ВАЖНЕЙШИЕ ЗАКОНЧЕННЫЕ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЕ И
ОПЫТНО-КОНСТРУКТОРСКИЕ РАБОТЫ, ВЫПОЛНЕННЫЕ В 1996-1998гг., И ГОТОВЫЕ К ПРАКТИЧЕСКОМУ ИСПОЛЬЗОВАНИЮ
Интегрированные информационно-телекоммуникационные сети и системы.
- В 1995-1998 гг. в ИКИ РАН создана и поддерживается открытая информационная система доступа пользователей к спутниковым данным. Сегодня в систему включены данные по наблюдениям более 60 различных регионов России, полученные в центре приема ИКИ РАН.
- В 1996-1998 гг. в центре приема и обработки спутниковых данных в ИСЗФ СО РАН внедрена технология автоматизированного приема, обработки и распространения спутниковых данных, для приема и обработки данных, поступающих с метеорологических спутников. Эта технология сегодня постоянно используется в центре для оперативного обеспечения данными различных научных проектов и организации оперативного обеспечения данными служб, занимающихся контролем состояния окружающей среды.
- В 1996-1998 гг. совместно с Международным институтом леса и ИСЗФ СО РАН была разработана и внедрена на Центральной базе авиационной охраны лесов России (Авиалесоохрана) система оперативного доспупа пользователей к спутниковым данным и результатам их обработки. Система позволила в течение сезонов 1997-1998 гг. ежедневно проводить оперативный спутниковый мониторинг практически всей территории России. Информация, получаемая в результате этого мониторинга, постоянно используется сегодня при планировании работ по организации контроля и тушения лесных пожаров.
- В 1998 г. в центре приема и обработки спутниковых данных НИЦ "Планета" Росгидромета была внедрена технология автоматической каталогизации спутниковых данных. Эта технология сегодня используется для ведения каталогов данных, поступающих с природоресурсного спутника РЕСУРС 01 N3. В настоящее время начаты работы по адаптации этой технологии для работы с данными вступившего в декабре 1998 г. в эксплуатацию спутника РЕСУРС 01 N4.
- В 1998 г. для организации телеконференции с космонавтами, находящимися на борту станции МИР, была впервые использована созданная в ИКИ РАН совместно с ведущими российскими телекоммуникационными компаниями сиcтема проведения ИНТЕРНЕТ-конференций.
Разработаны и осуществлены следующие проекты:
- Локальная сеть административного здания Государственной Третьяковской галереи. В проекте разработана ЛВС на 100 рабочих мест, включая кабельную систему и подключение к сети Интернет.
- Создан проект информационной системы Государственной Третьяковской галереи и даны рекомендации по подключению к сети Интернет.
- Локальная сеть продовольственного департамента г. Москвы. В проекте разработана ЛВС на 120 рабочих мест, включая структурированную кабельную систему, установку активного сетевого оборудования и обеспечение компьютерной безопасности.
- Узел доступа в сеть Интернет для г.Бишкек
- Технический проект "Интервью Председателя Правительства РФ С.Б.Кириенко пользователям сети Интернет 24 июля 1998 г". В проекте разработана ЛВС на 30 рабочих мест, WEB-сервер, обеспечены меры компьютерной безопасности.
- Технический проект "Организация пресс-конференции экипажа ОК "Мир" с пользователями сети Интернет". В проекте разработана ЛВС на 20 рабочих мест, WEB-сервер, предусмотрено включение видео-телефонов и средств трансляции аудио/видео по сети Интернет (Cisco IP/TV), обеспечены меры компьютерной безопасности.
- Проект модернизации магистрали сети РКНСИ для повышения пропускной способности ЛВС.
Завершены следующие опытно-конструкторские работы:
- Создан прототип WEB-сервера Государственной Третьяковской галереи. Прототип передан заказчику - Государственной Третьяковской галерее.
- Создан и размещен в ЛВС ИКИ РАН официальный WEB-сервер Российского космического агентства.
- Построена ЛВС по проекту "Интервью Председателя Правительства РФ С.Б.Кириенко пользователям сети Интернет 24 июля 1998 г", обеспечившая успешное проведение интервью.
- Построена ЛВС по проекту "Организация пресс-конференции экипажа ОК "Мир" с пользователями сети Интернет", обеспечившая успешное проведение пресс-конференции.
- Модифицирована транзитная ЛВС сети РКНСИ для обеспечения доступа научных организаций г. Москвы по сети radio-ethernet.
Глобальный экологический мониторинг.
Работы по глобальному экологическому мониторингу низкочастотных (< 30 Мгц - верхняя граница плазменной частоты, определяющей основные процессы в плазме) электромагнитных полей, начатые в 1995г. в рамках программы НАУКА-НАСА, и показавшие, что необходимо использовать космические методы, позволяющие реализовать мониторинг в длительном (более 10 лет) непрерывном режиме. При этом очень важно, что получаемая информация сразу вводится в мощные вычислительные средства, используемые при космических исследованиях и может быть доступна широкому кругу пользователей. Проблема краткосрочного прогноза "космической погоды" приобрела значительную актуальность в последнее время в связи с потребностями принятия специальных мер медицинской профилактики для здоровых людей, работа которых связана со стрессами нервной и сердечно-сосудистой систем - летчиков, космонавтов, операторов, водителей общественного транспорта. Данная работа является составной частью исследований по Программе Космическая Погода и проводилaсь в 1998г. по направлениям:
- Изучение возможностей использования инфраструктуры Орбитальных Станций (ОС) для геофизических и антропогенных исследований.
Основной методической и технической проблемой здесь является то, что электромагнитная обстановка (ЭМО) на существующих в настоящее время космических аппаратах (КА) и ОС затрудняет проведение измерений электромагнитных, электростатических и магнитных полей, обусловленных как естественными процессами в ионосфере, так и антропогенным воздействием на ионосферу. Это связано с тем, что имеющаяся на КА радиоэлектронная и электротехническая аппаратура, работая в номинальных режимах, является источником электромагнитных излучений, в том числе в определенном выше диапазоне частот. Эти проблемы решаются по двум направлениям:
- Исследование в приповерхностной зоне плазменно-волновых процессов взаимодействия ОС с ионосферой. По данному направлению:
- Разработана и изготовлена аппаратура космического эксперимента (КЭ) СПРУТ-VI (Головные постановщики эксперимента НИИЯФ МГУ и РКК ЭНЕРГИЯ с участием ИКИ РАН в кооперации с учёными Австрии, Германии, Польши, Словакии, Украины). КЭ СПРУТ-VI доставлен 27 октября на ОС МИР. Работы внутри ОС начнутся с декабря 1998г. В феврале-марте 1999г. должен начаться эксперимент на внешней поверхности ОС, который впервые позволит оценить уровни ЭМО и выработать методы разделения естественных и техногенных процессов при проведении исследований на будущих ОС.
- Разработаны Исходные данные и Техническое задание на реализацию КЭ ОБСТАНОВКА на Российском Сегменте Международной Космической Станции (РС МКС). КЭ ОБСТАНОВКА принят к реализации на двух модулях РС МКС. На основе опыта, накопленного в ИКИ РАН по проведению экспериментов на больших межпланетных станциях (проекты ВЕГА и ФОБОС), разработаны методы улучшения ЭМО.
КЭ СПРУТ также принят к реализации на РС МКС
- Мониторинг окружающей космической среды электромагнитно-чистыми микроспутниками (ЭМЧМ),
интегрированными в инфраструктуру РС МКС.
Естественно, чем больше аппаратуры размещается на КА, точнее, чем выше её энергоемкость (до десятков кВт), тем хуже ЭМО. Таким образом возникает необходимость проведения электромагнитного мониторинга на микроспутниках с энергоёмкостью до 30 Вт и массой 40-60 кг. Только использование инфраструктуры ОС, позволяющей прежде всего создать высокоинформативную, но с малым энергопотреблением, командно-телеметрическую систему, реально обеспечивает электромагнитную чистоту микроспутника. Кроме того, инфраструктура ОС позволяет поддерживать ЭМЧМ на орбите (два ежегодно) в течение длительного времени (10-15 лет), необходимого для экологического мониторинга. Наличие на ЭМЧМ корректирующей двигательной установки позволяет сформировать эллиптическую орбиту вокруг ОС с малой полуосью 0.1-10 км.
- На основе опыта разработки, изготовления, испытаний и эксплуатации в полёте субспутников МАГИОН-4 и МАГИОН-5 проекта ИНТЕРБОЛ, накопленного в ИКИ РАН, разработана концепция ЭМЧМ, интегрированных в инфраструктуру РС МКС.
- Концепция КА с электрореактивными двигателями (ЭРД) приводит к созданию и запуску КА нового типа для исследования планет земной группы. Использование ЭРД малой тяги наиболее эффективно при длительных космических полётах. Энергия в десятки киловатт, требуемая для работы ЭРД, получается от больших солнечных батарей, которые собираются и разворачиваются экипажем ОС на околоземной орбите, куда КА доставляется в частично разобранном виде. Эта схема позволяет уменьшить массу выводимых конструкций и снизить стоимость запуска.
- В результате выполнения ОКР проведена разработка КА Модуль-М, способного обеспечить изменение орбиты от высоты ОС до 1000км. Комплекс научной аппаратуры на Модуль-М позволяет проводить мониторинг низкочастотных электромагнитных волн.
Последние исследования корреляционных свойств параметров солнечного ветра (потока плазмы, постоянно, со скоростью 300-1000 км/с истекающего из Солнца) показали, в том числе в ходе продолжающейся реализации проекта ИНТЕРБОЛ (спутники Интербол-1, -2), что коэффициент корреляции между изменениями плазмы в двух точках, расположенных вблизи линии Земля-Солнце, тем выше, чем больше амплитуда вариаций измеряемого параметра. Это является обоснованием возможности измерения солнечного ветра в удаленной от Земли точке, например, в окрестности либрационной точки L1, с целью упреждающего мониторинга.
Сведения о движении неоднородности в плазме (разрыва, межпланетной ударной волны, коронального выброса и т.д.) могут быть получены в точке L1 за 30-60 мин до того момента, когда они начнут взаимодействовать с магнитосферой Земли и начнется ее структурная перестройка. В последние годы эти данные стали важным направлением магнитосферных исследований и исследований солнечного ветра в целях получения сведений о состоянии "космической погоды" в реальном времени и, что еще более важно, ее краткосрочных прогнозов. Речь идет, в первую очередь, о регистрации особенностей солнечного ветра, обладающих повышенной геофизической активностью, и о предсказании процессов быстрых структурных перестроек геомагнитосферы, приводящих к значительным вариациям геомагнитного поля на поверхности Земли и к возникновению сильных индукционных токов в протяженных проводниках на поверхности Земли (трубопроводы, линии электропередачи и т.д.). Этого упреждающего времени достаточно для подключения резервных генераторов и включения защитных систем на газопроводах и телекоммуникационных спутниках.
Исходя из вышеизложенного ИКИ РАН и РКК ЭНЕРГИЯ разработали концепцию исследования динамики взаимодействия солнечного ветра с магнитосферой Земли с помощью КА с ЭРД, находящихся в точках либрации системы Солнце-Земля.
Отработка микроспутника.
В указанный период времени завершена отработка микроспутника для научных исследований (космического аппарата до 100 кг массы по классификации SSTL, принятой в Европе) типа МАГИОН. По своим техническим характеристикам он превосходит известные аналоги и может послужить базой для разработки микроспутников в России, в том числе и для коммерческого использования.
Принципы, заложенные в микроспутники типа МАГИОН, позволяют оптимизировать космические исследования, как прикладные, так и коммерческие, по ряду параметров:
- по общим стоимостным и трудозатратным характеристикам;
- по целевому предназначению устанавливаемого комплекса научной аппаратуры;
- по комплексности обработки полученной информации;
- по возможности запуска.
В основу концепции разработки микроспутника типа МАГИОН были положены и реализованы следующие идеи.
- Идея микроспутника как единого прибора: микроспутник для научных исследований создается как система обслуживания комплекса датчиков научной аппаратуры, обеспечивающая требуемые для них режимы работы, режимы ориентации, а также передачу полученной с них информации на Землю. При этом компоновка уже отработанных узлов и систем (элементы крепления, штанги, устройства раскрыва и фиксации штанг и т.д.) выполняется каждый раз заново, в том числе и для обеспечения максимальной помехозащищенности и электромагнитной совместимости устанавливаемой аппаратуры. В свою очередь, и к комплексу научной аппаратуры предъявляется ряд требований на совместимость с базовыми параметрами разрабатываемого микроспутника, отражаемыми в Техническом Задании.
- Идея принципиальной негерметичности: при соответствии комплектующих требованиям негерметичного объекта создание микроспутника становится значительно дешевле и проще. Общая компоновка микроспутника, повышающая его надежность, позволяет гарантировать срок активного времени существования 1-3 года и до 4-5 лет, что для большинства научных задач является вполне приемлемым.
- Идея ограниченной автономности - сознательное перенесение части задач, традиционно выполняемых бортовой обработкой, на путь решения "борт-Земля-борт", например, в части проведения тестирования систем и в части ориентации и маневров. Это снижает скорость принятия решения, но позволяет удовлетворять другим ограничениям, накладываемым на микроспутники.
Задачи, которые могут выполнять такие микроспутники: исследования ресурсов Земли, исследования океана, лесных массивов, пустынь, исследования глобальных процессов на Земле, задачи изучения околоземного космического пространства, образовательные задачи, задачи проведения демонстрационных и технологических полетов, а также отдельные военные задачи.
Технологии и документация могут быть переданы заинтересованным Российским предприятиям для реализации.
СВЧ компоненты и узлы
На основании результатов исследовательских работ, проведенных в рамках проекта РЕЛИКТ-2, были разработаны СВЧ компоненты и узлы, которые могут быть использованы в различных областях науки и техники. На базе этих разработок в 1998 г. был создан СВЧ блок радара, предназначенного для исследования динамических процессов в снежных лавинах. Данная работа была выполнена в рамках отдельного контракта РАД970701 с австрийским Техническим Университетом, г. Грац, Австрия. разработанное устройство представляет собой малошумящий преобразователь частоты сигнала С-диапазона (5,8 ГГц) в Ка-диапазон (35,8 ГГц) с мощным выходным каскадом, а также преобразователь частоты сигнала Ка-диапазона в С-диапазон. В данной работе был использован технический задел проекта РЕЛИКТ-2:
- малошумящие интегральные усилители промежуточной частоты;
- малошумящие варисторные преобразователи частоты Ка-диапазона;
- малошумящие рупорно-параболические антенны с гибридным облучателем;
- комбинированная система термостатирования с использованием термоэлектрических микроохладителей;
- генераторы и усилители на диодах Рида, разработанные совместно с НИИ ПУЛЬСАР для гетеродинов научного комплекса РЕЛИКТ-2;
- импульсная система электропитания.
Предварительные испытания СВЧ блока радара, проведенные в Техническом Университете г. Граца, показали, что разработанное устройство работает устойчиво и обладает высокими параметрами.
Астродатчики
Изготовлены и поставлены в РКК "Энергия" астродатчики определения по изображениям звездного неба ориентации Международной орбитальной станции (4 летных образца) и телекоммуникационных геостационаров "Ямал" (5 летных образцов).