Защита технического проекта ИЗМЕРИТЕЛЬ МОЩНОСТИ РАДИАЦИИ Пояснительная записка Xm ПЗ

2 Основание для разработки Государственный контракт /10 от 20 декабря 2010 г. по теме «ППТС» между Федеральным космическим агентством (Роскосмос) и ОАО «РКК «Энергия»; Договор на создание научно-технической продукции от г. между ОАО «РКК «Энергия» и ГНЦ РФ - ИМБП РАН (шифр – «ИМР-ПТК») Разработка технического проекта на измеритель мощности радиации. Шифр СЧ ОКР – «ИМР-ПТК». ТЗ

3 Цели и задачи Целью выполнения СЧ ОКР является разработка технического проекта на измеритель мощности радиации для системы контроля радиационной обстановки пилотируемого транспортного корабля (ПТК). Задачи: 1.Разработка и выпуск перечня (комплектности) документации технического проекта на ИМР: 2.Разработка дополнительных материалов технического проекта на ИМР в соответствии с техническим заданием на СЧ ОКР ТЗ определение и обоснование необходимого количества ИМР для экипажа ПТК. ;

4 Технические характеристики эксплуатации перспективной транспортной системы (ПТК) 1) При выполнении полётов к Луне: численность экипажа составляет до 4 человек; масса доставляемого (возвращаемого) груза – не менее 100 кг; длительность автономного полёта при полёте к Луне и возвращению к Земле – до 30 суток; длительность полёта в составе окололунной орбитальной инфраструктуры определяется задачами полёта. 2) При выполнении околоземных полётов: штатная численность экипажа – 4 человека (должна обеспечиваться возможность размещения для спуска до 6 человек); масса доставляемого (возвращаемого) груза – не менее 500 кг; длительность автономного полёта ПТК по околоземной орбите должна определяться программой полёта и минимизироваться по времени; длительность полета в составе орбитального пилотируемого комплекса (ОПС) – не менее 1 года.

Схема деления бортовой Системы Контроля Радиационной Обстановки (СКРО) для ПТК

Источники космической радиации 6

7 Солнечное протонное событие: проявление на околоземной орбите Before the SPE of Sep. 29, 1989 After the SPE of Sep 29, 1989 Flux Max = 250 p/cm 2 s Dose Max = 3000 Gy/h Mir orbit

Дозиметрия космической радиации с использованием полупроводниковых кремниевых детекторов E = l*dE/dx=dE/dx*d/cos J = N*cos D E * J – не зависит от угла падения (0 <

9 Варианты обработки сигналов, поступающих с детектора под воздействием ионизирующего излучения Измерение ионизационного тока с детектора (не применяется в космической дозиметрии, I темн I ГКЛ ) Измерение скорости счета или общего числа импульсов с детектора ( потоку) Измерение суммарного заряда ионизационных импульсов, образовавшихся в детекторе ( поглощенной дозе) Измерение и последующая обработка спектра амплитуд импульсов с детектора (поток, доза, оценка ЛПЭ-спектра)

10 Относительные преимущества (достоинства) ППД дозиметрии высокая дозовая чувствительность (10 -9 Гр/имп, измерение дозы каждые 10 с на трассе полета орбитального КА); возможность одновременно измерять мощность дозы и плотность потока в одной и той же точке; линейность показаний детектора в широком диапазоне ЛПЭ регистрируемых частиц; широкий диапазон измеряемых мощностей доз; механическая прочность и диапазон рабочих температур, приемлемых для аппаратуры, используемой на КА; малый вес и габариты детектора; возможность использовать сравнительно низкое напряжение питания детектора, а также отсутствие жестких требований к стабильности этого напряжения

11 Прототип переносного показывающего дозиметра – «Люлин-МКС» Переносные дозиметрыБлок инициализации, зарядки с сброса данных

Измеритель мощности радиации: схема деления структурная 12

Внешний вид дозиметра показывающего индивидуального 13 Конструктивно ДПИ реализован в прямоугольном алюминиевом корпусе и имеет максимальные габаритные размеры до 130х57,7х26,5 мм. (в ТЗ не более 110х70х20 мм!) Применение корпуса данного типа обусловлено: - соответствием требованиям технического задания в части условий эксплуатации; - обеспечением оптимальных метрологических характеристик; - реализацией удобства и простоты работы с прибором и технического обслуживания; - минимизация объема компоновочных решений и массо-габаритных параметров; -конструктивно-технологическими и экономическими преимуществами при изготовлении опытного образца. Литий-ионный аккумулятор (3.7 В), обеспечивает непрерывную работу дозиметра в течение 7 суток (в ТЗ 14 суток!)

Структурная схема дозиметра показывающего индивидуального (ДПИ) ДПИ должен непрерывно измерять: -поток заряженных частиц с ионизирующей способностью выше 1 МэВ/мм в кремнии с чувствительной площадью не менее 1 см 2, энергетическим разрешением не хуже 100 кэВ, -поток частиц в пределах от 0,1 до 1, /с см 2, -регистрировать поглощенную дозу от потока заряженных частиц СКЛ, ГКЛ, ЕРПЗ в диапазоне от до 10 Гр с погрешностью измерений не выше 20%; -определять мощность дозы в пределах от Гр/час до 0,2 Гр/час Детектор - кремниевый ионно- имплантированный площадью 2.5 см 2 и толщиной 300 мкм ЗЧУ, АИ -256 каналов

Требования к блоку обработки информации 15 БОИ (среди прочих) должен удовлетворять следующим требованиям: в блоке должны быть в полном объеме реализованы аппаратно- программные средства USB host контроллера; блок должен полностью поддерживать подключение к нему USB- устройств класса CDC (Communication Device Class); блок должен обеспечивать прием из ДПИ накопленных данных, передачу этих данных в бортовую систему, а так же синхронизацию ДПИ с бортовой системой; блок должен обеспечивать возможность заряда от него до четырех ДПИ единовременно на шине +5В токами не менее 100 мА на каждый ДПИ (очень желательно 500 мА). Количество ДПИ на борту ПТК: – минимум 2 (дублирование) – максимум 4 (по одному на каждого члена экипажа).

Работа ДПИ 16 После включения ДПИ начинает выполнять свои функции. Рабочие программы МК позволяют вычислить потоки частиц, поглощенную дозу от потока заряженных частиц и определить ее мощность. Вычисленные значения параметров излучения, а также другая информация (уровень заряда аккумулятора, состояние подключения к БОИ, состояние процесса заряда аккумулятора) представляется по запросу оператора на восьмиразрядном светодиодном матричном индикаторе. В режиме регистрации излучения индикатор обесточен для уменьшения разряда батареи. Выбор режима индикации производится оператором кнопками на торцевой части корпуса ДПИ. На дисплее показывающего дозиметра (периодически) отображается: текущее время, текущая мощность дозы, доза, накопленная от момента включения (инициализации) с указанием времени (час, мин, с) от момента включения (инициализации).

Технико-экономическое обоснование разработки ИМР 17 Организа-ция- соиспол-нитель Наименование составной части комплекса (изделия Наименование систем, приборов, агрегатов Стоимость работ организаций-соисполнителей, тыс. руб. Разработка КД, эксперимен- тальная отработка, участие в КИ и ЛИ Поставка матчасти для комплексной отработки Поставка матчасти для летного изделия Постав-ка ЗИП Поставка КИА, КПА, НИО Для КИС Для ТКДля СК ИМБП СЧК (КПТК), в том числе по этапам: Дозиметр показывающий индивидуальный (ДПИ-ППТС) СКРО Аванпроект (техническое предложение) Эскизный проект - - Технический проект Разработка рабочей документации на опытные изделия комплекса и макеты Изготовление макетов и опытных изделий комплекса, автономные испытания и корректировка рабочей документации Изготовление опытных изделий комплекса, комплексные и межведомственные испытания и корректировка рабочей документации Летные испытания Система i, в т.ч. по приборам, агрегатам:

18 Заключительные замечания В настоящем техническом проекте для экипажа ПТК в качестве средства индивидуального дозиметрического контроля предложено использовать измеритель мощности радиации – автономный, показывающий, полупроводниковый дозиметр, позволяющий измерять динамику мощности дозы. Выполнение СЧ ОКР предусматривает на последующих этапах: – разработку РКД; –изготовление образцов для автономных испытаний; –разработка и изготовление КИА, разработка ПМО –проведение автономных испытаний; –проведение калибровки на источниках излучений; –изготовление летных образцов и проведение испытаний в составе КС –обучение космонавтов работе с дозиметром в соответствии с задачами Службы радиационной безопасности космических полетов

19 Авторский коллектив по проекту ИМБП РАН В.А. Шуршаков А.Г. Никоноров О.А. Иванова и др. ОАО «РКК «Энергия» И.В. Николаев А.Н. Волков С.В. Хулапко и др. «НИЦ «СНИИП-Плюс» В.Г. Гулый М.В. Васильев И.С. Карцев и др.

20 Для справки. Космическая радиация: дозы и дозовые пределы Период экспонированияДоза, мЗв Фоновая доза на поверхности Земли за сутки Доза на борту космической станции за сутки 0.5 Доза за год в космическом полете = 0.5x Основной дозовый предел за 1 год полета 500 Дозовый предел за 1 год для персонала группы А на Земле (в среднем за 5 лет) 20 Эффективная доза за рентгеновский снимок грудной клетки 0.1 Профессиональный предел дозы, космонавта/персонала группы А 1000