КОСМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ, 2007, том 45, № 4, с. 291-305
УДК 550.388.2, 523.985.3
ПЕРВЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ КОСМИЧЕСКОЙ СРЕДЫ НА СПУТНИКЕ УНИВЕРСИТЕТСКИЙ - ТАТЬЯНА
© 2007 г. В. А. Садовничий1, М. И. Панасшк2, С. Ю. Бобровников2, Н. Н. Веденькин2, Н. А. Власова2, Г. К. Гарипов2, О. Р. Григорян2, Т. А. Иванова2, В. В. Калегаев2, П. А. Климов2,
А. С. Ковтшх2, С. А. Красоткин2, Н. В. Кузнецов2, |С. Н. Кузнецов)2, Е. А. Муравьева2
И. Н. Мягкова2, Н. Н. Павлов2, Р. А. Ныммик2, В. Л. Петров2, М. В. Подзолко2, В. ^ В. Радченко2, С. Я. Рейзман2, И. А. Рубинштейн2, М. О. Рязанцева, Е. А. Сигаева2,
Э. Н. Сосновецр, Л. И. Старостин2, А. В. Суханов2, В. И. Тулупов, Б. А. Хренов2, В. М. Шахпаронов2, В. Н. Шевелева2, А. В. Широков2, И. В. Яшин2, В. В. Маркелов3, Н. Н. Иванов3, В. Н. Блинов3, О. Ю. Седых3, В. П. Пинигин3, А. П. Папков4, Е. С. Левин4,
В. М. Самков4, Н. Н. Игнатьев4, В. С. Ямников4
Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова 2Научно-исследовательский институт ядерной физики им. Д.В. Скобельцына, МГУ 3Конструкторское бюро "Полёт", г. Омск 4Научно-исследовательская лаборатория аэрокосмической техники, г. Калуга Поступила в редакцию 04.07.2006 г.
Описан комплекс научной аппаратуры установленной на борту научно-образовательного микроспутника МГУ Университетский - Татьяна, предназначенный для изучения заряженных частиц в околоземном космическом пространстве и излучений атмосферы в ультрафиолетовой области спектра. Представлены данные измерений потоков заряженных частиц на орбите микроспутника, рассчитаны спектры и изучена динамика границ проникновения протонов СКЛ во время геомагнитных возмущений 2005 г. Измерены интенсивности ультрафиолетового излучения во всем диапазоне изменения освещенности атмосферы, а также интенсивности полярных сияний в районах Северного и Южного полюсов. Рассмотрены экспериментальные данные о вспышках ультрафиолетового излучения - транзиентных световых явлениях в верхней атмосфере, приводятся примеры осциллограмм их временного развития и их распределение по географическим координатам.
РАС8: 94.30.Xy, 51.50.+У, 92.60.Pw, 94.30.C-, 96.50.Vg
ВВЕДЕНИЕ
В преддверии 250-летия Московского государственного университета, 20.1.2005, с космодрома "Плесецк" была успешно запущена ракета-носитель Космос-3М, оснащенная головным аэродинамическим обтекателем с увеличенной зоной полезного груза, с 2-мя спутниками на борту. Пуск РН Космос-3М прошел в штатном режиме. На расчетную орбиту были выведены основной спутник МО РФ и попутный микроспутник Университетский - Татьяна, изготовленные в КБ "Полет". Служебные системы микроспутника были разработаны в КБ "Полет" и НИЛАКТ РОСТО, научная аппаратура - в НИИЯФ МГУ. Университетский спутник относится к классу микроспутников, его полная масса - около 31 кг, а масса научной аппаратуры составляет 7.2 кг, габаритные размеры по силовым блокам, регистрирующие потоки заряженных частиц, блок регистрации ультрафиолетового излучения, а также информационный блок,
обеспечивающий накопление и передачу научной информации на наземные приемные пункты.
Научная программа проекта направлена на изучение процессов и явлений, происходящих в магнитосфере Земли, и опирается на данные непрерывного мониторинга радиационной обстановки в околоземном космическом пространстве, получаемые со спутника Университетский - Татьяна. Аппаратура спутника, запущенного на полярную орбиту, может регистрировать потоки заряженных частиц практически из всех основных структурных областей магнитосферы Земли: из радиационных поясов, из авроральной зоны, из 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 магнитные бури, которые являются откликом магни-
тосферы 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".
Прикладная часть проводимых на борту спутника исследований направлена на изучение явлений типа эффектов одиночных сбоев, возникающих в электронных микросхемах под действием тяжелых заряженных частиц, присутствующих, как в составе радиационных поясов, так и космических лучей галактического и солнечного происхождения.
Микроспутник функционирует почти два года. В процессе эксплуатации КА выявлены особенности его поведения на орбите и отработана технология управления полетом. Система электропитания и связанная с ней система термостабилизации КА 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 некомпенсированным магнитным моментом, что внесло некоторые искажения в работу магнитометров и дестабилизировало систему ориентации и стабилизации КА. Тем не менееs алгоритм БУСОС позволил стабилизировать микроспутник по показаниям солнечных датчиков.
1. НАУЧНАЯ АППАРАТУРА НА ИСЗ УНИВЕРСИТЕТСКИЙ - ТАТЬЯНА
ИСЗ Университетский - Татьяна запущен на круговую полярную орбиту с высотой ~1000 км и наклонением ~ 83°. Ось ИСЗ ориентирована по радиусу-вектору "спутник-Земля". При движении по такой орбите спутник регулярно пересекает (в северном и в южном полушариях) такие основные структурные образования магнитосферы Земли, как внешний и внутренний радиационные пояса, полярные шапки, авроральные области. Отметим, что тип частиц, их потоки и энергии в этих областях существенно различны и испытывают значительные вариации в зависимости от уровня гелио-геофизической активности.
Для регистрации излучений различных типов и энергий на ИСЗ Университетский - Татьяна был выбран следующий состав детекторов: три полупроводниковых детектора, два сцинтилляцион-ных, два газоразрядных, один электростатический анализатор. Этот комплект детекторов обеспечивает регистрацию электронов и протонов с энергиями от десятков кэВ до сотен МэВ [1, 2].
Следует отметить, что в связи с ограниченными массогабаритными характеристиками аппаратуры, некоторые детекторы имеют недостаточную пассивную защиту. Поэтому на отдельных участках орбиты спутника электронные каналы в этом эксперименте присчитывают значительные потоки протонов, а протонные каналы - электронов. Например, во внутреннем радиационном поясе (РП) и в полярной шапке (ПШ) электронные каналы регистрируют в основном энергичные протоны, а в пограничной области - между РП и ПШ - протонные каналы могут присчитывать значительные потоки электронов. Показания некоторых каналов детекторов на таких участках требуют дополнительного методического анализа.
Кроме детекторов заряженных частиц на борту ИСЗ Университетский - Татьяна установлен детектор ультрафиолетового излучения (ДУФ) [3], который предназначен для изучения оптических вспышек, измерения фона свечения атмосферы в ультрафиолетовом (УФ) диапазоне длин волн 300-400 нм и фонового излучения, вызываемого заряженными частицами в оптических элементах детектора.
Полярная круговая орбита спутника позволяет проводить исследования практически в любой географической точке Земли, а рабочий диапазон чувствительности детектора - проводить измерения во всем диапазоне излучения атмосферы, как ночью, так и днем.
Измерения производятся как на теневом участке орбиты, так и на дневном в течение двух минут после выхода спутника из тени. Данные измерений передаются на Землю в виде осциллограмм. Система обнаружения вспышек света отбирает вспышки длительностью от десятков микросекунд до десятков миллисекунд. Канал передачи данных на Землю позволяет передать за виток спутника две осциллограммы по 256 точек каждая длительностью 4 и 64 мс от наиболее мощных вспышек, обнаруженных и отобранных по заданному алгоритму.
Приемниками излучения являются два ФЭУ. Оба ФЭУ своими полями зрения ориентированы в надир. Один из ФЭУ предназначен для изучения оптического излучения, другой - для регистрации света, возникающего при прохождении заряженных частиц в стеклянных элементах детектора. Поле зрения с углом обзора ~14° формируется с помощью многоканального коллиматора
В блоке для сбора, хранения и выдачи информации имеются два одинаковых устройства (основное и резервное). На входы этих устройств одновременно приходит информация из детекторных блоков, а подключение одного из этих устройств к
бортовой телеметрии происходит по команде с Земли.
Аппаратурный информационный кадр формируется раз в 10 с. Кадр начинается двухбайтным маркером для выделения информации научной аппаратуры из потока телеметрических данных с борта ИСЗ. Затем следуют 15 байтов счетных параметров детекторов заряженных частиц. Затем 5 байтов информации датчика ультрафиолета. Затем 1 байт - контрольная сумма. По ней на Земле может быть осуществлена проверка правильности принятого аппаратурного кадра.
После того, как аппаратурный кадр попадет в бортовую телеметрию, к нему добавляется временная посылка. Кадры, накопленные в бортовом ЗУ, передаются на Землю.
В состав научной бортовой аппаратуры спутника включен блок "Призма-3", разработанный в КБ "Полет". Он предназначен для контроля частоты одиночных сбоев в микросхемах статической памяти (К6Х8008С, емкость 8 Мбит) и оптронов (М0С0217), находящихся за защитой различной толщины. Блок включает четыре независимых модуля (платы), которые конструктивно объединены в параллелепипед и помещены в алюминиевый стакан. Толщина стенок стакана ступенчато меняется, создавая защиту 10, 5, 2.5 мм соответственно для 3-х узлов каждого из модулей. 4-ые узлы модулей не имеют защиты. В каждом узле находится по одному контролируемому прибору (микросхема и оптрон) и цифровой датчик температуры (081820).
"Призма-3" записывает в испытываемую память тестовую информацию и циклически считывает ее, определяя число сбойных байтов. При этом, если байт сбойн
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.