Transcript Исследование отражательных характеристик

КЭ «Плазма-МКС»
«Исследование плазменной обстановки на внешней поверхности МКС по
характеристикам оптического излучения»
Постановщик КЭ - ФГУП ЦНИИМАШ
ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ
Электрический
потенциал
поверхностей
МКС
постоянно
изменяется в зависимости от функционирования бортовых систем,
вызывая различные электроразрядные процессы (ЭРП) в
плазменном окружении МКС.
ЭРП создают повреждающие и
помеховые воздействия на
элементы и системы КА и
влияют
на
безопасность
эксплуатации МКС.
Усиление ЭРП зависит от ряда
факторов
ОКП
и
сопровождается
усилением
интенсивности
оптического
свечения.
Сроки проведения 2005г. – 2009г.
НАУЧНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
•Для определения участков орбиты, на которых
ЭРП усиливаются, разработана методика
прогнозирования SPEED (Spacecraft Plasma
Environment Electric Discharges).
•Проанализировано влияние на интенсивность
электроразрядных
процессов
следующих
факторов
ОКП:
солнечное
излучение,
набегающий ионосферный поток и магнитное
поле Земли.
•Установлено, что магнитное поле Земли В
играет доминирующую роль в определении
интенсивности электроразрядных процессов в
плазменном окружении станции.
Индикатором состояния плазменного
окружения является струя ксеноновой
плазмы, создаваемая штатным блоком
плазменных контакторов – блок PCU.
Для
видеорегистрации
объектов
исследования и измерения их спектров
излучения
используется
спектрозональная система “Фиалка-МВКосмос” разработки ЦНИИМАШ.
На основе созданных моделей и полученных результатов
разрабатываются и уже применяются меры для снижения
рисков эксплуатации станции.
•Ток, протекающий через плазменную струю,
резко возрастает на тех участках орбиты, где
струя под действием магнитного поля
замыкается на солнечные батареи.
КЭ «Плазма-Прогресс»
«Исследование отражательных характеристик плазменного окружения
космического аппарата при работе бортовых двигателей наземными
средствами наблюдения в радио и оптическом диапазонах»
Постановщик КЭ - ФГУП ЦНИИМАШ Участники КЭ – ИСЗФ СО РАН Сроки проведения 2007г. – 2010г.
ИССЛЕДУЕМАЯ ПРОБЛЕМЫ
МЕТОДИКА И АППАРАТУРА
Реактивные струи ЖРД ионизуются под действием солнечного
излучения и атомарного кислорода. В результате вокруг МКС
возникает крупномасштабное и сравнительно плотное плазменное
окружение.
Это
плазменное
окружение
изменяет
радиофизические
характеристики
среды
вокруг
МКС.
Его размеры
сопоставимы с
размерами МКС.
Концентрация
плазмы
вблизи
различных элементов конструкции
МКС отличается на порядок .
В
КЭ
«Плазма-Прогресс»
используется
экспериментальный комплекс Института солнечноземной физики Сибирского отделения Российской
академии наук (ИСЗФ СО РАН), предназначенный
для оптико-электронного и радиофизического
мониторинга ионосферы и низкоорбитальных
космических объектов.
РЕШАЕМЫЕ ЗАДАЧИ
•Определение
по
отражательным
характеристикам в натурных условиях
орбиты МКС параметров плазменных
образований, возникающих
при работе
ЖРД, тождественных двигателям МКС.
•Исследование влияния на плазменные
образования набегающего ионосферного
потока, магнитного поля Земли и
излучения Солнца.
Эксперимент проводится на ТГК «Прогресс» на этапе
автономного полета после отделения от МКС.
Во
время
сеанса
КЭ
производится
генерация
струи
ЖРД
в
зоне
видимости
наземных
средств наблюдения
КЭ «Радар-Прогресс»
«Исследование наземными средствами наблюдения отражательных
характеристик плазменных неоднородностей, генерируемых в ионосфере при
работе бортовых двигателей ТГК «Прогресс» »
Постановщик КЭ - ФГУП ЦНИИМАШ
Соисполнитель КЭ – ИСЗФ СО РАН
Сроки проведения 2010г. – 2014г.
ЦЕЛЬ ЭКСПЕРИМЕНТА
МЕТОДИКА И АППАРАТУРА
Определение пространственно-временных зависимостей плотности,
температуры, ионного состава локальных неоднородностей
ионосферы, возникающих в результате работы бортовых ЖРД
Эксперимент проводится на ТГК «Прогресс» на этапе
автономного полета после отделения от МКС. Во
время сеанса КЭ производится генерация струи ЖРД
в зоне видимости наземных средств наблюдения.
В качестве средств наблюдения используется
комплекс наземных средств Института солнечноземной физики (ИСФЗ) Сибирского отделения
Российской академии наук (г.Иркутск).
Наземные средства наблюдения ИСФЗ регистрируют
параметры
ионосферных
неоднородностей,
генерируемых
работой
бортовых
двигателей
коррекции, отражательные характеристики ТГК и
ионосферных неоднородностей, УКВ сигнал и его
искажения.
19.09.2007
1
0.8
0.7
Ne 105
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
200
250
300
350
Высота, км
400
450
500
20.09.2007
1
20:36
20:42
20:46
20:49
20:53
0.9
0.8
0.7
Высота, км
0.5
0.3
90 км
Генерация локальных
ионосферных
неоднородностей при работе
ЖРД ТГК «Прогресс»
0.2
60 км
21.09.2007
5
1.1
1.0
0.9
400
0.8
0.7
0.6
0.5
300
0.4
200
20.0
0
250
300
350
Высота, км
400
450
Изменение ПЭС
после включения
ЖРД
500
0.1
20.5
21.0
21.5
UT
1.4
1.3
1.2
1.1
1.0
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
500
400
300
Момент включения ЖРД
200
20.0
3
Ne 10 /см
0.2
200
Ю
1.2
500
0.1
В
"Прогресс"
600
3
0.3
30 км
З
5
Ne 10 /см
1.3
0.4
С
20.09.2007
600
0.6
Ne 105
Зона плазменных возмущений, генерируемых при
работе бортовых двигателей, распространяется на
несколько десятков километров и существует более
десяти
минут.
Дрейф
возникающих
неоднородностей определяется такими факторами,
как направление скорости струи, индукцией
геомагнитного поля, направлением термосферных
ветров
и
некоторыми
другими,
пока
слабоизученными. При этом в зоне неоднородности
меняется не только плотность и температура
плазмы, но и её ионный состав.
21:40
21:44
21:50
21:59
22:03
0.9
Высота, км
ИССЛЕДУЕМАЯ ПРОБЛЕМА
20.5
21.0

21.5
22.0
UT
Появление ионосферной «дыры»
Изменение ионосферы после включения ЖРД ТГК «Прогресс»
Космический эксперимент «Обстановка 1-й этап»
«Исследования в приповерхностной зоне плазменно-волновых процессов взаимодействия
сверхбольших космических аппаратов с ионосферой".
Цели эксперимента:
Геофизические
исследования
плазменно-волновых
процессов, связанных с проявлением в ионосфере солнечно
– магнитосферно – ионосферно – атмосферно - земных
связей;
Экологический
мониторинг
низкочастотных
электромагнитных излучений антропогенного характера и
связанных с глобальными катастрофами.
Плазменно-Волновой Комплекс (ПВК) разрабатывается и
изготавливается в ИКИ РАН с участием международной
кооперации.
№
1
2
3
4
Н аим енование прибора
(у с т р о й с т в а )
Ком бинированны й волновой
датчик
Ф еррозондовы й
м а гн и т о м е тр с а н а л о го в ы м
вы хо д о м
Ф еррозондовы й
м а гн и т о м е тр с ц и ф р о в ы м
вы хо д о м
З о н д Л е н гм ю р а
5
Д атчик потенциала
6
Корреляционы й
с п е к т р о гр а ф э л е к т р о н о в
Р а д и о ч а с то т н ы й
анализатор
А н а л и з а т о р н и з ко ча сто тны х изл уче ний
У стройство сбора данны х и
упр а вл е ния р е ж им а м и
работы
Б л о к хр а не ния те л ем е т р и ч е с ко й и н ф о р м а ц и и
А в т о м а т и ч е с ка я
cистем а обеспечения
терм ореж им а
Ш т а н ги д л я в ы н о с а
датчиков
8
9
10
11
12
12
И ндекс
Р азработчик
К В Д (2 )
(C W D )
ДФМ1
(D F M 1 )
У кр аина, Л ьвовский центр
И К И Н А Н У /Н К А У
Россия, ИКИ РАН
ДФМ2
(D F M 2 )
У кр аина, Л ьвовский центр
И К И Н А Н У /Н К А У
З Л (2 )
(L P )
Д П (2 )
(D P )
КО РЕС
Б о л га р и я , Л С З В , Б А Н
(C O R E S )
РЧА
(R F A )
Ш АШ 3
(S A S 3 )
Д А К У (2 )
(D A C U )
Б о л га р и я , И К И Б А Н
А н гл и я , С а ссе кски й
униве р сите т
Польш а, ЦКИ ПАН;
Ш веция, ИКФ ;
В е н гр и я , Е тво сски й
униве р сите т
В е н г р и я , К Ф К И -Р М К И
БХТИ
(B S T M )
А С О Т Р (2 )
(A S O T R )
В е н г р и я , К Ф К И -Р М К И ;
Ш В Д (2 )
Р о с с и я , Р К К « Э н е р ги я »
Плазменные процессы – составная часть "космической
погоды". Такой подход основан на одной из современных
физических идей – взгляд на плазму, в том числе плазму в
космическом пространстве, как на динамическую среду с
заряженными частицами, включая протоны от солнечных
вспышек, и широким спектром плазменных волновых
движений и неоднородностей.
Плазменные
процессы
сопровождаются
электромагнитными излучениями в низкочастотном
диапазоне (менее 20 Мгц), что является их отличительной
особенностью.
Для
изучения и прогнозирования
"космической
погоды"
необходимы
постоянные
глобальные наблюдения. В частности, экологический
плазменно-волновой мониторинг околоземного космоса
поможет измерить некоторые параметры "космической
погоды".
Одновременная реализация эксперимента "Обстановка 1й этап" на борту служебного модуля российского сегмента
МКС и проекта "ЧИБИС" по мониторингу окружающей
космической среды электромагнитно - чистыми микроспутниками, интегрированными в инфраструктуру МКС,
может
существенно
повысить
эффективность
исследований “космической погоды”.
Россия, ИКИ РАН
Посещение Центра подготовки
космонавтов международной группой
участников эксперимента.
Блоки КВД1 и КВД2 с соответствующими штангами размещаются на
внешней поверхности Служебного модуля РС МКС, блок БХТИ внутри
Служебного модуля РС МКС.
Космический эксперимент «Импульс»
«Модификация ионосферы импульсными источниками плазмы»
Постановщик КЭ: ИЗМИРАН
Участники КЭ: НИИПМЭ, НПОИТ, ИКИ РАН, РКК «Энергия»
Цели эксперимента:
Исследование возмущений и модификаций ионосферы при
инжекции с борта СМ РС МКС импульсных плазменных
потоков.
ККЭП
ИПИ-100
Электрод
ы
АСЭО
СПУ
Платформ
а
Научная аппаратура
«ИПИ-СМ» предназначен для формирования и
инжекции в космическое пространство импульсных
потоков плазмы .
ККЭП
предназначен
для
исследования
электрофизических параметров вблизи поверхности
СМ РС МКС
Приемно-регистрирующий низкочастотный комплекс
ИЗМИРАН
в
КНЧ/ОНЧ
диапазонах
и
навигационные станции системы «Альфа».
Задачи эксперимента:
•изучение влияния импульсных плазменных потоков на
электрофизические параметры среды вблизи поверхности
РС МКС и на ионосферу;
•изучение
вариаций
постоянной
и
переменной
составляющих электрического поля вблизи поверхности РС
МКС в зонах с аномальными параметрами ионосферы и
магнитного поля Земли,
•изучение
геофизических
эффектов
воздействия
искусственных потоков плазмы на ионосферу и
магнитосферу: высыпаний энергичных электронов и
протонов из радиационных поясов Земли, нагрев
ионосферы, формирование ионосферных неоднородностей с
помощью измерения сигналов навигационных систем и
диагностических измерений на РС МКС.
•исследование влияний возмущений ионосферы на
радионавигационные сигналы системы «Альфа»
•измерения генерируемых и индуцированных излучений с
использованием наземных средств в УНЧ/КНЧ/ОНЧ –
диапазонах
Размещение ИПИ-СМ на
РС МКС