Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес оригинального документа : http://cosmos.msu.ru/tatyana.doc Дата изменения: Fri Oct 7 12:38:57 2005 Дата индексирования: Mon Oct 1 19:24:18 2012 Кодировка: koi8-r

НАУЧНАЯ ПРОГРАММА ЭКСПЕРИМЕНТА
«Компас-2/Татьяна»
Целью эксперимента является регистрация корпускулярного излучения
(электронов и протонов) в различных областях магнитосферы Земли и фоновых и
вспышечных прооцессов в ультрафиолетовом диапазоне длин волн в верхних
слоях атмосферы Земли.
Научные задачи.
Научная аппаратура «Татьяна» в составе комплекса научного оборудования
малогабаритного космического аппарата (МКА) «Вулкан - Компас-2»
разрабатывается для регистрации и изучения радиации, космических лучей,
ультрафиолетового свечения атмосферы Земли и изучения влияния различных
компонентов космической радиации (протоны, электроны и т.д.) на
радиационную обстановку в околоземном космическом пространстве.
Научная аппаратура «Татьяна» позволяет получать информацию о целом ряде
процессов, происходящих в околоземном космическом пространстве и в верхних
слоях атмосферы Земли. К этим процессам можно отнести потоки электронов и
протонов разной энергии в различных областях магнитосферы (полярные шапки,
авроральные зоны, внешний и внутренний радиационные пояса), измерение
тонкой структуры вариаций ультрафиолетового свечения атмосферы Земли
возникающего от сгорания в атмосфере микрометеоритов и предметов
деятельности людей по освоению космического пространства, а также
вспышечных явлений природного (грозы) и техногенного характера.

Описание научной аппаратуры «Татьяна»
Научная аппаратура «Татьяна» состоит из:
. блока БД предназначенного для регистрации корпускулярной
космической радиации и состоящего из полупроводниковых кремниевых
детекторов, сцинтилляционного детектора на основе кристалла CsI и
газоразрядного гейгеровского счетчика;
. блока ДУФ предназначенного для регистрации УФ свечения атмосферы и
состоящего из чувствительного к УФ излучению фотодетектора на
основе фотоэлектронного умножителя;
. блока БИ предназначенного для промежуточного хранения информации с
блоков БД и ДУФ и передачи данной информации в служебные системы
МКА.

Основные параметры детекторных блоков

Детекторы блока БД (Рис. 1.) обеспечивают регистрацию корпускулярной
радиации в соответствии с таблицей
[pic]
Рис. 1. Внешний вид блока детекторов корпускулярной радиации.
[pic]
Рис. 2. Внешний вид детектора ультрафиолетового излучения.


|Тип |Защита |Энергии |Пороговое |Геом. |Боковая |
|детекто|вх. окна|регистрируемых|энерговыделен|фактор |защита, |
|ров | |частиц |ие | |энергии |
|ППД |300 мкм |Ee > 300-600 |?E1~110 кэВ |5.10-2џ10-|8мм латунь|
|300 мкм|Al |кэВ | |1 | |
|Si | |Ep > 7 -16 МэВ|?E2~2.0 МэВ |см2ср |(Ee>12 |
| | | | | |МэВ, |
| | | | | |Ep>80 |
| | | | | |МэВ) |
|ППД |~1 мм Al|Ee>0.7-0.9 |?E1~150 кэВ |- " - |8 мм |
|1000 | |МэВ | | |латунь |
|мкм Si | |Ee ™ 0.9 МэВ|?E2~400 кэВ | |(Ee>12 |
| | | |?E3~3.5 МэВ | |МэВ, |
| | |Ep = 14 -60 | | |Ep>80 |
| | |МэВ | | |МэВ) |
|CsJ(Tl)|~4 мм |Ер > 110 |?E1~5.5 МэВ |~4.101 | |
| |Al +11мм|МэВ | |см2ср | |
|15х15 |Рв |Е( > 400 МэВ |?E2~80 МэВ | | |
|мм | | | | | |
|СБТ-9 |10 мкм |Ее > 40 кэВ | |~5.10-3 џ |4 мм алюм.|
| |Al | | |10-2 | |
| | | | |см2ср |(Ep> 40 |
| | | | | |МэВ, |
| | | | | |Ee>2 МэВ) |

Детекторы блока ДУФ (Рис. 2.) осуществляют измерение фона и всплесков
излучения в диапазоне длин волн 200 - 350 нм.
Методика измерений
Научная аппаратура для малого спутника «Компас-2» предназначена для
измерения потоков заряженных частиц в широком диапазоне энергий от (40 кэВ
до нескольких сотен МэВ. Для этого в аппаратуре используется три разных
типа детекторов: газоразрядный счетчик СБТ-9, полупроводниковый детектор и
сцинтилляционный детектор.
Принцип действия газоразрядного счетчика СБТ-9 и полупроводникового
детектора (ППД) основан на измерении ионизационных потерь. В газоразрядном
счетчике СБТ-9 использован газовый разряд для усиления первичной ионизации.
В полупроводниковых детекторах измеряется число ионов, образованных
движущейся частицей в кремнии ППД. Ионизация возникает при неупругом
столкновении частиц с атомами вещества. Ионизационные потери пролетающей
частицы пропорциональны числу ионов, что дает возможность определить
энергию падающей частицы. На рис. 3 приведен пример рассчитанных значений
энерговыделения протонов и электронов в детекторе ППД-300 с учетом защиты
входного окна ~10 мкм Al. На рисунке по горизонтальной оси обозначена
первичная энергия частиц, а по вертикальной - потери энергии в
чувствительном слое детектора. Пунктирные линии соответствуют выбранным
энергетическим порогам, обеспечивающим необходимый диапазон регистрируемых
энергий.
[pic]
Рис. 3. Зависимость энерговыделения протонов и электронов

в Si-ППД толщиной 300 мкм под защитой 10 мкм Al от энергии частиц.

Действие сцинтилляционного детектора основано на возбуждении
заряженными частицами в ряде веществ световых вспышек (сцинтилляций),
которые регистрируются фотодиодом. На Рис. 4. приведен пример рассчитанных
значений энерговыделения от протонов и электронов в кристалле CsI(Tl) h=15
mm под защитой 4mm Al+11 mm Cu. На рисунке по горизонтальной оси
обозначена первичная энергия частиц, а по вертикальной - потери энергии в
кристалле сцинтиллятора. Пунктир - значения выставленных эквивалентных
энергетических порогов.
[pic]
Рис. 4. Зависимость энерговыделения протонов и электронов

в кристалле CsI(Tl) h=15 mm под защитой 4mm Al+11 mm Cu от энергии частиц.
Регистрация оптических явлений в ультрафиолетовом диапазоне длин волн,
возникающих в атмосфере Земли, осуществляется фотоэлектронными умножителями
(ФЭУ) типа Hamamatsu R1463, обладающих высокой чувствительностью к квантам
света с длинной волны 200 - 350 нм. Для уменьшения фона от квантов с другой
длинной волны перед ФЭУ устанавливается специальный светофильтр,
пропускающий только кванты света с заданной длинной волны. Поле зрения ФЭУ
ограничено углами (15( от местной вертикали, специальным коллиматором.
Фоновая освещенность атмосферы регистрируется каждые 4 сек при времени
интегрирования сигнала в точке 64 мсек. Система регистрации вспышек света
представляет собой цифровой осциллограф, регистрирующий вспышки
длительностью от десятков микросекунд до десятков миллисекунд.
Осциллограмма вспышки записывается в одном из двух временных поддиапазонов,
общей длительностью 4 и 64 миллисекунды и содержит 256 точек измерения.


Примеры измерений

Аналогичные описанным выше методики регистрации заряженных частиц в
космическом пространстве и ультрафиолетового фона атмосферы Земли были
использованы при создании научной аппаратуры, установленной на борту
микроспутника «Университетский-Татьяна», который был запущен на круговую
орбиту, высотой (1000 км и наклонением (83(.
На рис. 3 представлен временной ход потоков частиц, регистрируемых
газоразрядным счетчиком (верхняя панель, верхняя кривая), и потоков частиц,
регистрируемых сцинтилляционным детектором (верхняя панель, нижняя кривая).
На средней панели приведены вариации географических координат спутника:
долгота и широта. На нижней панели представлены значения параметра L-
оболочки. Период обращения спутника составляет (90 мин. На рис. 3.5.5.
представлено 3,5 пролета спутника вокруг Земли. Хорошо видна периодичность
и повторяемость вариаций потоков регистрируемых частиц, так как период,
представленный на рис.3, геомагнитно-спокойный.


[pic]

Рис. 5. Пример временного хода потоков заряженных частиц

по данным ИСЗ «Университетский-Татьяна» 08.02.2005.
На Рис. 6. Представлена осциллограмма измерения сигнала свечения
атмосферы на двух последовательных витках в безлунную ночь.
[pic]
Рис. 6. Пример осциллограммы измерения свечения атмосферы на двух
последовательных витках: 1-код управления высоким напряжением, 2- фон в
относительных единицах; (-момент включения регистрации на теневой стороне,
(, (, (- регистрация УФ свечения городов.

Максимальный объем данных, передаваемый от БИ к БКУ, составляет ~2
Мбайт/сутки.