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 летный 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, произведенными 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:

1. 'Разработка и создание прибора ССНИ-2 для КА 'Спектр-Р'' и 'Разработка и создания комплекса научной аппаратуры 'ПЛАЗМА-Ф''
2. '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