3.1 Проекты в стадии реализации

1. Детектор нейтронов высоких энергий ХЕНД для КА НАСА «2001 Марс Одиссей» (шифр – МСП-2001).

Заказчик – Федеральное космическое агентство.

Цель проекта:

Детектор быстрых нейтронов ХЕНД является российским экспериментом в составе гамма спектрометрического комплекса GRS космического аппарата НАСА «2001 Марс Одиссей» (США).

Научная цель эксперимента ХЕНД – исследование потоков нейтронов образующихся в верхнем слое грунта Марса под действием космических лучей для поиска воды и обеспечения обработки данных гамма спектрометра GRS.

КА «2001 Марс Одиссей» запущен 7 апреля 2001 г. После окончания официального срока (август 2004 г.) проект продлен до 2006 г.

Руководитель проекта: Д.ф.м.н. Митрофанов И.Г. тел.: 333-3489, imitrofa@space.ru

Состав научной аппаратуры

Основными регистрирующими устройствами прибора HEND являются 3 пропорциональных счетчика (SD, MD и LD) на основе ³He и сцинтилляционный блок (SC) с двумя сцинтилляторами на основе стильбена и CsI. Детекторы SD, MD и LD и внутренний сцинтилляционный детектор имеют различную чувствительность к нейтронам различных энергий, и поэтому они позволяют измерить спектральное распределение потока нейтронов в энергетическом диапазоне от 0.4 эВ до 1.0 МэВ. Сцинтилляционный детектор SC/IN измеряет нейтроны с энергиями 300 кэВ -10.0 МэВ на основе регистрации протонов отдачи. В этом детекторе реализована схема разделения отсчетов при регистрации нейтронов от отсчетов при регистрации гамма - квантов, которая вырабатывает два различных сигнала от нейтронов и от гамма- квантов. При этом степень подавления фона от гамма - квантов в нейтронном сигнале очень высока и составляет более 1000. Прибор описан на сайте ИКИ РАН http://www.iki.rssi.ru/hend/

Основные результаты

В 2004 г. детектор ХЕНД на борту КА находится на круговой орбите с высотой около 400 км и периодом обращения около 2 ч, с которой производится картографирование поверхности Марса в различных диапазонах энергий нейтронов и гамма квантов. В течение всего времени, за исключением времени проведения, в соответствии с планом работ проекта, регламентных работ с системами КА и внеплановых отключений при повышенной солнечной активности, выдавал данные измерений нейтронного и гамма полей в межпланетном пространстве и около Марса. В настоящее время прибор работает без замечаний, по данным телеметрии все его параметры в норме.

Результатом исследований проведенных прибором Хенд и другой аппаратурой гамма спектрометрического комплекса КА явилось открытие на Марсе обширных областей вечной мерзлоты с высоким содержанием водяного льда. Также, по результатам работы в течение первого марсианского года, получены свидетельства сезонных изменений состава поверхности Марса – испарение и конденсация углекислоты в полярных шапках планеты. Начато наблюдение сезонных изменений второго марсианского года.

Проведены модельно зависимые оценки нейтронной компоненты радиационного фона на поверхности Марса для различных районов планеты и в условиях переменной солнечной активности.

По результатам тестовых измерений с отключенным режимом антисовпадения получено подтверждение возможности регистрации прибором ХЕНД заряженных частиц (электронов, протонов, ионов) на околомарсианской орбите. В настоящее время разрабатывается программа проведения регулярных измерений радиационного фона на орбите по измерениям, как нейтронов, так и заряженных частиц.

2. «ИНТЕГРАЛ»

(http://integral.rssi.ru/)

В 2002 г. российской ракетой-носителем ПРОТОН была выведена на высокоапогейную орбиту международная обсерватория гамма-лучей ИНТЕГРАЛ. В обмен на запуск космического аппарата российские ученые получат право на ~25% научных данных миссии, которые будут доступны через Российский Центр Научных Данных (РЦНД) проекта ИНТЕГРАЛ, организованный в Институте Космических Исследований. С момента создания РЦНД его сотрудники вели активную работу по адаптации существующего и разработке нового математического обеспечения миссии, занимались распространением информации о предстоящем проекте среди российской научной общественности. Проведено 2 цикла сбора заявок на наблюдения обсерватории. В этом году был организован прием заявок от российских пользователей на третий цикл наблюдений обсерватории ИНТЕГРАЛ, и осуществлялась вся необходимая консультационная помощь.

Практически сразу после запуска обсерватория “Интеграл” стала давать ценную научную информацию. В 2004 г. сотрудниками отдела Астрофизики высоких энергий было открыто 9 новых источников: IGR J01363+6610, IGR J16465-4507, IGR J17331-2406, IGR J17475-2822, IGR J17507-2856, IGR J18027-2016, IGR J18406-0539, IGR J18450-0435, IGR J18490-0000 - в дополнение к 10 источникам, открытым в 2003 году (а всего к настоящему времени обсерваторией ИНТЕГРАЛ открыто 46 новых источников). Ведется работа по их оптическому отождествлению и выяснению их природы. Кроме того, проводилось регулярное мониторирование галактической плоскости и поля галактического центра обсерваторией ИНТЕГРАЛ с целью поиска рекуррентных вспышек и реактиваций известных транзиентных источников. Было проведено картографирование неба в жестких рентгеновских лучах в области касательной к Галактическому спиральному рукаву в созвездии Стрельца. Проведено уникальное измерение спектра сверхмассивной черной дыры Sgr A*. Среди нескольких обычных гамма-всплесков зарегистрирован гамма-всплеск GRB 031203: гамма-всплеск с необычайно малой энергией. Проведены исследования широкополосных спектров (1-100 кэВ) ряда Галактических и внегалактических источников.

(Академик Сюняев Р.А. rs@hea.iki.rssi.ru, д.ф.-м.н. Павлинский М.Н. 333-23-66, mykle@hea.iki.rssi.ru, д.ф.-м.н. Гребенев С.А., 333-22-22, sergei@hea.iki.rssi.ru )

3. Проект КОРОНАС-Ф

КОРОНАС-Ф. Проект в стадии реализации. Тема ²Эксперимент с прибором РПС-1. Спектрометрические исследования рентгеновского излучения солнечных вспышек в диапазоне ( 3 ¸ 30 ) кэВ²

Руководитель темы - гл.конструктор проекта В.М.Панков

В проводимом в настоящее время космическом эксперименте ²КОРОНАС-Ф² одной из научных задач является изучение мощных динамических процессов активного Солнца (солнечные пятна, вспышки, выбросы плазмы) с целью создания теорий и методов прогнозирования этих явлений. Для этого используются приборы, позволяющие регистрировать солнечное излучение во всем диапазоне электромагнитного спектра от радиоволн до гамма-излучения.

В рентгеновском диапазоне для регистрации излучения в области энергий 3 ¸ 30 кэВ используется полупроводниковый спектрометр РПС-1, предложенный ИКИ РАН. Основу спектрометра составляет нетрадиционный для космических исследований детектор из теллурида кадмия, охлаждаемый микроохладителем, что позволяет проводить тонкую спектрометрию излучения (его энергетическое разрешение 740 эВ на линии 5,9 кэВ ⁵⁵Fe) и детально исследовать спектрально-временные характеристики вспышек на разных фазах их развития.

Запуск ²КОРОНАС-Ф² был произведен 31.07.2001г. с космодрома ²Плесецк².

РПС-1 находится на орбите уже более 3-х лет и продолжает работать.

Конструктивно РПС-1 состоит из двух основных частей: детектирующий РПС-1БД ( см. Панков В.М., Прохин В.Л., Шкуркин Ю.Г. и др. - Изв. ВУЗов, сер. Радиофизика, 1996, т.39, № 11-12, с.1500) и блока электроники, в качестве которой использован прибор АВС ( см. Гляненко А.С., Котов Ю.Д., Павлов А.В. и др. - ПТЭ, 1999, № 5, с.10 ), входящий в состав КНА ²КОРОНАС-Ф².

С выхода РПС-1 БД сформированные сигналы поступают на вход АВС, где производится их регистрация, амплитудный анализ и запоминание. Снимаемые с выхода АВС 32-х канальные спектры передаются по каналу ТМ ССНИ. Кроме того, поступающие с РПС-1БД сигналы регистрируются неперегружаемыми интенсиметрами, показания которых передаются по каналу ТМ РТС и позволяют провести ²грубую² спектрометрию излучения в 4-х энергетических интервалах.

Текущая информация со спутника, находящаяся на сервере ИЗМИРАН, регулярно перекачивается в ИКИ и обрабатывается по мере ее поступления. Анализ обработанной информации показывает, что все вспышки, зарегистрированные аппаратурой спутника GOES, фиксируются прибором РПС-1 на дневной стороне неба. Высокая чувствительность РПС-1 позволяет проследить изменение спектра дневного неба (в отсутствии вспышек) в зависимости от уровня солнечной активности, а также временную эволюцию спектров слабых вспышек классов B и С (согласно GOES). Исследования спектров более сильных вспышек классов M и Х, регистируемых РПС-1, однако затруднительны из-за недостаточного быстродействия АЦП АВС (имеется завал спектров в мягкой части) и фактического отсутствия данных, получаемых по каналу ТМ РТС.

Выполнена регистрация и спектрометрия рентгеновского излучения солнечных вспышек в диапазоне 3 – 30 кэВ с помощью спектрометра РПС-1 в эксперименте ²КОРОНАС-Ф² при систематических наблюдениях Солнца на освещенной части орбиты КА, а также верхней атмосферы Земли при заходе КА в её тень.

Основные результаты, полученные в ходе данного космического эксперимента.

Использование в РПС-1 охлаждаемого полупроводникового радиационностойкого детектора из CdTe позволило проводить долговременные наблюдения с высоким энергетическим разрешением и высокой чувствительностью. Все солнечные вспышки, фиксируемые прибором, подтверждены данными GOES. Накоплен значительный статистический материал.

По данным, полученным вне радиационных поясов Земли (РПЗ), проведена спектрометрия рентгеновского излучения спокойного Солнца (без вспышек), в том числе и предвспышечного, интенсивность и максимальная энергия, которого зависят от уровня солнечной активности.

В ходе проведения эксперимента прослежена эволюция спектров относительно слабых вспышек (класса В и С), зарегистрированных прибором вне РПЗ, временной профиль которых не искажен недостаточным быстродействием обрабатывающей электроники (в качестве блока электроники в РПС-1 использован амплитудно – временной спектрометр АВС-Ф МИФИ). По этой причине для более мощных вспышек определялся только энергетический диапазон регистрируемого излучения, позволяющий судить о его жесткости.

Помимо солнечных вспышек РПС-1 регистрирует всплесковые события, которые не подтверждаются данными GOES и, по-видимому, имеют магнитосферное происхождение (высыпания электронов). По данным наблюдения верхней атмосферы Земли исследовалась её светимость в различных энергетических диапазонах. Показано, что максимальная энергия рентгеновского излучения атмосферы в интервале широт ± 60⁰ не превосходит 8 – 9 кэВ, а интенсивность его зависит от геомагнитной обстановки и координат КА. В более высоких широтах, а также в районе Бразильской магнитной аномалии отсчеты прибора с энергией > 9 кэВ вызваны захваченными частицами РПЗ.

Для примера, на рисунке крупным планом показаны временные профили вспышки класса С1.0, зарегистрированные в каналах 3-5, 5-8, 8-16 кэВ в сеансе 17507 9.09.2004 г., а также эволюция ее спектра в моменты времени, отмеченные на рисунке точками 1-4.

В.М.Панков, В.Л.Прохин, к.ф.-м.н., тел.333-30-45, E-mail : vpan-iki@yandex.ru

4. Mars Exploration Rover (НАСА)

Разработанный по инициативе специалистов ИКИ РАН в 1990г для космической миссии Марс-96 Мэссбауэровский спектрометр был установлен на марсоходах Spirit и Opportunity американской миссии Mars Exploration Rover. Эксперимент успешно осуществлен с участием специалистов института в 2003 – 2004гг. и работает до сих пор. Впервые в космических исследованиях получены мессбауровские спектры грунта другой планеты. Российские специалисты участвуют в управлении экспериментом.

Запуск 2003г. Финансирование – в инициативном порядке, частично в 2003г за счет программы Перспектива.

Д.ф.-м.н. В.М. Линкин, 333-21-77, linkin@mx.iki.rssi.ru (Лаб. 533)

К.ф.-м.н. Е.Н. Евланов, 333-11-67, bzubkov@mx.iki.rssi.ru (Лаб. 537)

5. Марс-Экспресс (ЕКА)

КА Европейского космического агентства «Марс-Экспресс» был выведен на орбиту Марса в конце 2003г. С января 2004г. спутник успешно работает на орбите Марса. Реализация «Марс-Экспресс» как преемника российского Марс-96 является крупнейшим успехом европейской и российской планетной науки. На борту 7 научных приборов в которых российские ученые принимают участие в качестве соисследователей. Для трех приборов: ОМЕГА (картирующий спектрометр), ПФС (Фурье-Спектрометр высокого разрешения) и СПИКАМ (универсальный УФ-ИК спектрометр) Россией были поставлены важные элементы, в том числе один из двух измерительных каналов СПИКАМ – спектрометр ближнего ИК диапазона на базе акустооптического фильтра (Korablev et al., 2003). Взаимодополняющие измерения при помощи комплекса приборов с российским участием (ОМЕГА, СПИКАМ, ПФС) позволили получить большое количество результатов. Это измерения термической структуры атмосферы с высокой точностью в беспрецедентном диапазоне высот (ПФС и СПИКАМ) включая высоты 100-150 км, на которых происходит торможение КА (Zasova et al., 2004a, Quemerais et al., 2004), исследовать распределение и свойства облаков и аэрозолей (Засова и др., 2004 Федорова и др 2004), проводить минералогическое картирование обширных областей (ОМЕГА, Bibring et al 2004a). Впервые одновременно измерены содержания и построены карты водяного пара и озона в атмосфере (СПИКАМ Fedorova et al., Perrier et al., и ПФС Ignatiev et al, 2004), oткрыто ранее неизвестное свечение NO атмосфере Марса (СПИКАМ, Leblanc et al, 2004, Bertaux et al 2004a), исследовано состояние атмосферы северной полярной области в начале зимы (ПФС, Zasova et al., 2004b), обнаружено неравномерное распределение моноксида углерода в атмосфере (ПФС, Ignatiev et al., 2004, Lellouch et al., 2004) и т.д..

Запуск 2003г. Финансирование – ФКП

д ф.-м. н. Кораблев О.И., 3335434, oleg.korablev@irn.iki.rssi.ru (отд 53)