во время геомагнитных бурь.
4. Изучение процессов высыпания электронов.

4.Внутренний радиационный пояс
1. Исследование пространственного распределения энергичных протонов.
2. Определение верхней границы потоков релятивистских электронов.
3. Изучение роли резонансных механизмов в ускорении энергичных электронов.

5.Исследование вариаций УФ
1. Полярные сияния и другие свечения атмосферы, вызываемые потоками заряженных частиц, проникающих в атмосферу Земли.
2. Свечение атмосферы при электрических разрядах.
3. Свечение метеоров.
4. Измерения фона свечения УФ в атмосфере.

© Научно-исследовательский институт ядерной физики им. Д. В. Скобельцына, 2003–.