РАБОТЫ, ВЫПОЛНЯЕМЫЕ ПО ПРОЕКТАМ КОСМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

III. РАБОТЫ, ВЫПОЛНЯЕМЫЕ ПО ПРОЕКТАМ КОСМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1 Проекты в стадии реализации

1. Детектор нейтронов высоких энергий ХЕНД для КА НАСА “2001 Марс Одиссей” (шифр – МСП-2001).

Заказчик – Росавиакосмос.

Детектор быстрых нейтронов ХЕНД является российским экспериментом в составе гамма спектрометрического комплекса GRS космического аппарата НАСА “2001 Марс Одиссей” (США).

Научная цель эксперимента – исследование потоков нейтронов образующихся в верхнем слое грунта Марса под действием космических лучей для поиска воды и обеспечения обработки данных гамма спектрометра GRS.

КА “2001 Марс Одиссей” запущен 7 апреля 2001 г. Официальная дата окончания миссии – август 2004 г. Предполагается продолжение исследований до 2006 г. и далее.

Руководитель проекта: Д.ф.м.н. Митрофанов И.Г. тел.: 333-3489, imitrofa@space.ru

Состав научной аппаратуры

Основными регистрирующими устройствами прибора HEND являются 3 пропорциональных счетчика (SD, MD и LD) на основе ³He и сцинтилляционный блок (SC) с двумя сцинтилляторами на основе стильбена и CsI. Детекторы SD, MD и LD и внутренний сцинтилляционный детектор имеют различную чувствительность к нейтронам различных энергий, и поэтому они позволяют измерить спектральное распределение потока нейтронов в энергетическом диапазоне от 0.4 эВ до 1.0 МэВ. Сцинтилляционный детектор SC/IN измеряет нейтроны с энергиями 300 кэВ -10.0 МэВ на основе регистрации протонов отдачи. В этом детекторе реализована схема разделения отсчетов при регистрации нейтронов от отсчетов при регистрации гамма - квантов, которая вырабатывает два различных сигнала от нейтронов и от гамма- квантов. При этом степень подавления фона от гамма - квантов в нейтронном сигнале очень высока и составляет более 1000. Прибор описан на сайте ИКИ РАН http://www.iki.rssi.ru/hend/

Основные результаты

В 2003 г. детектор ХЕНД на борту КА находится на круговой орбите с высотой около 400 км и периодом обращения около 2 ч, с которой производится картографирование поверхности Марса в различных диапазонах энергий нейтронов и гамма квантов. В течение всего времени, за исключением времени проведения, в соответствии с планом работ проекта, регламентных работ с системами КА и внеплановых отключений при повышенной солнечной активности, выдавал данные измерений нейтронного и гамма полей в межпланетном пространстве и около Марса. В настоящее время прибор работает без замечаний, по данным телеметрии все его параметры в норме.

Результатом исследований проведенных прибором Хенд и другой аппаратурой гамма спектрометрического комплекса КА явилось открытие на Марсе обширных областей вечной мерзлоты с высоким содержанием водяного льда. Также, по результатам работы в течение первого марсианского года, получены свидетельства сезонных изменений состава поверхности Марса.

Финансирование ОКР по теме МСП-2001 проводится Росавиакосмосом.

2. Проект ИНТЕГРАЛ

(http://hea.iki.rssi.ru/integral/)

17 октября 2002 г. российской ракетой-носителем ПРОТОН была выведена на высокоапогейную орбиту международная обсерватория гамма-лучей ИНТЕГРАЛ. В обмен на запуск космического аппарата российские ученые получат право на ~25% научных данных миссии, которые будут доступны через Российский Центр Научных Данных (РЦНД) проекта ИНТЕГРАЛ, организованный в Институте Космических Исследований. С момента создания РЦНД его сотрудники вели активную работу по адаптации существующего и разработке нового математического обеспечения миссии, занимались распространением информации о предстоящем проекте среди российской научной общественности. В Центре был организован прием заявок от российских пользователей на первый цикл наблюдений обсерватории ИНТЕГРАЛ и осуществлялась вся необходимая консультационная помощь.

Практически сразу после запуска обсерватория “Интеграл” стала давать ценную научную информацию. С конца декабря 2002г. обсерватория начала регулярные наблюдения в рамках Общей и Основной программ. В рамках Общей программы (составленной по итогам конкурса заявок) Россия имеет 27% данных. На текущий момент обсерваторией уже выполнен значительный объем российских наблюдений (более 75%).

(Академик Сюняев Р.А. rs@hea.iki.rssi.ru, д.ф.-м.н. Павлинский М.Н. 333-23-66, mykle@hea.iki.rssi.ru, д.ф.-м.н. Гребенев С.А., 333-22-22, sergei@hea.iki.rssi.ru )

3. Проект КОРОНАС-Ф

Проект направлен на фундаментальные исследования по физике Солнца, солнечной активности и ее прогнозирования, а также солнечно-земных связей. Одной из научных задач является изучение мощных динамических процессов активного Солнца (солнечные пятна, вспышки, выбросы плазмы) с целью создания теорий и методов прогнозирования этих явлений. Для этого используются приборы, позволяющие регистрировать солнечное излучение во всем диапазоне электромагнитного спектра от радиоволн до гамма-излучения.В состав КНА “КОРОНАС-Ф” входит рентгеновский полупроводниковый спектрометр РПС-1 с нетрадиционным детектором из теллурида кадмия. РПС-1 разработан в ИКИ РАН. Он предназначен для регистрации и проведения тонкой спектрометрии рентгеновского излучения солнечных вспышек и их предвестников в диапазоне 3-30 кэВ. Данные с РПС-1 – составная часть исследований солнечной активности и ее механизмов.

Основу спектрометра составляет нетрадиционный для космических исследований детектор из теллурида кадмия, охлаждаемый микроохладителем, что позволяет проводить тонкую спектрометрию излучения (его энергетическое разрешение 740 эВ на линии 5,9 кэВ ⁵⁵Fe) и детально исследовать спектрально-временные характеристики вспышек на разных фазах их развития.

Текущая информация со спутника, находящаяся на сервере ИЗМИРАН, регулярно перекачивается в ИКИ и обрабатывается по мере ее поступления. Анализ обработанной информации показывает, что все вспышки, зафиксированные аппаратурой спутника GOES, регистрируютсся прибором РПС-1 на дневной стороне неба.

Высокая чувствительность РПС-1 позволяет проследить изменение спектра дневного неба (в отсутствии вспышек) в зависимости от уровня солнечной активности, а также временную эволюцию спектров слабых вспышек классов B и С (согласно GOES). Исследования спектров более сильных вспышек классов M и Х, регистируемых РПС-1, однако затруднительны из-за недостаточного быстродействия АЦП АВС (имеется завал спектров в мягкой части) и фактического отсутствия данных, получаемых по каналу ТМ РТС. В 2003 году продолжалось получение данных с РПС-1, их первичная и тематическая обработки.

Рис.П1. Спектр мощности излучения (отсчеты/сек) в диапазоне энергий квантов 3¸ 15 кэВ в моменты времени, соответствующие началу (1), максимуму (2) и спаду (3) излучения вспышки

Конструктивно РПС-1 состоит из двух основных частей: детектирующий РПС-1БД (см. Панков В.М., Прохин В.Л., Шкуркин Ю.Г. и др. - Изв. ВУЗов, сер. Радиофизика, 1996, т.39, № 11-12, с.1500) и блока электроники, в качестве которой использован прибор АВС ( см. Гляненко А.С., Котов Ю.Д., Павлов А.В. и др. - ПТЭ, 1999, № 5, с.10 ), входящий в состав КНА ² КОРОНАС-Ф² .

С выхода РПС-1 БД сформированные сигналы поступают на вход АВС, где производится их регистрация, амплитудный анализ и запоминание. Снимаемые с выхода АВС 32-х канальные спектры передаются по каналу ТМ ССНИ. Кроме того, поступающие с РПС-1БД сигналы регистрируются неперегружаемыми интенсиметрами, показания которых передаются по каналу ТМ РТС и позволяют провести ² грубую² спектрометрию излучения в 4-х энергетических интервалах.

В качестве примера ниже приведены рисунки, на которых показана вспышка класса С 1.0, зарегистрированная прибором РПС-1. Спектр излучения приведен на рис.П1. Показана эволюция спектра вспышки в моменты, соответствующие началу(1), максимуму(2) и спаду(3) (по данным аппаратуры спутника GOES ). Как видим, имеется подобие спектров для различных стадий эволюции вспышки. Кроме того наблюдается большая крутизна в спадании спектра с ростом энергии квантов.

На рис.П2 показан временной профиль вспышки в 3-х энергетических интервалах рентгеновского излучения 3¸ 6 ; 6¸ 9 и 9¸ 21 кэВ, а также зависимость от времени широты и долготы прибора. При этом красная кривая соответствует энергиям квантов 3¸ 6 кэВ, зеленая энергиям 6¸ 9 кэВ и синяя энергиям 9¸ 21 кэВ. Видно, что немонотонность временного профиля интенсивности излучения фактически наблюдается для низких энергий квантов 3¸ 6 кэВ.

Рис.П2. Временной профиль вспышки в 3-х энергетических интервалах рентгеновского излучения 3¸ 6 ; 6¸ 9 и 9¸ 21 кэВ, а также зависимость от времени широты и долготы места нахождения прибора.

Главный конструктор проекта В.М.Панков. Тел.333-30-45. E-mail: vpan-iki@yandex.ru.

4. Проект МАРС ЭКСПРЕСС

Это проект Европейского космического агентства. Научные задачи проекта – глобальные исследования поверхности, атмосферы и климата Марса с целью раскрытия их эволюции. При этом используются в качестве прототипов приборы, ранее разработанные для космического аппарата МАРС-96 совместно европейскими и российскими специалистами. МАРС ЭКСПРЕСС запущен при помощи носителя СОЮЗ/ФРЕГАТ (на коммерческой основе) 2 июня 2003 г.

Состав миссии: орбитальный аппарат и малая станция. Их основные характеристики приведены в Таблице 2а.

Таблица 2а. Основные характеристики миссии Марс Экспресс.

Орбитальный аппарат

Полная масса на траектории полета к Марсу, кг 1223

Масса научного оборудования, кг 116

Размеры (без солнечных панелей),м 1,5х1,8х1.4

Площадь солнечных панелей, м² 11,42

Мощность системы питания, Вт 500

Диаметр HG антенны, м 1,8

Рабочие частоты, Ггц ,

Борт-Земля, X-band 7.1

Земля-Борт, S-band 2.1

Объем бортового ЗУ, Гбит 12

Средняя скорость передачи информации, Кбит/c 230

Точность ориентации, град 0,15

Номинальная орбита:

Период обращения, час. 7,5

Наклонение, град 86,3

Высота перицентра, км 258

Высота апоцентра, км 11560

Старт 2 июня 2003 г.

Прибытие к Марсу 26.12.2003

Сезон на Марсе в начале работы на орбите весна

Продолжительность активного существования на орбите, не менее 2 лет.

Посадочный модуль Beagle 2

Полная масса,кг 65

Масса на поверхности,кг 30

Продолжительность активного существования, 6 мес.

Место посадки 11^oN, 270^oW, Isidis Planitia

Научные задачи миссии Марс Экспресс кратко охарактеризованы в таблице 2б:

Научная задача	Приборы
Картирование областей, особо интересных с точки зрения эволюции поверхности	ТВ-камера HRSC
Изучение глубины залегания вечной мерзлоты на разных широтах, определение толщины полярных шапок	Радар MARSIS
Картирование спектральных деталей, характеризующих минеральный состав поверхности, поиск осадочных пород	Спектрометры OMEGA и PFS
Картирование спектральных деталей, характеризующих малые составляющие в атмосфере – Н₂О, СО, О₃. Поиск других малых составляющих.	Спектрометры PFS, OMEGA, и SPICAM-Light
3-D картирование вертикальных профилей температуры	PFS, SPICAM-Light, MaRS
Картирование спектральных деталей, характеризующих аэрозоли в атмосфере и конденсаты на поверхности	OMEGA и PFS
Исследования характеристик верхней атмосферы и ионосферы	OMEGA, MARSIS
Мониторинг процессов взаимодействия Солнечного ветра с атмосферой	ASPERA
Эволюция атмосферы и климата Марса	Все эксперименты – в совокупности
Поиск следов биологической активности	Beagle 2

Специалисты ИКИ участвуют в работе по экспериментам ПФС, ОМЕГА, СПИКАМ и АСПЕРА, а в дальнейшем будет участвовать в обработке и интерпретации полученных данных. Для прибора СПИКАМ ИКИ поставляет инфракрасный спектрометр, для прибора ОМЕГА узел входной оптики, для ПФС узлы приемников (см. Табл.2в). Финансирование работ проводится по контракту с РКА.

Таблица 2в. Российское участие в экспериментах миссии Марс-Экспресс.

Эксперимент/прибор	Назначение	Российское участие в научной аппаратуре
HRSC G.Neukum Германия	ТВ-камера для стереосъемки поверхности планеты. Фокусное расстояние 175 мм. разрешение 10 м (перицентр, надир).	*
ОМЕGA J.-P. Bibring Франция	Картирующий спектрометр, диапазон 0.5 – 5,2 мкм, спектр. разрешение ~ 50 см^-1, пространственное ~0.1-3 км	Сканирующее устройство СУ/ОМЕГА (ИКИ РАН, Г.А Аванесов, отд. 74, В.И. Мороз, лаб.531)
PFS, V. Formisano Италия	Инфракрасный фурье-спектрометр, диапазон 1,2 – 40 мкм, спектр. разрешение 2 см^-1, пространственное ~20 км	Блоки приемников излучения, КИА для физической калибровки (ИКИ РАН, В.И. Мороз, лаб.531)
SPICAM, J.L. Bertaux Франция	Спектрометр УФ (118-320 нм) и ближнего ИК (1,0-1,7 мкм) , режимы затмений Солнца и звезд, измерений профиля лимба и в надире	ИК спектрометр ИК/СПИКАМ (ИКИ РАН, О.И. Кораблев, лаб. 536)
АSPERA-3 R. Lundin Швеция	Анализатор плазмы (0,001 – 20кэв) и нейтрального газа (0,1- 60кэв)	Лабораторный прототип (ИКИ РАН, отд. 54)
MARSIS G. Picardy Италия	Длинноволновый радар	*

* Российские специалисты не принимали участие в создании аппаратуры для данного эксперимента, но привлекаются к подготовке программ измерений на орбите. Они будут участвовать в обработке данных и в их интерпретации. Ученые ГЕОХИ РАН и Института динамики геосфер РАН входят в состав научной группы по эксперименту.

Все системы КА работают без существенных замечаний кроме системы питания. Ее мощность на 30% меньше заданной по ТЗ. нормально. Причина – ошибка в соединениях элементов солнечных батарей. Это создаст ограничения при работе на орбите, но не будет препятствовать выполнению программы в целом.

Все приборы успешно прошли проверку в полете. В ходе этой проверки были получены уникальные ИК-спектры Земли и Луны с расстояния около 7 млн км.

Д.ф.-м.н В.И. Мороз, 333-31-02, moroz@irn.iki.rssi.ru (Лаб.531)

Д.ф.-м.н. О.И.Кораблев, 333-54-34, oleg@irn.iki.rssi.ru (Лаб. 536)

В.И. Мороз. Марс Экспресс на пути к красной планете. Новости космонавтики, 13, №8, 16-21,1983

5. Проект МER-2003 (НАСА), прибор Мессбауэровский спектрометр.

Прибор Мессбауэровский спектрометр включен в состав двух миссий - Mars Eploration Rover (MER) и Beagle-2/Mars Express. Работа ведется под его общим руководством в лаборатории Е.Н. Евланова. Российская сторона по имеющейся договоренности должна была обеспечить поставки элементов (источники излучения) для соответствующих приборов и разработку методики калибровки. Финансирования со стороны РКА не было, но тем не менее обязательства удалось выполнить. Космические аппараты MER-1 и MER-2 успешно стартовали к Марсу в июне 2003 г. На них установлены мессбаэровские спектрометры с российским источником. Источник мессбауэровского спектрометра для Beagle-2 установлен не был из-за отказа организации, ответственной за сборку, от применения элементов конструкции, содержащих радиоактивные вещества. В результате исследования Марса с мессбауэровским спектрометром на Beagle-2 провести не удастся. На американских аппаратах MER-1 и MER-2 были проведены проверки этого прибора в полете. Замечаний по его работе нет.

Д.ф.-м.н. В.М. Линкин, 333-21-77, linkin@mx.iki.rssi.ru (Лаб. 533), К.ф.-м.н. Е.Н. Евланов, 333-11-67, bzubkov@mx.iki.rssi.ru (Лаб. 537)