3.3.
Проекты в стадии НИР
Миссия к Меркурию Бепи Коломбо выбрана ЕКА в качестве базового элемента (Cornerstone Mission) научной программы. Это объясняется двумя фактами: (а) исследования Меркурия имеют ключевое значение для понимания происхождения и эволюции Солнечной системы, (б) к Меркурию до настоящего времен летал только космический аппарат – Маринер-10, в 1974 г. Поэтому многие научные вопросы, относящиеся к Меркурию и межпланетному пространству около Меркурия, еще ожидают решения. В составе миссии Бепи Коломбо сейчас входит два космических аппарата: искусственный спутник Меркурия (MPO/БК) для дистанционных исследований поверхности планеты и искусственный спутник для исследований ее магнитосферы (MMO/БК). Задачей НИР является проработка возможности возможного российского участия в этой миссии.
В 2004г в Европейском Космическом Агентстве завершен отбор научной аппаратуры для дистанционных исследований поверхности планеты (MPO/БК) и. Ранее был завершен конкурс японского космического агентства ISAS по отбору научной аппаратуры для японского космического аппарата для исследований ее магнитосферы MMO/БК.
По результатам конкурсов приняты следующие решения:
отобран российский научный комплекс
Меркурианский Гамма и Нейтронный
Спектрометр (МГНС) для
космического аппарата MPO/БК
отобраны приборы, изготавливаемые Россией
совместно с другими странами
- Камера в лучах натрия MSASI на спутник MMO/БК (Россия и Япония);
- Ультрафиолетовый спектрометр PHEBUS на спутник MPO/БК (Россия, Франция и Япония);
отобраны иностранные приборы с российским
участием:
- Детектор положительных ионов PICAM на спутник MPO/БК (Австрия с участием России);
- Гамма-спектрометр MANGA на спутник MMO/БК (Франция с участием России).
Один из двух гамма-спектрометров для космического аппарата MPO/БК: МГНС или MANGA будет выбран в конце 2005г на основе предоставления в ЕКА результатов дополнительных исследований по технической и технологической реализуемости предложенных приборов, причем по текущим результатам отбора вариант российского прибора МГНС рассматривается в ЕКА как предпочтительный. Остальные приборы выбраны окончательно, однако все они также должны пройти этап критического анализа конструкционных особенностей продолжительностью в один год.
д ф.-м. н. Кораблев О.И., 3335434, oleg.korablev@irn.iki.rssi.ru (отд. 53)
д ф.-м. н. И.Г. Митрофанов, 3333489б imitrofa@space.ru (лаб 503)
д ф.-м. н. О.Л. Вайсберг, 3333456 ovaisberg@swri.edu (отд 54)
к ф.-м. н. А.М. Черненко anton@cgrsmx.iki.rssi.ru (лаб 701)
Инициативные разработки (программа «Перспектива»)
Разработка прибора SOIR
Предложена новая концепция компактной системы для дистанционного исследования состава планетных атмосфер, позволяющая, наряду с высоким разрешением, использовать аппаратуру малой массы, до 4–5 кг. Среди методов наблюдений выделен метод спектроскопии солнечного просвечивания высокого разрешения и предложен эксперимент SOIR (Solar Occultation InfaraRed). Наряду с измерениями спектров этот метод позволяет исследовать вертикальную структуру атмосферы, что, в итоге, позволяет наиболее полно и на качественно новом уровне реализовать преимущества дистанционных исследований с межпланетных космических аппаратов. Система состоит из эшелле-спектрометра, в котором для разделения дифракционных порядков применен акустооптический перестраиваемый фильтр. Она позволяет достичь разрешающей способности l/Dl=20000—30000 при малой массе прибора и отсутствии движущихся частей. При изучении планетных атмосфер это позволяет на порядок увеличить разрешающую способность и детектировать компоненты в большем диапазоне высот и с намного лучшей чувствительностью. Рассмотрены задачи спектроскопии высокого разрешения применительно к атмосферам Венеры, Земли и Марса. В кооперации с французскими коллегами (Служба Аэрономии Национального Центра Научных Исследований, SA CNRS) построен лабораторный макет спектрометра и продемонстрирована его работоспособность для анализа атмосферы Земли.
Рис. 1. Эскиз оптической схемы микроспектрометра РУСАЛКА для измерения парниковых газов в атмосфере Земли.
Результаты разработки нашли отражение в следующих проектах:
-Совместный французско-российско-бельгийский эксперимент SOIR для проекта ЕКА «Венера Экспресс» (запуск в ноябре 2005 г.);
-Разработка методов мониторинга СО2 с использованием микроспутников в рамках программы Президиума РАН №13;
-Эксперимент «РУСАЛКА» по измерению СО2 с борта МКС в рамках контракта с РКК Энергия (запуск не позднее 2006 г.).
д ф.-м. н. Кораблев О.И., 3335434, oleg.korablev@irn.iki.rssi.ru (отд. 53)
Bertaux J.-L., Nevejans D., Korablev O. I. SPICAV/SOIR Team, SPICAV/SOIR
package on Venus — Express. European Geosciences Union 1st General Assembly report
EGU04-A-7530,
Korablev, O.; Bertaux, J.L.; Vinogradov, I.; Kalinnikov,
Yu.; Nevejans, D.; Neefs, E.; Le Barbu, T.; Durry, G.; Fedorova, A.; Grigoriev,
A. High resolution spectrometers for planetary spacecraft. 35th
COSPAR Scientific Assembly, Paper
COSPAR04-A-01500,
Oleg I. Korablev, Jean-Loup Bertaux, Imant I. Vinogradov, Yurii K.
Kalinnikov, Dennis Nevejans, Eddy Neefs, Compact high-resolution echelle-AOTF
NIR spectrometer for atmospheric measurements. Proceedeings of the ICSO 2004 5th
International Conference on Space Optics,
Oleg I. Korablev, Jean-Loup Bertaux, Imant I. Vinogradov, Yurii K. Kalinnikov, Dennis Nevejans, Eddy Neefs, Compact high-resolution echelle-AOTF NIR spectrometer for atmospheric measurements. ESA publications, v. SP-554, 2004.
Беляев Д.А., Виноградов И.И., Калинников Ю.К., Киселев А.В., Кораблёв О.И., Родин А.В., Федорова А.А., Малогабаритный эшелле-спектрометр высокого разрешения с использованием акустооптической фильтрации для атмосферных исследований. Труды 4-й Украинской конференции по перспективным космическим исследованиям, Крым, пансионат «Мрия», 19-26 сентября 2004 г.
Виноградов И.И., Гнедых В.И., Кораблев О.И., Повераев М.В., Родин А.В., Федорова А.А., Микроспектрометр высокого разрешения для изучения парниковых газов. Труды 4-й Украинской конференции по перспективным космическим исследованиям, Крым, пансионат «Мрия», 19-26 сентября 2004 г.
Кораблев О.И., Виноградов И.И., Гнедых В.И., Повераев М.В., Родин А.В., Федорова А.А., Микроспектрометр парниковых газов. Сборник докладов выездного семинара ИКИ РАН «Вопросы миниатюризации в современном космическом приборостроении», г. Таруса, Россия, 2-4 июня 2004г.
Применение НПВО-спектроскопии на борту марсохода (MATROS)
В рамках программы Перспектива предложено применить метод спектроскопии нарушенного полного внутреннего отражения (НПВО, ATR) для анализа образцов пыли и грунта Марса на американском марсоходе «Марсианская научная лаборатория» (MSL-09) с использованием для анализа спектров американского Фурье-спектрометра Mini-TES (сейчас ATIS). С Аризонским университетом (США) был подписан Протокол о намерениях, подразумевающий включение в состав Mini-TES российского ATR-канала. Проведены лабораторные ATR-спектроскопические измерения образцов мелкодисперсных минералов — марсианских аналогов, продемонстрировавшие эффективность методики. Для продолжения этих работ куплен (10% ИКИ, 90% Минпромнауки) лабораторный Фурье-спектрометр типа АФ-3 производства ЦКБ УП РАН. Проведено макетирование аппаратуры, в том числе оптического пенетратора с ATR-ретрорефлектором.
По данному проекту:
-Подписано Соглашение о намерениях об осуществлении эксперимента MATROS на европейском марсоходе ExoMars-Pasteur, совместно с итальянским экспериментом DIBS и с использованием в качестве анализатора совместного российско-итальянского Фурье-спектрометра MIMA.
-Подано в NASA российское (с участием Италии и США) предложение на независимый эксперимент SIATR для анализа образцов пыли и грунта методом НПВО на борту MSL-09.
-Подписано Соглашение о намерениях с IFSI об осуществлении совместного российско-итальянского эксперимента MIMA для исследования атмосферы и поверхности Марса на европейском марсоходе ExoMars-Pasteur (Европейский Mini-TES).
Григорьев А.В., 3334455, grirn@irn.iki.rssi.ru (лаб. 531)
Grigoriev, A. Coradini, O.
Korablev, T. Korzhenevskaya, Yu. Korolev, M. Gusev, A.Garbuz, B.
Moshkin, G. Piccioni, G. Bellucci, and the DIBS Team, Implementation of the attenuated total reflection (ATR) spectroscopy
aboard landers: MATROS experiment. Geophysical Research Abstracts,
EGU04-A-07577, Vol. 6, 07577, 2004
Grigoriev, A.; Coradini, A.; Korablev,
O.; Korzhenevskaya, T.; Korolev, Yu.; Gusev, M.; Garbuz, A.; Moshkin,
E.; Piccioni, G.; Bellucci, G.; The
DIBS/Pasteur Team, Application of ATR-spectroscopy aboard landers: the
MATROS experiment. 35th COSPAR Scientific Assembly, Paper COSPAR04-A-02655,
Миниатюрный Фурье-спектрометр
В рамках программы Перспектива было предложено поддержать работы ИКИ по участию в создании Фурье-спектрометра для спутника МЕТЕОР-М. По ходу работ ввиду недостатка средств на гранте на заявленную тему решено переориентировать силы группы на создание миниатюрных Фурье-спектрометров для планетных исследований. Проведено макетирование аппаратуры, создан прототип миниатюрного Фурье-спектрометра, продемонстрирована его работоспособность. Работы велись в инициативном порядке.
К ф.м н. Мошкин Б.Е., 3334102, moshkin@irn.iki.rssi.ru (лаб. 531)
Лазерная спектроскопия
В рамках программы Перспектива Разработан и создан лабораторный макет in-situ спектрометра ультравысокого разрешения l/Dl=107 на основе диодных лазеров, перестраиваемых по длине волны излучения (Tuneable Diode LAser Spectroscopy — TDLAS) для получения спектров поглощения изотопов H2O и CO2 в марсианской атмосфере. Спектральная область определяется рабочим диапазоном непрерывной перестройки выбранного лазерного диода, позволяющим перекрыть ряд соседних линий поглощения в пределах диапазонов 1,88 мкм, 2,05 мкм, 2,6 мкм и так далее. Конкретные диапазоны определяются как постановкой научной задачи, так и доступностью соответствующего лазерного излучателя.
Рис. 2. Эскиз спектрометра TDLAS для измерения H2O и CO2 в марсианской атмосфере.
Работы, выполняются по следующим проектам :
-В сотрудничестве с SA CNRS (Франция), и научной группы Молекулярной и Атмосферной Спектроскопии (G.S.M.A.) Факультета естественных наук Университета г. Реймс (Франция) предложена концепция бортового лазерного спектрометра для марсохода MSL-09 и создан его лабораторный прототип, ведутся переговоры о включении этого прибора в метеопакет MSL-09, подготавливаемый под руководством Центра Астробиологии (CSIC/INTA) Национального института Аэрокосмической техники г. Мадрид (Испания).
К ф.-м. н. Виноградов И.И., 3332300, imant@iki.rssi.ru (лаб. 536)
T. Le Barbu,
Le Barbu, T.; Vinogradov, I.; Durry, G.; Korablev, O.;
Chassefiиre, E.; Bertaux,
J-L. Tdlas, a diode
laser sensor for the in situ monitoring of H2O and CO2 isotopes . 35th
COSPAR Scientific Assembly, Parer
COSPAR04-A-02115,
Проведены работы по проекту Сантос Дюмон (бразильский проект с российским участием).
На начальном этапе проведены исследования по определению целей и задач первого полета бразильского КА в дальний космос. Были обсуждены следующие варианты научных задач проекта Сантос Дюмон:
- исследования в области солнечно-земной физики;
- различные варианты исследования Луны, в том числе с использованием российского прибора ХЕНД.
Проведены консультации с
бразильской стороной по вопросам орбит перелета и затрат топлива.
3.4. Обеспечение работ по
проектам
Разработка
программного обеспечения космических проектов
Создана программа расчета на компьютере оптимальных спиральных перелетов с малой тягой в сфере действия планеты. В программе используется интерактивное управление расчетами и визуальным отображением результатов.
Информационная поддержка космических проектов.
Создано программное обеспечение системы сетевой информационной поддержки пользователя при планировании космических наблюдений. Разработана структура и содержание вспомогательной информации. Создана база данных системы.
Работы по созданию информационной системы открытого доступа в
космических проектах.
Анализ данных космических проектов и поиск взаимосвязей между ними существенно осложняется таким фактором, как отсутствие удобных и независимых от компьютерной платформы способов доступа к данным и их представлениям. С целью решения этой проблемы в Институте была разработана концепция и на её основе создан макет системы, использующей платформонезависимые web-технологии и методы. С целью унификации была разработана соответствующая технология и создана её программная реализация. Суть этой технологии (FDSDB – File Driven Scientific Data Base) сводится к построению взаимного отображения структур реляционной базы данных и стандартной файловой системы. При этом с помощью файловой системы можно не только заносить или обновлять информацию в базе данных, но также модифицировать её структуру, управлять привилегиями доступа к данным и т.п. Для поиска «нечетких» зависимостей между разнородными данными была создана система на основе методов искусственного интеллекта. Результаты, полученные с её помощью, были подтверждены «классическими» методами. Следует отметить, что существует возможность использования данной разработки не только в области космических исследований, но также и в других областях, где необходим анализ разнородных данных.
Публикации: Создание ГИС по результатам советских и российских космических программ; Краснопевцева Б.В., Курпичев А.В., Назаров В.Н., Батанов О.В.; Международная Конференция «ИнтерКарто 10», Владивосток-Чанчунь (12-19.07.2004г.) «Устойчивое развитие территорий: геоинформационное обеспечение и практический опыт».
Работы по использованию международных
стандартов в научных космических проектах.
В последнее время, как у нас в стране, так и за рубежом все большее значение уделяется вопросам унификации информационных интерфейсов. Такой подход позволяет не только сократить сроки разработки системы и увеличить её функциональные возможности, но и снизить затраты на её создание и сопровождение на всех стадиях проекта, начиная от наземных испытаний и заканчивая полётом и послеполетным анализом данных, за счет использования готовых стандартных решений и средств. Основным мотивом разработанной концепции построения информационных систем научных космических проектов является унификация информационных интерфейсов систем научных космических проектов с международными информационными стандартами. При этом используются не только международные информационные стандарты, принятые в космической отрасли (например, такие как CCSDS), но и так называемые «промышленные» информационные стандарт используемые в других отраслях, в первую очередь – в телекоммуникационной отрасли.
Публикации: О.В. Батанов, В.Н. Назаров, Г.А. Харченко, М.И. Шевченко; Анализ эффективности методов сжатия в применении к телеметрической информации. Вопросы миниатюризации в современном космическом приборостроении, Выездной семинар, Таруса 3-4 июня 2004г.
Работы
по созданию архивов научных данных космических проектов.
Проведена работа по архивации данных проекта ИНТЕРБОЛ-Авроральный зонд. Произведена модификация программного обеспечения для обработки данных прибора ИМАП-3 с учетом определенной неортогональности осей датчика магнитометра и уточнения нулей магнитометра. Создана 2-ая версия архива данных магнитных измерений в осях спутника для полного объёма зарегистрированной информации прибора ИМАП-3 (387 cеанcов). Создана новая версия архива данных магнитных измерений в GSE- системе координат для всех данных, для которых определена ориентация КА (253 сеанса).
Проведена работа по архивации данных прибора CORAL проекта ИНТЕРБОЛ-Хвостовой зонд. По разработанному математическому обеспечению была произведена дешифрация данных прибора CORAL, устранены сбои, сформированы выходные форматы для архива данных эксперимента CORAL. В связи c плохим качеством работы эксперимента была выявлена необходимость разработки дополнительного математического обеспечения по устранению сбоев и формированию выходных форматов. Обработано 40 % от общего объёма зарегистрированной информации.
Проведены работы по
проекту БОЛГАРИЯ-1300 по дешифровке и
устранению сбоев данных с магнитных лент ЕС на современные носители в форматах,
подготовленных для записи в архив. Данные проекта переписывались со старых
магнитных лент ЕС на современные носители, расшифровывались с устранением
сбоев, перерабатывались в форматы, необходимые для архивирования и были
подготовлены для последующее архивации. При этом для каждого сеанса создавался
отдельный паспорт. Обработано 102 сеанса данных, переписанных со старых лент.
Подготовлена новая версия базы данных по ориентации аппарата "Интербол-1" .
Работы по перезаписи данных
видеоизображений в космических экспериментах.
По договору с
Российским государственным архивом научно-технической документации (№ 932 от 01.02.04) осуществлена перезапись
телеметрической информации с 230 магнитных лент ЕС ЭВМ на CD-R носители. В связи с тем, что ленты
хранились более двух десятков лет, при чтении их возникали многочисленные
ошибки, которые потребовали специально разработать математическое обеспечение.
Благодаря этому, используя выявленные особенности считываемых данных, удалось
найти и маркировать все ошибки чтения. Работа
была выполнена в полном объеме в указанные сроки.
Работы по модификации программ обработки ТМ данных.
Создание математического обеспечения для анализа информационных характеристик телеметрических данных проектов ГРАНАТ и ИНТЕРБОЛ позволило выявить ряд ошибок, связанных с организацией сбора, бортовой обработкой и структурированием данных при проведении космических экспериментов.
1. Ошибка, связанная с буферизацией данных при вводе информации в РС. Буферы РС переполняются из-за «отвлечения» операционной системы РС на обработку собственных внутренних прерываний. При этом часть введенной информации затирается новой порцией. Так как размер каждого буфера выбирается кратным размеру телеметрического кадра, обработчик на этапе предварительной обработки не замечает этого. На этапе смысловой обработки это выявляется.
Подготовлены рекомендации:
а) делать размеры буферов некратными длине кадра; эта рекомендация позволит обнаружить и исправить ошибку, но затруднить экспресс-обработку;
б) формировать в процессе ввода контрольные суммы по каждому буферу и записывать их в
отдельный файл.
2. Ошибка, связанная с искажением данных из-за электромагнитных помех, действующих на аппаратуру ввода информации в РС. При сравнении побитно одних и тех же данных, зарегистрированных на 2-х различных рабочих местах, из которых одно является резервным, потоки данных оказались неидентичными. Поскольку в систему обработки поступает информация только с одного рабочего места, то возникает необходимость выбора, которая пока не осуществлялась.
Подготовлена рекомендация использовать (см.п.1.) контрольные суммы для передачи в обработку более качественной информации.
3. Ошибка, связанная с инверсией битового потока. Внутри одного кадра после продолжительных сбоев в радиоканале, как правило, происходит инверсия битового потока, включая синхропосылку. Так как вторичный синхронизатор настроен как на прямую, так и на инверсную синхропосылку, нет информации о том, что данной синхропосылке предшествовала информация в инверсном коде.
Подготовлена рекомендация маркировать прямую и инверсную синропосылки. Можно оставить первый байт синхропосылки в том виде, в котором он поступил на синхронизатор, или можно использовать последний (последние) бит(ы) в качестве индикатора потока.
4. Ошибки, связанные с работой бортовых систем.
а) Проект ГРАНАТ. В непредсказуемые моменты времени на кадр МВМ накладывался один и тот же шаблон битовых ошибок.
Рекомендация: проводить детальнейший анализ всех ошибок с целью выявления систематических ошибок и проводить их исправление.
б) Проект ИНТЕРБОЛ. Обнаружен сдвиг информации на один байт.