IV. ВАЖНЕЙШИЕ ЗАКОНЧЕННЫЕ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЕ И
ОПЫТНО-КОНСТРУКТОРСКИЕ РАБОТЫ, ВЫПОЛНЕННЫЕ В 2007г. И ГОТОВЫЕ К ПРАКТИЧЕСКОМУ
ИСПОЛЬЗОВАНИЮ
Космический эксперимент «БТН-Нейтрон» на
Российском сегменте МКС: завершение ОКР, летные испытания аппаратуры БТН-М1 и
успешное начало исследований фонового
нейтронного излучения Земли
С 2001 по 2007 годы в лаборатории
№503 космической гамма-спектроскопии ИКИ РАН проводились работы по разработке и
созданию аппаратуры БТН-М1 для реализации научного эксперимента «БТН-Нейтрон»
на борту Российского сегмента МКС. Кроме Института космических исследований
РАН, в этих работах принимали участие сотрудники Института машиноведения им.
А.А.Благонравова РАН, Объединенного института ядерных исследований, РКК
«Энергия» им. С.П. Королева и Центра подготовки космонавтов им. Ю.А.Гагарина
Целями
этого эксперимента являются:
-
исследование вторичного нейтронного излучения верхней атмосферы Земли под
воздействием энергичных заряженных частиц в магнитосфере,
-
исследование нейтронной компоненты солнечных вспышек,
-
исследование нейтронной компоненты радиационного фона на борту МКС.
Особенностью проведения эксперимента «БТН-Нейтрон» на
борту МКС является возможность синхронных измерений нейтронного излучения Марса
в российском эксперименте ХЕНД на борту автоматической межпланетной станции
НАСА «Марс Одиссей». Совместная обработка данных измерений с двух приборов на
орбитах вокруг Земли и Марса создает уникальную возможность для стереоскопических
измерений с различных точек Солнечной системы потоков нейтронов от солнечных
вспышек, для сравнения вариаций радиационной обстановки на различных фазах
солнечного цикла, и также для сравнения радиационных условий на околоземных и
межпланетных космических аппаратах.
Для
регистрации нейтронов в составе аппаратуры БТН-М1 используется второй лётный
образец прибора ХЕНД, который был создан по заказу Роскосмоса для проекта НАСА
«Марс Одиссей». Созданные дополнительно
блоки аппаратуры БТН-М1 обеспечили сопряжение прибора ХЕНД со служебными
системами МКС, его установку на внешней стороне служебного модуля «Звезда» и
обеспечение теплового режима (рис. 1 и 2). Работы по созданию и отработкам
аппаратуры БТН-М1 были выполнены в ИКИ РАН по контракту с РКК «Энергия» на
основании контракта № 828 от 15.03.2002г. в рамках проекта Роскосмоса
«МКС-Наука». .
Рис. 1. Детекторный блок БТН-МД предназначен для
установки вне гермоотсека на внешней поверхности модуля «Звезда»
Рис. 2. Блок электроники БТН-МЭ предназначен для
установки внутри гермоотсека модуля «Звезда»
В
октябре 2006 года аппаратура БТН-М1 была доставлена на РС МКС на ТГК «Прогресс
М-358». Космонавт М.В. Тюрин (экспедиция МКС-14) произвел установку и
подключение блока БТН-МЭ к бортовым системам РС МКС в ноябре 2006г (рис. 3).
Была также произведена подготовка блока БТН-МД к выносу в открытый космос. Он
был установлен на штатное место на внешней поверхности МКС во время двух
выходов в открытый космос космонавта России М. Тюрина и астронавта США М.
Лопес-Алегрия 23 ноября 2007 года и 22 февраля 2007 года (рис. 4).
Рис. 3. Блок электроники на штатном месте на борту МКС
Рис. 4. Астронавт М.Лопез-Алегрия во время установки
детекторного блок БТН-МД на внешней поверхности служебного модуля «Звезда»
26 февраля
2007 года аппаратура БТН-М1 была включена в режим научных измерений. До 14 июня
2007 года аппаратура работала в режиме
штатной эксплуатации с настройками «по умолчанию». Привязка времени
производилась по командам ЦУПа. 14 июня
2007 года управление аппаратурой БТН-М1 и временная привязка данных были
переключены к служебному Блоку Сервера Полезной Нагрузки (БСПН), и аппаратура
была переведена в режим штатной эксплуатации с настройками, произведёнными по
командам с Земли.
За весь период работы в феврале 2007
года аппаратура БТН-М1 функционирует
штатно без замечаний, все параметры находятся в допустимых пределах.
Научные данные в сеансах связи с МКС поступают в базу данных наземного сегмента
эксперимента «БТН-Нейтрон» в ЦУП-М и передаются в ИКИ РАН для обработки. Общий объем данных измерений составляет около
1,6 Мбайт в сутки.
По
результатам измерений аппаратурой БТН-М1 построены карты нейтронного и
гамма-излучения верхней атмосферы Земли на орбите МКС (пример карты излучения
эпитепловых нейтронов представлен на рис. 5).
Рис.5. Карта излучения эпитепловых нейтронов на орбите
МКС по данным эксперимента «БТН-Нейтрон»
На этих картах хорошо видно увеличение скорости счета
нейтронов на высоких широтах и также в области Южно-Атлантической Магнитной
аномалии. В этих районах происходит увеличение потока энергичных заряженных
частиц в верхней атмосфере Земли, что приводит в возрастанию вторичного
нейтронного излучения.
Измерение потока нейтронов на различных участках
орбиты станции позволило выполнить первые оценки нейтронной компоненты
радиационного фона на борту МКС и построить глобальную карту дозы от нейтронов
(рис. 6).
Рис.6. Карта скорости накопления нейтронной компоненты
дозы по данным эксперимента
«БТН-Нейтрон» за февраль – июнь 2007г. Исключен район Южной Магнитной Аномалии,
который в настоящее время изучается в отдельном исследовании.
За
весь период наблюдений с февраля по ноябрь 2007г. не были зарегистрированы
проявления солнечной активности, и данные измерений характеризуют фоновую
обстановку в период спокойного Солнца. Продолжение экспериментов «БТН-Нейтрон»
на МКС и ХЕНД на аппарате «Марс Одиссей» в 2008-2013 годах позволит выполнить
синхронные измерения мощных солнечных вспышей на фазе нарастания нового
солнечного цикла из точек на околоземной и околомарсианской орбитах.
На
начальном этапе эксперимента «Нейтрон-БТН» в 2007 году были получены следующие
результаты:
1)
Измерены спектральная плотность потока нейтронов вдоль орбите МКС в
энергетическом диапазоне от 0.4 эВ до 10 МэВ.
2)
Выполнена оценка нейтронной компоненты радиационного фона над атмосферой Земли
на высоте орбиты МКС.
3)
Проведены натурные испытания новых перспективных сцинтилляционных кристаллов в
условиях космической радиации и получены выводы о возможности их использования
для космических экспериментов по гамма-спектроскопии.
Технология использования
данных, поступающих со спутниковых РЛС
В 2007 году в
рамках работ по созданию и развитию Отраслевой системы мониторинга рыболовства
(ОСМ), которые ведутся в ИКИ РАН совместно с другими организациями (в первую очередь с ФГУ КЦСМ, ФГУ
«Нацрыбресурс», ЗАО «Транзас», ФГУ МРЦМ и др.) начиная с 1999 года, прошла опытную эксплуатацию
технология использования данных, поступающих со спутниковых РЛС, для
осуществления независимого контроля позиционирования судов. Тестирование
технологии осуществлялось совместно с Камчатским центром связи и мониторинга.
Проведенная опытная эксплуатация показала, что технология готова к
практическому внедрению в ОСМ. В
настоящее время с технологией ознакомлены пользователи ОСМ, в частности ФПС ФСБ
РФ, которые дали предлагаемой технологии высокою оценку.
Научный руководитель
разработки:
К.ф.м.н. Пырков В.Н.
333-53-13 pyrkov@smis.iki.rssi.ru
Пример сопоставления данных полученных от спутникового радиолокатора с данными позиционирования судов.
Создан Универсальный приборный бортовой процессор
(УБП) для космического эксперимента.
Основная проблема в современных космических экспериментах на КА,
работающих на больших удалениях от Земли, состоит в непредсказуемости времени
появления тех или иных явлений, представляющих научный интерес, и
ограниченности объема данных, которые могут быть переданы на Землю. Выход
состоит в дополнении традиционной телеметрической системы с ее ограниченной
пропускной способностью отдельной «интеллектуальной» бортовой системой,
получающей от конкретного научного прибора максимальный объем информации,
накапливающей ее в течение некоторого времени и анализирующей ее с целью
выяснить научную ценность полученных данных. Алгоритм анализа может уточняться
в процессе работы и программа для анализа может быть модифицирована в
полете. В ходе выполнения работ были
получены научные и практические результаты, позволяющие в дальнейшем
использовать их в космическом приборостроении.
В
настоящее время эта работа нашла практическое использование в двух проектах, выполняемых отделом
«Разработки и обслуживания микропроцессорной техники и математического
обеспечения» №75:
- «Разработка и
создание прибора ССНИ-2 для КА «Спектр-Р»» и «Разработка и создания
комплекса научной аппаратуры «ПЛАЗМА-Ф»»
- «Разработка и
изготовление прибора ДПК для измерения параметров окружающей атмосферы на
РС МКС»
Зав.отд.
75 к.ф.-м.н. Л.С.Чесалин, тел.333-30-67,
e-mail: lchesali@mx.iki.rssi.ru