Седьмая ежегодная конференция "Физика плазмы в солнечной системе", ИКИ РАН, 06.01.2012 Разработка методики пространственно-временных измерений плазменно-волновых. - презентация

1 Седьмая ежегодная конференция "Физика плазмы в солнечной системе", ИКИ РАН, Разработка методики пространственно-временных измерений плазменно-волновых параметров в ионосфере с использованием инфраструктуры Российского сегмента МКС. С.И.Климов, В.А.Грушин, Л.Д.Белякова, Д.И.Новиков ИКИ РАН

2 Плазменные процессы – составная часть "космической погоды". Плазменные процессы сопровождаются электромагнитными полями и излучениями в низкочастотном диапазоне (менее 20 Мгц), что является их отличительной особенностью. Седьмая ежегодная конференция "Физика плазмы в солнечной системе", ИКИ РАН,

3 Конкретной фундаментальной задачей КЭ является поиск универсальных закономерностей трансформации и диссипации плазменно-волновой энергии в магнитосферно-ионосферной системе, в частности, во время геокосмических бурь Седьмая ежегодная конференция "Физика плазмы в солнечной системе", ИКИ РАН,

4 Геокосмические бури Схема процессов, сопровождающих геокосмическую бурю и вариации космической погоды Седьмая ежегодная конференция "Физика плазмы в солнечной системе", ИКИ РАН,

5 Область геокосмоса Энергия, Дж Мощность, Вт Продолжи- тельность, с Относительное изменение энергии Примечание Магнитосфера –2 Энергия магнитного поля Энергия электрического поля Ионосфера ±1±1 Тепловая энергия Энергия электрического поля Термосфера –3 -10 –1 Тепловая энергия Энергетические характеристики геокосмической бури Седьмая ежегодная конференция "Физика плазмы в солнечной системе", ИКИ РАН,

6 Переносчик П P, Вт/м 2 Площадь, м 2 Р, Вт Длительность, с Примечание Атмосферная турбулентность · · · Непрерывно До высот ~ 100 – 120 км Внутренние гравитационные волны (ВГВ) 0, · · · Непрерывно Эффективно диссипируют в термосфере Инфразвук10 -4 – · · · Непрерывно Достигает F-области ионосферы Инфразвук от сильнейшего землетрясения 10 2 – – Достигает F-области ионосферы Электромагнитное излучение сильнейшего землетрясения – – – 10 3 Достигает ионосферы и магнитосферы Акустическое излучение сильнейшей молнии ~ 1 Диссипирует в атмосфере Электромагнитное излучение сильнейшей молнии ~ 1 Достигает ионосферы и магнитосферы Электромагнитное излучение мировой грозовой активности Непрерывно Достигает ионосферы и магнитосферы Потоки «снизу»

7 Аппаратура плазменно-волнового комплекса (КЭ «Обстановка») Блок хранения телеметрической информации БХТИ (Венгрия) КВД-1 (ИКИ РАН) ШКД1 ШКД2 (РКК «Энергия») Датчик потенциала ДП-ПП (Болгария) Зонд КВЗ-ПП (Украина) Зонд Ленгмюра ЗЛ-ПП (Болгария) Антенна магнитная РЧА-АМ (Польша) Антенна дипольная РЧА-АД (Польша) Зонд Ленгмюра ЗЛ-ПП (Болгария) Прибор «Корес» (Великобритания) КВД-2 (ИКИ РАН) Седьмая ежегодная конференция "Физика плазмы в солнечной системе", ИКИ РАН,

8 Физический параметрДиапазоныИзмерительное устройство плотность тока в плазме- диапазон токов 2х ,5х10 4 А/см 2, - диапазон частот от 10 до Гц датчики КВЗ-ПП потенциал электрического поля- диапазон потенциалов от 5 мкВ до 2 В, - диапазон частот от 10 до Гц датчики КВЗ-ПП напряженность магнитного поля- диапазон поля от 0.05 до 20 нТл, - диапазон частот от 10 до Гц датчики КВЗ-ПП напряженность квазистационарного электрического поля - диапазон поля от 0.5 мкВ/м до 2 В/м, - диапазон частот от 0.01 до 100 Гц датчик (оба комплекта КВЗ-ПП) напряженность переменного электрического поля - диапазон поля от 0.05 мкВ/м до 2 В/м, - диапазон частот от 10 до Гц датчик (оба комплекта КВЗ-ПП) вектор (три компоненты) напряженности постоянного магнитного поля - диапазон поля +/ нТл, - диапазон частот от 0.01 до 30 Гц - чувствительность 1 нТл датчики ДФМ1, ДФМ2 концентрация частиц- электронов и ионов от 10 6 до см -3,датчики ЗЛ-ПП температура электронов- диапазон от 1000 до Кдатчики ЗЛ-ПП плавающий потенциал поверхности- диапазон +/- 200 Вдатчики ЗЛ-ПП плавающий потенциал поверхности- диапазон +/- 200 В, погрешность +/- 0.1 В, - диапазон +/- 20 В, погрешность +/ В датчики ДП-ПП энергетический спектр электронов- диапазон от 10 эВ до 10 кэВ, - поле зрения х 2 0 КОРЕС спектр частотной модуляция потоков электронов - диапазон частот от 0 до 10 МГц, - диапазон частот от 0 до 10 кГц, - диапазон частот от 0 до 150 Гц, КОРЕС спектральная плотность энергии электромагнитного поля - диапазон от 0.1 до 20 МГцдатчики РЧА-АД, РЧА-АМ температура датчикадиапазон температуры от минус 55 до плюс С датчики КВЗ-ПП, ДФМ2

9 Седьмая ежегодная конференция "Физика плазмы в солнечной системе", ИКИ РАН, Частотные диапазоны измеряемых параметров

10 Седьмая ежегодная конференция "Физика плазмы в солнечной системе", ИКИ РАН, Состав и размещение научных приборов и оборудования плазменно-волнового комплекса (КЭ «Обстановка 1-й этап») НАИМЕНОВАНИЕРАЗРАБОТЧИКРАЗМЕЩЕНИЕ Анализатор спектра частот электромагнитного поля ШАШ3Университет ЕтвосаВенгрияВнутри блока КВД2 Антенны электрическая и магнитная РЧА-АД, РЧД-АМ ЦКИ ПАН ИКИ Польша Швеция На штанге ШКД2 Блоки с комплектом вторичных преобразователей КВД1, КВД2ИКИ РАНРоссияНа механических адаптерах МАД1, МАД2 Блок хранения телеметрической информации Блок сбора и контроля данных БХТИ ДАКУ1, ДАКУ2 КФКИ РМКИВенгрияВнутри гермоотсека СМ Внутри блоков КВД1, КВД2 Датчик поверхностного потенциалаДП-ПМИКИ БАНБолгарияНа корпусе блока КВД1 Датчики потенциала плазмыДП1, ДП2ИКИ БАНБолгарияНа штангах ШКД1, ШКД2 Зонды ЛенгмюраЗЛ1, ЗЛ2Центральная лаборатория солнечно-земных воздействий БАН БолгарияЗЛ1 – на штанге ШКД1 ЗЛ2 - на корпусе КВД2 Кабели, катушка и держателиРКК «Энергия»РоссияСнаружи СМ Комбинированные волновые зондыКВЗ1, КВЗ2Львовский центр ИКИУкраинаНа штангах ШКД1, ШКД2 Механические адаптеры для установки КВД1, КВД2 МАД1, МАД2РКК «Энергия»РоссияНа поручнях ВнеКД Трехкомпонентные феррозондовые магнитометры ДФМ1ИКИ РАНРоссияВнутри блока КВД1 ДФМ2Львовский центр ИКИУкраинаВнутри блока КВД2 Штанги для размещения датчиковШКД1, ШКД2РКК «Энергия»РоссияНа механических адаптерах МАД1, МАД2 Электронный анализатор заряженных частиц КОРЕСУниверситет ШеффилдаВелико- британия На корпусе блока КВД2

11 Обстановка 1-й этап IIIIIIIIIIII Седьмая ежегодная конференция "Физика плазмы в солнечной системе", ИКИ РАН,

12 Размещение научной аппаратуры на СМ (2011 год) Бортовой терминал лазерной связи (КЭ «СЛС») Аппаратура «Фотон-Гамма» (КЭ «Молния-гамма») Аппаратура Expose-R (КЭ «Expose») Радиометрический комплекс РК-21-8 (КЭ «СВЧ-радиометрия») Плазменно-волновой комплекс (КЭ «Обстановка») Система высокоскоростной передачи информации (в рамках КЭ «МКС-Напор») Спектрометр (КЭ «Всплеск») Диагностический комплекс (КЭ «Сейсмопрогноз») Плазменно-волновой комплекс (КЭ «Обстановка») Антенный блок (КЭ «GTS») - устанавливается в 2011 г.

13 Седьмая ежегодная конференция "Физика плазмы в солнечной системе", ИКИ РАН, Установка плазменно-волнового комплекса (КЭ «Обстановка 1-й этап») на трассе поручней ВнеКД Адаптер МАД2 с блоком КВД2 Штанга ШКД2 с датчиками Адаптер МАД1 с блоком КВД1 Штанга ШКД1 с датчиками Комплексные плазменно-волновые исследования Комплексные плазменно-волновые исследования Масса НА с кабелями и элементами крепления ~ 140 кг 2012 г.

14 Седьмая ежегодная конференция "Физика плазмы в солнечной системе", ИКИ РАН,

15

16 Благодаря разнесению датчиков (антенн) с помощью штанг на расстояние ~ 3 метра, возможно изучение пространственных структур в ионосфере размером меньше 3м., учитывая, что в слое F2: ларморовский радиус электронов He ~ 3см; ларморовский радиус ионов H ~ 500см. Пространственное разрешение

17 Седьмая ежегодная конференция "Физика плазмы в солнечной системе", ИКИ РАН, Пространственное разрешение Изучение пространственных структур в ионосфере размером больше 3м возможно благодаря использованию инфраструктуры РС МКС. Отработка такой методики началась с вывода на орбиту микроспутника «Чибис-М», который 25 января отделился от транспортно-грузового корабля «Прогресс М-13М» специально поднятого на орбиту высотой 512км, т.е. ~ на 110км выше орбиты МКС. Из-за независимой эволюции орбит «Чибис-М» и МКС расстояние между ними будет изменяться. После получения точных данных о эволюции орбиты «Чибис-М» будет определена динамика изменения расстояния между ними.

18 Седьмая ежегодная конференция "Физика плазмы в солнечной системе", ИКИ РАН, Микроспутник «Чибис-М»

19 Седьмая ежегодная конференция "Физика плазмы в солнечной системе", ИКИ РАН, Микроспутник «Чибис-М» Масса – 40 кг

20 Седьмая ежегодная конференция "Физика плазмы в солнечной системе", ИКИ РАН, Микроспутник «Чибис-М» Впервые разработан комплекс научной аппаратуры (КНА «Гроза»), ориентированный на изучение новых физических процессов в высотных атмосферных грозовых разрядах.

21 Седьмая ежегодная конференция "Физика плазмы в солнечной системе", ИКИ РАН, Микроспутник «Чибис-М» Комплекс научной аппаратуры - КНА «Гроза» Рентген-гамма детектор – РГД НИИЯФ -диапазон рентгеновского и гамма- излучения МэВ; -масса ~ 4.5 кг; потребление ~ 5 Вт Детектор ультрафиолета – ДУФ НИИЯФ - спектра излучения от ультрафиолетового ( нм) до красного ( нм); -масса – 0.7 кг; потребление – 2,5 Вт Радиочастотный анализатор – РЧА ИКИ РАН - диапазон частот – 26 – 48 МГц -масса РЧА – 3.55 кг; потребление – 6 Вт. Цифровая камера – ЦФК ИКИ РАН - пространственное разрешение – 300 м; -масса – 1.5 кг; потребление – 8 Вт Магнитно-волновой комплекс – МВК ЛЦ ИКИ НАНУ-ГКАУ (Львов) - диапазон частот – 100 – ГцУни-тет Этвоша (Будапешт) -масса МВК – 2,35; потребление – 4 Вт. Блок накопления данных БНД-Ч ИКИ РАН - масса – 1.2 кг; потребление –5 Вт. Передатчик 2.2 ГГц с антеннами – ПРД ИКИ РАН -масса – 0.7 кг; потребление – 10 Вт.

22 Седьмая ежегодная конференция "Физика плазмы в солнечной системе", ИКИ РАН, Микроспутник «Чибис-М» КВЗ1 КВЗ2 ИМ

23 Седьмая ежегодная конференция "Физика плазмы в солнечной системе", ИКИ РАН, Частотные диапазоны измеряемых параметров Магнитно-волновой комплекс – МВК ЛЦ ИКИ НАНУ-ГКАУ (Львов) - диапазон частот – 100 – ГцУни-тет Этвоша (Будапешт) -масса МВК – 2,35; потребление – 4 Вт.

24 Седьмая ежегодная конференция "Физика плазмы в солнечной системе", ИКИ РАН, Микроспутник «Чибис-М», МВК

25 Седьмая ежегодная конференция "Физика плазмы в солнечной системе", ИКИ РАН, Микроспутник «Чибис-М», МВК

26 Седьмая ежегодная конференция "Физика плазмы в солнечной системе", ИКИ РАН, Пространственное разрешение Изучение пространственных структур в ионосфере размером больше 3м возможно благодаря использованию инфраструктуры РС МКС. Из-за независимой эволюции орбит «Чибис-М» и МКС расстояние между ними будет изменяться. После установки КЭ «Обстановка 1-й этап» на Российском сегменте МКС и получения точных данных о эволюции орбиты «Чибис-М» будет определена динамика изменения расстояния между ними, т.е будут реализовываться «двухточечные» измерения.

27 Седьмая ежегодная конференция "Физика плазмы в солнечной системе", ИКИ РАН, Орбиты МКС и «Чибис-М»

28 Седьмая ежегодная конференция "Физика плазмы в солнечной системе", ИКИ РАН, Наземный комплекс управления в Калуге (НИЛАКТ РОСТО).

29 Седьмая ежегодная конференция "Физика плазмы в солнечной системе", ИКИ РАН, Наземный комплекс управления в Калуге (НИЛАКТ РОСТО).

30 Седьмая ежегодная конференция "Физика плазмы в солнечной системе", ИКИ РАН, Микроспутник «Чибис-М», МВК

31 Седьмая ежегодная конференция "Физика плазмы в солнечной системе", ИКИ РАН, Микроспутник «Чибис-М», МВК

32 Седьмая ежегодная конференция "Физика плазмы в солнечной системе", ИКИ РАН, Наземный комплекс управления в Тарусе (СКБ КП ИКИ РАН).

33 Седьмая ежегодная конференция "Физика плазмы в солнечной системе", ИКИ РАН, В настоящее время согласованы Технические задания на КЭ «Обстановка 2-й этап» и «Трабант», включённые в «Долгосрочную программу научно- прикладных исследований и экспериментов, планируемых на российском сегменте МКС» реализуемую на РС МКС в период 2015 – 2020 г.г.

34 Седьмая ежегодная конференция "Физика плазмы в солнечной системе", ИКИ РАН, Хочу ещё раз поздравить участников проекта с началом работы микроспутника «Чибис-М» на орбите! В создании, испытаниях и эксплуатации микроспутника и его наземного сегмента приняли участие академические, научно -исследовательские, опытно - конструкторские, производственные организации: ИКИ РАН (г.Москва); СКБ КП ИКИ РАН (г.Таруса); НИИЯФ МГУ (г.Москва); ФИАН (г.Москва); ЛЦ ИКД НАНУ-НКАУ (г.Львов); BL-Electronics (г.Будапешт); Растр-технолоджи (г.Москва); НИЛАКТ РОСТО (г.Калуга); НПО МАШ (г. Реутов); СКАНЭКС (г. Москва); ОАО РКК «Энергия» имени С.П.Королева (г.Королев); ЦУП ЦНИИМаш (г. Королев)

35 Седьмая ежегодная конференция "Физика плазмы в солнечной системе", ИКИ РАН, января 2012 ЦУП (г. Королёв).

36 Седьмая ежегодная конференция "Физика плазмы в солнечной системе", ИКИ РАН, Спасибо за внимание!