УДК 550.388.2; 523.985.3
ИССЛЕДОВАНИЯ КОСМИЧЕСКОЙ СРЕДЫ НА МИКРОСПУТНИКАХ УНИВЕРСИТЕТСКИЙ-ТАТЬЯНА И УНИВЕРСИТЕТСКИЙ-ТАТЬЯНА-2
© 2011 г. В. А. Садовничий1, М. И. Панасюк2, И. В. Яшин2, В. О. Баринова2, Н. Н. Веденькин2, Н. А. Власова2, Г. К. Гарипов2, |О. Р. Григорян|2, |Т. А. Иванова
B. В. Калегаев2, П. А. Климов2, А. С. Ковтюх2, С. А. Красоткин2, Н. В. Кузнецов2,
C. Н. Кузнецов!2, Е. А. Муравьева2, И. Н. Мягкова2, Р. А. Ныммик2, Н. Н. Павлов2,
Д. А. Парунакян2, |А. Н. Петров)2, В. Л. Петров2, М. В. Подзолко2, В. В. Радченко2, С. Я. Рейзман2, И. А. Рубинштейн2, М. О. Рязанцева2, Е. А. Сигаева2, |Э. Н. Сосновец
2
Л. И. Старостин2, В. И. Тулупов2, Б. А. Хренов2, В. М. Шахпаронов2, А. В. Широков2, С. Ю. Бобровников1, В. В. Александров1, С. С. Лемак1, В. С. Морозенко3, В. М. Журавлев4, Е. А. Мареев5, В. Н. Блинов6, Н. Н. Иванов6, В. А. Кожевников7, Л. А. Макриденко7, В. М. Краснопеев8, А. П. Папков8, Дж. Ли9, И. Пак9, Х. Коцоми10, О. Мартинес10, Э. Понсе10, У. Салазар10
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Москва, Россия 2Научно-исследовательский институт ядерной физики им. Д.В. Скобельцына, Московского государственного университета, Москва, Россия 3Костромской государственный университет, Кострома, Россия 4Ульяновский государственный университет, Ульяновск, Россия 5Институт прикладной физики РАН, Нижний Новгород, Россия 6ПО "ПОЛЕТ" - филиал ФГУП "ГКНПЦим. М.В. Хруничева", Омск, Россия 7ФГУП "НПП ВНИИЭМ", Москва, Россия 8Научно-исследовательская лаборатория аэрокосмической техники, Калуга, Россия 9Университет ЕШНЛ, Сеул, Республика Корея 10Университет ВПЛР, Пуэбла, Мексика Поступила в редакцию 02.06.2010 г.
Представлены первые результаты реализации программы создания малых университетских спутников, разработанной в Московском государственном университете им. М.В. Ломоносова: исследование космической среды на борту двух научно-образовательных микроспутников МГУ Университетский—Татья-на и Университетский—Татьяна-2. Описаны комплексы научной аппаратуры, предназначенные для изучения заряженных частиц в околоземном космическом пространстве и излучений атмосферы в ультрафиолетовом и красном-инфракрасном оптических диапазонах длин волн. Представлены результаты исследований динамики потоков заряженных частиц на орбитах микроспутников и особенностей проникновения протонов СКЛ во время геомагнитных возмущений. Рассмотрены экспериментальные данные о вспышках ультрафиолетового и красного-инфракрасного излучений — транзиентных световых явлениях в верхней атмосфере. Приведены результаты космической образовательной программы МГУ, созданной на базе проектов Университетский—Татьяна.
ВВЕДЕНИЕ
В МГУ разработана программа создания малых университетских спутников, позволившая привлекать студентов, аспирантов и молодых сотрудников к космическому эксперименту с первых этапов планирования и до осмысления полученных экспериментальных результатов. Реализация программы начата успешными запусками двух научно-образовательных микроспутников МГУ Университет-ский—Татьяна и Университетский—Татьяна-2. Основными целями программы экспериментальных исследований на этих ИСЗ было изучение влияния
солнечной и геомагнитной активности на радиационную обстановку в магнитосфере, а также изучение свечений в атмосфере Земли.
В преддверии 250-летия Московского государственного университета, 20.01.2005, с космодрома "Плесецк" была успешно запущена ракета-носитель (РН) Космос-ЗМ, оснащенная головным аэродинамическим обтекателем с увеличенной зоной полезного груза, с двумя спутниками на борту. На расчетную орбиту были выведены основной спутник МО РФ и попутный микроспутник (микрокосмический аппарат — МКА) Университетский—
Татьяна, изготовленные в КБ "Полет" производственного объединения "Полет" (г. Омск). Работы по созданию бортового комплекса управления МКА выполнены с участием НИЛАКТ РОСТО (г. Калуга). Научная аппаратура для МКА была разработана и изготовлена в НИИЯФ МГУ (г. Москва).
МКА Университетский-Татьяна создан КБ "Полет" за рекордно короткий срок: практические работы по сборке МКА были начаты 01.12. 2004, а уже 12.01.2005 полностью собранный и испытанный МКА был доставлен из Омска на космодром "Плесецк".
Кроме решения научных задач, МКА Универси-тетский-Татьяна был предназначен для решения ряда прикладных задач, в том числе:
• исследования влияния факторов космического пространства на бортовую радиоэлектронную аппаратуру;
• оперативной доставки измерительной информации с борта на наземный приемный комплекс;
• экспериментальной отработки технологий использования навигационной аппаратуры потребителей КНС ГЛОНАСС на космических аппаратах;
• экспериментальной отработки малогабаритных бортовых служебных систем МКА: системы электропитания с использованием солнечных панелей трех типов, многофункционального бортового комплекса управления, системы ориентации и стабилизации с двигателем-маховиком.
МКА Университетский-Татьяна успешно функционировал больше 2 лет, вместо запланированных 6 месяцев (Садовничий и др., 2007). В процессе эксплуатации МКА выявлены особенности его поведения на орбите и отработана технология управления полетом. Система электропитания и связанная с ней система термостабилизации МКА показали высокую надежность и стабильность в работе. В то же время оказалось, что экспериментальная солнечная батарея из аморфного кремния, установленная на спутнике наряду с другими, обладает существенным нескомпенсированным магнитным моментом, что внесло некоторые искажения в работу магнитометров и дестабилизировало систему ориентации и стабилизации КА. Тем не менее алгоритм блока управления системой ориентации и стабилизации позволил стабилизировать МКА по показаниям солнечных датчиков.
С проекта Университетский-Татьяна началось экспериментальное изучение в нашей стране интересных транзиентных явлений — очень быстрых вспышек света в ультрафиолетовом диапазоне в верхней атмосфере Земли. Природа таких явлений составляет в настоящее время предмет научных дискуссий. Основная задача МКА Университет-ский-Татьяна-2 состояла как раз в изучении тран-зиентных явлений, взаимодействия атмосферы, ионосферы и магнитосферы Земли.
Второй научно-образовательный МКА МГУ — Университетский-Татьяна-2 был запущен 17.09.2009 с космодрома "Байконур" при помощи РН Со-юз-2.1Б с использованием разгонного блока Фрегат.
Система ориентации является критически важной для функционирования МКА. На МКА Уни-верситетский-Татьяна-2 бортовая система ориентации и стабилизации активного электромахович-ного типа была разработана и отлажена ФГУП "НПП ВНИИЭМ" совместно с кафедрой прикладной механики и управления механико-математического факультета МГУ. Работы по подготовке эксперимента на МКА Университетский-Татьяна-2 выполнялись коллаборацией университетов и институтов России, Кореи и Мексики.
Научная аппаратура МКА Университетский-Татьяна и Университетский-Татьяна-2 состояла из детекторов двух типов: детекторы заряженных частиц для регистрации непосредственно на орбите и детекторы ультрафиолетового и красного-инфракрасного излучений, регистрируемых в поле зрения, в направлении на Землю. Аппаратура спутников, запущенных на полярную орбиту, может регистрировать потоки заряженных частиц практически из всех основных структурных областей магнитосферы Земли: радиационных поясов, авро-ральной зоны, высокоширотных полярных шапок. Это дает возможность проводить фундаментальные и прикладные исследования глобальных явлений, охватывающих всю магнитосферу и проявляющихся в областях, существенно различающихся по своим свойствам. К таким явлениям относятся, в частности, магнитные бури, которые являются откликом магнитосферы на взрывные процессы, происходящие на поверхности Солнца. Магнитные бури связаны с интенсивным энерговыделением в магнитосфере и в ионосфере и являются главным объектом исследований при прогнозировании состояния космической среды, которое в последнее время принято называть термином "космическая погода".
Впервые на основе экспериментальной информации с первого университетского МКА Универси-тетский-Татьяна разработана уникальная космическая образовательная программа для студентов ВУЗов России (Космический практикум, 2005, 2006). Научная информация с борта МКА Университетский-Татьяна и Университетский-Татьяна-2, полученная на пункте приема космической информации, созданном на территории МГУ, обрабатывалась и выставлялась для свободного использования университетским сообществом на сайтах Шр://со8-mos.msu.ru и http://space.msu.ru. Для осуществления дистанционного обучения создан мощный Интернет-узел, обеспечивающий информационный трафик: http://smdc.sinp.msu.ru/. В результате, студенты и аспиранты МГУ и сотрудничающих с МГУ университетов и других учебных заведений могут
Таблица 1. Данные о МКА Университетский-Татьяна и Университетский-Татьяна-2
ИСЗ Период функционирования Полная масса/ масса активной нагрузки, кг Габаритные размеры, мм Потребление энергии, Вт Тип орбит Период обращения, мин Высота, км Наклонение, град
Университет-ский-Татьяна Университет-ский-Татьяна-2 20.01.200507.03.2007 17.09.200920.01.2010 31.6/7.2 90/20 310 х 310 х 525 950 х 650 х 550 <4.6 <25 Круговая полярная Солнечно-синхронная полярная ~105 ~ 101.3 ~950 815-850 ~83 98.8
выполнять курсовые и дипломные работы на основе научной информации, получаемой с МКА МГУ.
НАУЧНАЯ АППАРАТУРА
Данные о МКА Университетский-Татьяна и Университетский-Татьяна-2 и о параметрах орбит, на которых функционировали МКА, приведены в табл. 1. Ось МКА была ориентирована по радиусу-вектору "спутник-Земля".
Университетский- Татьяна
Научная аппаратура МКА Университетский-Татьяна была предназначена для исследования пространственно-временного распределения потоков электронов с энергией Ее > 40 кэВ и протонов с энергией Ер > 2 МэВ и УФ-излучения и конструктивно состояла из шести блоков детектирования БД1-БД4, БА, ДУФ (детектор УФ-излучения) и информационного блока БИ (рис. 1). Состав и основные характеристики детекторных упаковок и измеряемых параметров приведены в табл. 2 (подробное описание аппаратуры
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.