Системы оптимального охлаждения гамма- и ИК- спектрометров для планетных и астрофизических исследований Антон Черненко ИКИ РАН. - презентация

1 Системы оптимального охлаждения гамма- и ИК- спектрометров для планетных и астрофизических исследований Антон Черненко ИКИ РАН

2 Ключевая роль «вспомогательных» технологий Отличие космических экспериментов от лабораторных Отсутствие «бесплатного» лабораторного оборудования (электропитание, жидкий азот) и оператора Ограничения по массе и мощности Факторы космического пространства Технологическое решение определяет реализуемость и «стоимость» эксперимента

3 Пример: спектрометры на основе особо чистого германия Детектор (1кг) Электроника (2кг)

4 Обеспечение температурного режима детекторов на основе ОЧГ Температурные режимы: Диапазон рабочих температур: 80 – 120К (жидкий азот) на протяжении всей миссии (годы) Необходимость периодического прогрев кристалла до 100С на протяжении 1-10 дней.

5 Типы систем охлаждения (90-е годы) Детектор Криостат Холодильная машина «Активные» системы на основе холодильных машин 5 кг 40Вт потребляемая мощность 1 месяц непрерывной работы «Пассивные» двухрадиаторные системы ~ 1 метр, десятки кг необходимо чистое небо (экраны, платформы)

6 Прибор ПГС (МАРС-96) 5 кг 25 кг Тепловые трубы/диоды Выдвижная платформа

7 Проект Bepi-Colombo (2000 год) Меркурий: тепловая нагрузка 9х Необходима эффективная активная система: 5 Вт 5 кг >10000 часов непрерывной работы

8 Микрохолодильная машина Ricor K508 (2005г) 0.45 кг часов 15 Вт

9 Эффективная работа холодильных машин Стирлинга Экспериментальные измерения кпд Отечественный Стирлинг (P max : 0.5 Вт, 1 кг) Климатическая камера ИКИ: -70 C … +20 C

10 Эффективная работа холодильных машин Стирлинга (продолжение) Измерения кпд T det : 80 … 120K T stirl : -60 … +60 C Рассеиваемая мощность детектора: 0 – 1.5 W Результаты : 1.7% (T det = 80K) 3.5% (T det = 120K) Исследования работы ОЧГ при 80 -> 120К

11 Прибор МАНГА/БепиКоломбо (2005г) 6.5 кг 12 Вт часов В пределах допустимых лимитов, но…

12 Наука ИЛИ Техника ОЧГ против сцинтилляторов Сцинтиллятор не подвержен радиационному поражению Экспериментальная проверка эффективности прогрева ОЧГ для всех возможных режимов облучения не могла быть проведена на этапе эскизного проекта.

13 Заключение Прибор для космического эксперимента существенно отличается от своего лабораторного аналога тем, что должен нести в себе все технологическое обеспечение В связи с весовыми и мощностными ограничениями космической миссии это определяет реализуемость приборов, которые требуют особых режимов работы, прежде всего, -- тепловых Экспериментальная отработка и испытания «вспомогательных» систем прибора могут по объему, времени и стоимости многократно превосходить отработку «научной» составляющей прибора. Связанные с этой отработкой трудности, в конечном счете, могут привести к отказу от эксперимента.