Роль плазменной турбулентности в распространении радиоволн и динамике энергичных частиц: активные ионосферные эксперименты на стенде «Сура», лабораторные эксперименты на крупномасштабных плазменных установках, теория и численное моделирование

Проект нацелен на разработку современных моделей взаимодействия волн и частиц с турбулентностью магнитоактивной плазмы, возбуждаемой мощным электромагнитным излучением, на основе целенаправленных экспериментов на лабораторных плазменных установках и в ионосфере, проводимых по согласованным программам. Искусственная ионосферная турбулентность (ИИТ), возбуждаемая мощным радиоизлучением, объединяет системы разномасштабных плазменных неоднородностей, связанных с ними токовых систем и электромагнитных полей. ИИТ сама по себе является и объектом исследований, и их инструментом, поскольку служит каналом эффективной доставки энергии в ионосферные слои и выше, в магнитосферу. Кроме того, ИИТ может рассматриваться как модель естественной турбулентности ионосферы, характерной для высокоширотной (авроральной) зоны. В основу проекта положен детальный сравнительный анализ результатов экспериментов по модификации ионосферы коротковолновым (КВ) излучением и результатов экспериментов по генерации плазменных возмущений на лабораторных установках, которые по своим характеристикам отвечают требованиям масштабного моделирования ионосферных эффектов. Научная новизна проекта заключается в комплексном подходе, в рамках которого близкие (в отдельных случаях – идентичные) по постановке эксперименты проводятся и на лабораторных плазменных установках, и в ионосфере. Выбор параметров лабораторных и ионосферных экспериментов будет основан на обоснованных критериях подобия, позволяющих реализовать количественный подход к моделированию. Экспериментальная часть проекта будет выполняться на двух уникальных научных установках России – нагревном стенде «Сура» (НИРФИ ННГУ) и крупнейшем плазменном стенде «Крот», а также на установке «Ионосфера». В ионосферных экспериментах будут использоваться данные, получаемые на действующих ИСЗ, а также, в перспективе, на ИСЗ «Ионосфера-М», запуск которых намечен на 2024 год. Также при выполнении проекта будет использоваться имеющаяся у его участников обширная база ранее полученных экспериментальных данных. В расчетно-теоретической части проекта будут использованы современные полноволновые методы численного моделирования и методы лучевой (геометрической) оптики, а также аналитические методы, включая методы точного решения электродинамических задач.