Проекты в стадии НИР.

Солнечная корона и солнечный ветер вблизи Солнца остаются последними областями солнечной системы, не исследованными с помощью прямых измерений. Планета Меркурий посещалась космическим аппаратом лишь однажды и является наименее изученной из всех планет. Космический проект "ИНТЕРГЕЛИОЗОНД" должен восполнить эти пробелы, путём исследования внутренних областей солнечной системы с целью лучшего понимания структуры и динамики солнечной атмосферы, процессов нагрева короны и ускорения солнечного ветра, а также изучения плазменной и газовой оболочек Меркурия.
Баллистическая схема миссии включает полет космического аппарата к Венере, где он совершает многократные гравитационные манёвры, позволяющие без дополнительного расхода топлива осуществлять постепенные сближения с Солнцем. После фазы постепенного понижения перигелия космический аппарат выходит на рабочую орбиту с перигелием около 30 Rs и периодом обращения около 110 суток. Вблизи перигелия с таким гелиоцентрическим расстоянием космический аппарат будет иметь периоды коротации с солнечным вращением, когда он на некоторое время (около недели) практически зависает над определённым участком солнечной поверхности, что позволяет осуществить специальную программу исследований по корреляции явлений на Солнце и в межпланетной среде.
К наиболее значимым достоинствам миссии следует отнести возможность проведения разнопозиционных дистанционных и локальных измерений вблизи Солнца. Впервые космический аппарат, наблюдающий светило, не будет вращаться вокруг Солнца синхронно с Землёй. Имея на рабочей орбите период около 110 суток, космический аппарат будет неоднократно занимать разные положения по отношению к линии Солнце-Земля и тем самым обеспечивать получение оригинальных снимков и измерений.
Возможный спектр исследований включает в себя:

Состав научной аппаратуры для локальных измерений:

1. Интегрированный магнитно-волновой эксперимент (ИМВЭ)Датчик низкочастотного магнитного поля (ДНМП). Датчик представляет собой трехкомпонентный феррозондовый магнитометр, многократно применявшийся в предыдущих космических экспериментах. В данном проекте предполагается применение современной модификации такого датчика имеющей расширенный частотный диапазон (до 1000 Гц против 50 Гц) и повышенную стойкость к изменениям температуры. Прототип датчика в настоящее время готовится к проекту "Модуль-М". Датчик высокочастотного магнитного поля (ДВМП). Предполагается установка нескольких однокомпонентных индукционных датчиков. Аналогичные датчики хорошо отработаны в космических экспериментах. Отличием данного варианта является расширенный и сдвинутый в область высоких частот диапазон измерений. Возможна интеграция такого датчика с электрическим зондом. Прототип датчика в настоящее время готовится в рамках ряда украино-российских экспериментов.

2. Датчик пылевых частиц и ионов солнечного ветра. Эксперимент ПИПЛ.Эксперимент ПИПЛ предназначен для измерения пылевой компоненты, ее распределения по массам, а также определения химического состава пылинок.
3. Эксперимент Гелион
Эксперимент ГЕЛИОН предназначен для измерения детальных энергетических и угловых спектров ИОНов солнечного ветра и планетного происхождения различной массы.
4. Эксперимент ГелиесЭксперимент ГЕЛИЕС предназначен для измерения функций распределения электронов (детальных энергетических и угловых характеристик) солнечного ветра и плазмы межпланетной и околопланетной среды. Прорабатывается также возможность измерения ионов без разделения масс.

НИР проводится ИКИ РАН в качестве соисполнителя у ИЗМИРАН. ИМИРАН в течение двух лет имеет договорные отношения с Росавиакосмосом на проведение НИР "ИНТЕРГЕЛИОЗОНД".

Основная научная задача проекта РОЙ- изучение сильной турбулентности плазмы и аннигиляции магнитного поля в тонких токовых слоях, определяющих динамику магнитосферы, генерацию суббурь и другие взрывные плазменные явления. Эти процессы локализованы в критических областях магнитосферы, таких, как магнитопауза, каспы на дневной и ночной стороне и область ближнего хвоста на ночной стороне.
В проект входят: космический аппарат-БАЗА и отделяемые от него 3-5 субспутников для многомасштабных измерений, расстояния от БАЗЫ до субспутников - 10-300 км. Отличиями проекта РОЙ от других многоспутниковых проектов (ISEE, ИНТЕРБОЛ, CLUSTER) являются малые пространственные масштабы измеряемых явлений, а также синхронная работа с высоким временным разрешением в активных областях с ретрансляцией информации с субспутников через ТМ-антенну спутника БАЗА на пункт приема на Земле и новый подход к бортовому анализу больших объемов данных до их передачи на Землю, позволяющий существенно сократить затраты на прием, хранение и наземную обработку телеметрической информации.

В 2001 году были выполнены следующие работы:
1. Проведен корреляционный анализ фазовых данных и построена оценка скорости перемещения плазменных неоднородностей.
2. Проведено моделирование томографической реконструкции.
3. Рассмотрена проблема определения фазовой константы в томографическом эксперименте.
4. Созданы IBM PC-совместимые программные средства для определения условий видимости передатчиков сигнала GPS/ГЛОНАСС для широкой совокупности высокоапогейных орбит.
5. Проведены исследования возможности использования сигнала системы GPS/ГЛОНАСС в качестве источника данных по вектору баллистического состояния при решении навигационной задачи в проекте РОЙ для набора модельных орбит.
6. Проведен расчет оптимальных параметров орбиты проекта РОЙ с учетом времени баллистического существования.

Проект Резонанс направлен на исследование взаимодействия волн и частиц во внутренней магнитосфере Земли. Основными научными задачами проект РЕЗОНАНС являются:

• исследование динамических характеристик циклотронного магнитосферного мазера;
• изучение процессов наполнения плазмопаузы после магнитных возмущений;
• изучение динамики кольцевого тока;
• выявление роли мелкомасштабных процессов в глобальной динамике магнитосферной плазмы.

По предложению украинских ученых, в дополнение к основным задачам проекта, рассматривается возможность проведение эксперимента "УНЧ интерферометр", целью которого является изучение структуры поля и источников микропульсаций геомагнитного поля Земли.
Научным руководителем проекта РЕЗОНАНС является профессор Л.М. Зеленый,
ведущим по проекту - М.М. Могилевский.
Согласно проекту Федеральной космической программы до 2010 года реализация проекта РЕЗОНАНС намечена на 2007 год. Однако, как было отмечено на секции Совета по космосу РАН, по уровню проработки проект может быть реализован раньше (2005-2006 годах). Поэтому в настоящее время ИКИ РАН прилагает усилия для переноса срока на более ранний.

Состав научной аппаратуры и обоснование этого состава приведены в Итоговом отчете по НИР "Проработка научных и проектных аспектов космического эксперимента по исследованию процессов резонансного взаимодействия электромагнитного излучения с заряженными частицами магнитосферы Земли", Москва, 2001 г.
Проект РЕЗОНАНС включен в Федеральную космическую программу до 2005 года, в качестве НИР и финансирование работ по проекту проводится в рамках Государственного контракта между ИКИ РАН и Росавиакосмосом:
в 1999-2000 годах №025-5607/99;
в 2001 году № 025-0416/01.
Финансирование работ по проекту проводилось в соответствии с планом 6-ого раздела ФКП в полном объеме. Кроме этого некоторая часть работ по проекту поддержана грантом ИНТАС, ЕКА № 99-1006.

Эксперимент направлен на проведение астрофизических исследований в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах, определение состояния техногенного загрязнения геостационарных орбит и наблюдение астероидных и кометных тел в районе орбиты Земли.
Эксперимент разрабатывается как попутный на геостационарном метеорологическом ИСЗ "Электро". Четырехзеркальный 15-см криотелескоп со светосилой 1:1,8, полем зрения 5° и угловым разрешением 2'-20'' может длительное время охлаждаться при помощи радиационного холодильника, прототип которого обеспечивал на ИСЗ "Электро" температуру фотоприемников около 75 К более трех лет. При трехосной ориентации оптической оси метеоприборов на Землю телескоп, установленный внутри радиационного холодильника под углом ~30° относительно направления на полюс, будет каждые сутки сканировать полосы вдоль кругов со склонением ~60° в северном и южном полушарии соответственно зимой и летом. Предельная звездная величина для современных ПЗС-камер составит V ~ 16 зв.вел. и K ~ 12 зв.вел., а для объектов результирующей односуточной карты неба на ~ 2 зв.вел. лучше. Проект может предшествовать запускам более дорогих специализированных КА.
В 2001 г. работа финансировалась в рамках НИР по договору с Институтом астрономии РАН. Начато изготовление "астрономического стенда" для тестирования по звездам охлажденного жидким азотом телескопа, проводилось натурное моделирование обзора неба с оптической ПЗС-матрицей телевизионного типа.
(Маслов И.А., тел. 33-40-11, Е-mail: imaslov@iki.rssi.ru)

По перспективным проектам в области планетных исследований ИКИ не вел в 2001 г. самостоятельных НИР, однако предоставлял ЦНИИМАШ исходные данные для проведения таких работ. Кроме того, были собраны предложения ученых ИКИ и других институтов по перспективам сотрудничества с НАСА в исследованиях Марса. Они обобщены в Пояснительной записке к "Концепции и предложения российских ученых в области исследований Марса при помощи космических аппаратов в рамках сотрудничества НАСА/Росавиакосмос".

1. Проведена разработка прототипа спектрометра высокого разрешения для исследования состава планетных атмосфер методом солнечного просвечивания (SOIR : Solar Occultation InfaRed experiment). Цель разработки - создание бортового образца спектрометра с массой не более 3.5 кг при разрешающей силе не менее 20000 в широком спектральном диапазоне (1.2-4.3 мкм) без движущихся частей. Проведено теоретическое обоснование методики; прибор включен в базовую научную нагрузку спутника Венеры "Венера-Экспресс" Европейского космического агентства, и предложен на спутник Марса КНЕС (запуск в 2007г).
Лабораторный прототип представляет собой эшелле-спектрометр с использованием акусто-оптического фильтра для выбора порядка дифракции в спектральном диапазоне 1-1,7 мкм; разрешающая сила "30000.
Дата запуска - 2005 (Миссия Венера-Экспресс - еще не утверждена)
Научный руководитель к.ф.-м.н. О.И. Кораблев.
Состав НА: Прибор SOIR (Эшелле-спектрометр с акусто-оптическим фильтром). Масса не более 3.5 кг.
Состояние дел по проекту:
разработан лабораторный макет на другой диапазон длин волн (в соответствии с имеющимся многоэлементным детектором Hamamatsu), завершается разработка прецизионной эшелле-решетки с малым числом штрихов новым технологическим методом (травление кремния).
Организации, с которыми идет сотрудничество:
- Служба аэрономии Национального центра научных исследований (Франция)
- НПО "АФАР", Зеленоград
- МГУ им. Ломоносова
к. ф.-м. н. О.И. Кораблев, oleg@irn.iki.rssi.ru
O. Korablev and J.-L. Bertaux, 2001. High-resolution IR spectrometer for the studies of planetary atmospheres. Geophys. Res. Abstr. 3, 7766.

2. Исследована возможность получения оптических изображений поверхности Венеры на спускаемых аппаратах (во время снижения) и на аэростатах.
Оптические изображения поверхности Венеры (панорамы) получались в прошлом только после посадки (на космических аппаратах "Венера-9, 10", и "Венера-13,14"). В последнее время за рубежом были предложены новые проекты по прямым исследованиям нижней атмосферы и поверхности Венеры, в которых среди прочих экспериментов планируется и получение изображений - либо во время снижения атмосферного зонда, либо с борта плавающего аэростатного зонда. Возможности проведения такого рода съемки ограничиваются поглощением и рассеянием в атмосфере. Целью работы была оценка видимости поверхности в зависимости от высоты и длины волны в трех "окнах прозрачности" - 0,65, 0,85 и 1,0 мкм. Вычислялся "фактор видимости" , который задавался как отношение яркости поверхности (ослабленной атмосферным рассеянием) к полной яркости системы атмосфера+поверхность. Он равен 1 на поверхности и уменьшается с высотой - тем быстрее, чем меньше длина волны. Если положить, что его минимальное допустимое значение составляет 0,1, то оказывается что 3-цветная съемка с использованием всех трех окон возможна только ниже 2 км. Если ограничиться окном 1,0 мкм, то предельная высота намного больше - 15 км. Эти оценки относятся к дневному времени. Однако в окне 1 мкм можно получать изображения также ночью - благодаря тепловому излучению поверхности (735 К в среднем). Роль атмосферного рассеяния в этом случае намного меньше, и предельная высота возрастает до 35 -45 км (в зависимости от плотности подоблачной аэрозольной дымки). Работа проводилась в связи с участием в подготовке предложения по проекту VAMP (перспективный спускаемый аппарат для исследования атмосферы Венеры, один из конкурсных проектов программы Discovery). При проведении работы были использованы результаты спектральных измерений, полученные на советских спускаемых аппаратах "Венера-11, 13, 14".
д. ф.-м. н. В.И. Мороз, т. 333-21-02, moroz@irn.iki.rssi.ru
V.I.Moroz, Estimates of the visibility of the surface of Venus from descent probes and balloons, Planetary and Space Science (статья принята).

3. В 2001 году продолжена НИР с целью исследовать теоретически и экспериментально метод определения содержания водорода в породах поверхностного слоя Марса, основанный на возможности регистрации протонов отдачи, рассеянных в прямом направлении потоком альфа-частиц. В эксперименте АРХ методы обратного рассеяния альфа-частиц и индуцированного альфа-частицами флуоресцентного рентгеновского излучения обладают одним недостатком - они не позволяют обнаружить изотопы водорода, которые могут входить в состав грунта в виде кристаллогидратов, или в какой-либо другой форме. В разрабатываемом методе полупроводниковые детекторы и радиоизотопные источники альфа-частиц аналогичны использующимся в APX-спектрометре, однако, геометрическая конфигурация соответствует регистрации частиц рассеянных вперед. Проведенные теоретические расчеты и экспериментальные измерения показали, что чувствительность метода составляет примерно 0.05 весовых процента водорода. Получены экспериментальные спектры дейтерий содержащих образцов, демонстрирующие практическую возможность определения отношения водорода к дейтерию в широком диапазоне концентраций. Для определения количественного состава изотопов водорода в исследуемом веществе велись работы по отработке математических методов разделения спектральных линий, получаемых в альфа моде APX спектрометра. В частности отрабатывалось математическое разделение спектральных линий при упругом рассеянии альфа-частиц на атомах водорода и дейтерия. Предлагаемый метод позволит надежно определить содержание воды в поверхностном слое планетного грунта при помощи весьма компактного прибора с массой в десятки раз меньшей, чем у прибора с газовым хроматографом и масс-спектрометром.Результаты этих работ опубликованы в материалах Лунно-Планетной конференции (LPSC32). По результатам конкурса INTAS 2000 года получена финансовая поддержка проекта "Исследование методических проблем измерения элементного состава комет и планет для планетных миссий при помощи АРХ-спектрометрии".
к.ф.м.н. Герасимов М.В. (тел. 333-11-55, mgerasim@mx.iki.rssi.ru)