Возможности использования малоразмерных космических аппаратов для решения задач гелиофизики - Богачёв С.А. (ФИАН, Москва) - VolgaSpace.Ru
←
→
Транскрипция содержимого страницы
Если ваш браузер не отображает страницу правильно, пожалуйста, читайте содержимое страницы ниже
Третий Российский симпозиум по наноспутникам с
международным участием
26-28 июня 2019 года,
Самара, Россия
Возможности использования
малоразмерных космических аппаратов
для решения задач гелиофизики
Богачёв С.А.
(ФИАН, Москва)
Кубсаты для научных приложений
По состоянию на 2017 год из 1200 запущенных к тому времени кубсатов, около 130 были предназначены для
проведения научных исследований достаточно высокого уровня (A.Poghosyan, A.Golkar, Progress in Aerospace
Sciences 88 (2017) 59–83).
Основная задача научных наноспутников на
данном этапе развития – отработка технологий
и проверка и демонстрация возможностей.
Главный вопрос, который сейчас решается, это
желание понять, какие эксперименты с больших
спутников можно перенести на кубсаты.
NASA Mars Cube One. Кубсаты 6U.
Солнце с Земли и из космоса Оптический диапазон излучения: 380 – 780 нм. Пропускается атмосферой Земли. Основные детали – солнечные пятна. Способы исследования – оптические солнечные телескопы.
Солнце с Земли и из космоса Крайний УФ диапазон: 10 – 30 нм. Не пропускается атмосферой Земли (диссоциация молекул и ионизация атомов). Основные детали – магнитные структуры, солнечная корона и является солнечной активности. Способы исследования – только космические (или ракетные) эксперименты.
Связь с космической погодой
Солнце и его активность – главный
(единственный) фактор, определяющий
изменение состояния земного магнитного поля и
ионосферы, а также радиационное состояние
околоземного космического пространства, где
работают космические аппараты.
Времена распространения воздействий от
Солнца:
Частицы – от нескольких часов до суток.
Плазма – от 1.5 до 4 суток.
Долгосрочные факторы (структура активных
центров) – действуют на протяжении месяца и
более.
Это даёт возможность краткосрочного и
среднесрочного прогноза космической погоды.
Пример текущего прогноза
Научно/образовательный запрос Широко распространена фраза – «Солнце – естественная лаборатория». Действительно, состояние солнечного вещества и вещества звездных атмосфер не воспроизводимо в полной мере на Земле. Многие процессы, требующие в земных условиях постановки сложнейших экспериментов, здесь происходят естественным образом. Существуют широкие возможности по построению образовательных программ и лабораторных практикумов, особенно при возможности ведения собственного активного эксперимента.
Зарубежная группировка
SDO (США)
Hinode (Япония)
RHESSI (США)
STEREO (США)
2 аппарата
SoHO (Европа)
Ситуация в РФ 1988 год 1994 год 2001 год КА Фобос-2 КА КОРОНАС-И КА КОРОНАС-Ф
Эксперимент КОРОНАС-Фотон (2009)
Эксперимент КОРОНАС-Фотон (2009)
Эксперимент КОРОНАС-Фотон (2009)
Интерес прессы
Ситуация в ФКП РФ сейчас Последний запуск космического аппарата (КОРОНАС-Фотон) состоялся в 2009 году. Очередной запуск, если не произойдёт изменений, состоится не раньше 2027 года – космический аппарат АРКА.
Конкретные эксперименты
фотометрические исследования
Влияние Солнца на климатКонкретные эксперименты мониторинг вспышек
Конкретные эксперименты
мониторинг вспышек
Группировка GOES (США)
Поддерживается с 1975 года.
Выведено 17 аппаратов.
В разработке – 2 спутника.Конкретные эксперименты
мониторинг вспышек
Измеряется поток мягкого
рентгеновского излучения Солнца
в диапазоне 1-8 А. По его уровню
калибруются вспышки на Солнце.
Класс вспышки присваивается по
превышению стандартных
пороговых уровней потока
излучения.
Выделяют 5 классов:
A, B, C, M, X.
Наибольшие вспышки в истории –
X20.Конкретные эксперименты
мониторинг вспышек
SDD – Silicon Drift Detector (кремниевый дрейфовый детектор)
Полностью воспроизводит измерения GOES с той же
чувствительностью и спектральным разрешением.
Параметр Значение
Энергетическое разрешение < 129 эВ
Динамический диапазон ~ 104
Скорость считывания ~ 105 – 106 отсчетов в секунду
Энергетический диапазон (прибора) 1-12 кэВ
Детектор «Vitus Ketek»
(плата – ФИАН)Конкретные эксперименты
мониторинг вспышек
МГТУ им. Н.Э. Баумана
Проект «Ярило»
Майорова В.И., Гончаров Н.В.,
Корецкий М. Ю., Мельникова В.Г.,
Неровный Н.А., Рачкин Д.А.,
Тененбаум С.М., Тимакова Е.Д.,
Фролов К.А., Ястребова И.В.Конкретные эксперименты
мониторинг вспышек
Проблемы: (1) не вполне определён запуск; (2) платформа довольно сырая и избыточно многозадачная.Конкретные эксперименты
получение фотографий Солнца
Телескопы – возможно, наиболее сложные солнечные
космические инструменты.
Возникающие задачи: юстировка и стабилизация конструкции,
выделение спектрального диапазона (фильтры,
тонкоплёночные покрытия зеркал), обработка данных.
Насколько мне известно, в приложении к физике Солнца такая
задача не решалась.
Телескоп на кубсате, в принципе, не способен повторить наблюдения крупных инструментов, однако в отсутствие в
РФ своего солнечного сегмента (ещё 8-10 лет), такие данные в любом случае будут уникальными.
Кроме того, эксперимент может носить технологический статус – демонстрация принципиальной возможности
решения таких задач на кубсатах впервые в мире.Конкретные эксперименты
получение фотографий Солнца
Основная проблема – создать компактную оптическую систему
с узким полем зрения (не более 2 градусов) и минимальным –
не более 2 или 3 – оптических элементов.
Вторая особенность – требования по нестандартной
конфигурации телескопа, когда свет проникает не спереди, а
сбоку – для обеспечения питания со стороны солнечных
батарей.
Предложена данная система из 3 зеркал.Конкретные эксперименты
получение фотографий Солнца
Линейный размер инструмента
~ 15 см.
Может быть вписан в кубсат 3U.
Масса ~ 1 кг.
Энергопотребление ~ 3-5 Вт.Конкретные эксперименты
получение фотографий Солнца
Прогноз вида фотографииКонкретные эксперименты
получение фотографий Солнца
Передача обрезанного снимка
Приблизительно 150 на 150 пикселей.
Объем данных на 1 снимок:
45 Кбайт (без сжатия данных).
~ 25 Кбайт (сжатие без потерь).
Время экспозиции ~ 0.1 – 1.0 сек.
Смещение оси на Солнце за время
экспозиции – не более 20 угловых секунд.Выводы 1. Существует заметный запрос на данные наблюдений Солнца, в том числе с целью их использования для прогнозирования радиационной и геомагнитной обстановки в ближнем космическом пространстве, а также для прогноза погоды. 2. Большие солнечные обсерватории имеют длительные времена разработки. В частности в ФКП РФ нет возможности солнечных пусков до, как минимум, 2027 года. 3. Часть аппаратуры с больших солнечных КА может быть перенесена на наноспутники без потерь качества, либо с потерями, допустимыми при проведении ряда экспериментов. 4. В силу многообразия информации, поступающей с Солнца, солнечные эксперименты могут быть легко интегрированы в образовательные программы и широкий круг теоретических исследований в области электродинамики и магнитной гидродинамики, физики плазмы, физике излучений и частиц.
Вы также можете почитать
