Тема ВЕКТОР. Разработка перспективных бортовых систем и приборов, программно-аппаратных средств, создание КА малой размерности для проведения космических исследований, реализации прикладных и образовательных программ.

Гос. регистрация №01.20.03 03422

Научный руководитель Чулков И.В.

Создание действующего образца приемника цифровой телеметрической информации.

Был разработан, изготовлен и испытан экспериментальный образец приемника на диапазон частот 18-26 ГГц. Устройство имеет два независимых канала приема и способно синхронизоваться внешним высокостабильным генератором на частоте 5 МГц (например, от рубидиевого или водородного стандарта частоты). Блок-схема одного из каналов приемника представлена на рисунке:

Приемник состоит из двухканального приемного блока супергетеродинного типа и двух малошумящих усилителей (МШУ), соединенных с приемным блоком коаксиальными кабелями. МШУ выполнен на транзисторе NE321000 и монолитной схеме HMC517 фирм NEC и Hittite соответственно.

На каждый из каналов гетеродин подается независимо. Сигнал гетеродина формируется двухканальным синтезатором. Каждый из гетеродинов работает на половинной частоте и перестраивается с шагом 1 МГц в диапазоне частот 8900 – 12500 МГц. В качестве генератора применяется микросхема HMC588LC3B, в качестве синтезатора ADF4153. Для удвоения частоты используется микросхема HMC576LC3B. Управление частотой гетеродинов производится от персонального компьютера по интерфейсу RS-232.

Фотографии приемного блока (слева) и МШУ (справа) приведены на рисунках:

Шумовая температура МШУ в диапазоне приемных частот не более 150 К. Полоса приема составляет 100 МГц. Шаг перестройки частоты 2 МГц. Интегральные добавленные фазовые шумы гетеродина составляют не более 5 градусов на частоте 20 ГГц.

Создание действующего образца СВЧ части скаттерометра мм диапазона.

Был создан экспериментальный образец приемно-передающего модуля, работающего на частоте 34.5 ГГц. Модуль собран по супергетеродинной схеме с квадратурными (по фазе) выходами промежуточной частоты. На рисунке изображена блок-схема модуля:

Образец модуля устанавливался на систему позиционирования, обеспечивающую его перемещение по одной или двум координатам. В качестве мишени был использован металлический шар диаметром 20 мм. В процессе движения значения напряжений по выходным квадратурным каналам I и Q записывались в файл с тактовой частотой 100 кГц.

Пример записи напряжений по каналам I и Q показаны на рисунке:

В качестве антенны использовался короткий рупор с гофрированными стенками. Диаметр апертуры рупора составлял около 50 мм.

Был проведен эксперимент по синтезированию апертуры антенны при линейном перемещении модуля. На рисунке сплошной линией показана сглаженная запись сигнала принимаемой мощности в зависимости от текущей координаты перемещения, а штриховой линией – синтезированный сигнал:

Видно, что ширина отклика существенно уменьшилась, что говорит об эффективности выбранной процедуры синтеза апертуры антенны.

ПЛАНЕТА. MROE "Martial Radio Occultation Experiment" совместная работа CSSAR, Китай и ИКИ РАН в рамках проекта "Фобос Грунт".

Были разработаны, изготовлены и испытаны образцы бортовых передатчиков и антенн на рабочие частоты 416.5 МГц и 833 МГц. Выходная мощность передатчиков была около 5 Вт, относительная нестабильность частоты составила порядка 10^-9. Проведены совместные испытания передатчиков, изготовленных в ИКИ, и приемников, изготовленных в Китае. Передатчики были доработаны с целью обеспечения контролируемых изменений частоты и фазы передаваемого сигнала. С помощью дополнительных аттенюаторов мощность сигнала на входах приемников снижалась до минус 100…минус 140 dBm. Приемники и передатчики соединялись коаксиальными линиями. Проводились также измерения с использованием штатных антенн. В последнем случае трасса распространения сигнала окружалась радиопоглощающим материалом. Результаты измерений фазы приведены на рисунке.

Измеренная погрешность определения фазы составила порядка 6 угловых градусов.

"Оперетка-И". НИР "Исследование вопросов создания активно-пассивного обнаружителя".

Рассмотрены вопросы создания дистанционного обнаружителя объектов по их радиоизлучению. Радиометрический канал устройства предназначен для обнаружения объектов путем регистрации падающего электромагнитного излучения в диапазоне 90-100 ГГц и определения направления на излучающий объект. Регистрация падающего излучения осуществляется высокочувствительным многоканальным приемником. Рассмотрены пути построения супергетеродинного приемника и возможная элементная база для его создания.

На рисунке ниже приведена блок-схема приемного канала, выполненного по супергетеродинной схеме:

Основой радиометрического приемника является балансный смеситель диапазона 80-100 ГГц, с частотой гетеродина около 30 ГГц. В качестве диодов используются смесительные диоды, типа DBES105a, производства United Monolithic Semiconductors (UMS), Франция. Фотография экспериментального образца смесителя приведена на рисунке:

Был изготовлен и испытан в лабораторных условиях опытный образец радиометрического канала обнаружителя. Для испытаний использовался сигнал измерителя параметров СВЧ цепей типа PM 1038-N10 производства Hewlett-Packard. Фотография измерительной установки приведена на рисунке:

Радиолокационный канал обнаружителя предназначен для обнаружения объектов путем регистрации отраженного электромагнитного излучения в диапазоне частот 33-37 ГГц и определения направления и расстояния до излучающего объекта (радиолокатор малого радиуса действия). Для обеспечения минимальных габаритных размеров устройства, радиолокационный канал выполняется на базе полупроводниковых СВЧ элементов. Для повышения потенциала (дальности действия) применяется непрерывный режим работы радиолокатора с использованием линейной частотной модуляции сигнала передатчика. Блок-схема экспериментального образца радиолокационного канала приведена на рисунке:

Были проведены натурные испытания радиолокационного канала обнаружителя. В качестве радиолокационной цели был использован металлизированный шар диаметром 5 см. На рисунке показан экспериментальный образец обнаружителя на крыше здания ИКИ:

Исследование (на основе разработанных аналитических аппроксимаций характеристик взаимодействия быстрых заряженных частиц с веществом) параметров слоя возникновения эффективной ион-электронной эмиссии для различных материалов пленок эмиттера вторично-эмиссионного радиоизотопного источника тока, определение оптимальной толщины пленок эмиттера для различных материалов.

В 2009 году, используя имеющиеся экспериментальные данные по электроннной эмиссии при прохождении потоков быстрых ионов через тонкие металлические пленки, была продолжена разработка аналитических формул и графических зависимостей от энергии быстрых ионов для характеристик заряженных частиц (тормозная способность, длина свободного пробега, эффективная толщина наноразмерных слоев вторичной электрон-ионной эмиссии и т.д.), требующихся при моделировании характеристик ион-электронной эмиссии включая энергетические спектры ион-электронной эмиссии, порождаемой прохождением быстрых частиц через вещество из тонких пленок бинарных токовых ячеек эмиттера вторично-эмиссионного радиоизотопного источника тока (ВЭРИИТ), с учетом ее зависимости от величины поверхностного потенциального барьера для эмиттируемых из наноразмерных пленок электронов. Выделяемая во внешней нагрузке батареи мощность имеет максимум при некотором значении параметра m = e / e²RJN, где e характерная энергия эмиттируемых электронов, R сопротивление внешней нагрузки, J поток альфа частиц, N число бинарных токовых ячеек, e заряд электрона. Результаты этих исследований представляют интерес для разработки технического задания на изготовление демонстрационного образца ВЭРИИТ-батареи с толщиной пленок в диапазоне (50 ¸ 100 ) нм и характерной площадью порядка 1 см², создания базы данных по характеристиками взаимодействий альфачастиц и сверхтепловых электронов с материалами пленок эмиттера (тормозные способности сред, пробеги частиц, вольт-амперная характеристика, аналитические аппроксимации данных параметров), а также для выработки рекомендаций по оптимизации рабочих характеристик эмиттера батареи и развитию технологии его изготовления для создания опытного образца батареи с электрической мощностью порядка микроватт. Важно отметить, что согласно ранее выполненным оценкам оптимизированная по параметрам ВЭРИИТ-батарея должна иметь к.п.д. преобразования кинетической энергии альфа-частиц в электрическую около 30 %, что значительно выше уровня, достигнутого в других типах радиоизотопных источников.

Результаты выполненных исследований будут представлены в материалах 2-х статей, подготовленных к публикации, а также и доложены на конференциях 2009 года (РУДН, апрель 2009; ГНЦ РФ ФГУП «НПО ²ОРИОН²», май 2009; Плазменная электроника, Харьков, август 2009). В 2010 году будут проведены переговоры с научно-производственным предприятием ‘’БИАПОС’’ по разработке совместного проекта, направленного на создание демонстрационного образца вторично-эмиссионного радиоизотопного источника тока, получения необходимого финансирования этих работ.

Михайловская Л.А., к.ф.м.н., тел.8-495-333-41-00, nerokhin@mx.iki.rssi.ru

Ерохин Н.С., д.ф.м.н., тел.8-495-333-41-00, nerokhin@mx.iki.rssi.ru

Разработка и создание прибора ССНИ-2 комплекса научного эксперимента «ПЛАЗМА-Ф» (проект «Спектр-Р»).

Научный руководитель комплекса «ПЛАЗМА-Ф» -академик РАН Зеленый Л.М., ведущий по прибору ССНИ-2 – зав.отд. 75 к.ф.-м.н. Чесалин Л.С.

Прибор ССНИ-2 предназначен для сбора данных от научных приборов комплекса Плазма-Ф и прибора MDD3, организации сохранения и выполнения последующей обработки зарегистрированных данных, формирования потока информации, организации совместной работы с запоминающим устройством, а также для обеспечения логики взаимодействия с аппаратурой объекта.

Конструктивно прибор ССНИ-2 выполнен в виде моноблока, в который входят следующие функциональные блоки: блок управления БУ и запоминающие устройства ЗУ, предназначенные для обслуживания комплекса научных приборов Плазма-Ф.

В 2009 году завершена разработка конструкторской и эксплуатационной документации, изготовлен летный образец прибора, проведены стыковочные ССНИ-2 с научными приборами Плазма-Ф, а также со служебными системами космического аппарата «Спектр-Р».

Планируемая дата запуска: июнь 2010 года.

Изготовление и испытания комплекса научной аппаратуры микроспутника «Чибис-М» для исследований атмосферных грозовых разрядов.

Руководитель д.ф.-м.н. Климов С.И.отд.54, Отв. исп. Новиков Д.И. отд.73

Проведено научно-методическое обоснование [1, 2, 6] научных задач по исследованию атмосферных грозовых разрядов на микроспутнике «Чибис-М». Электрические разряды в атмосфере, несмотря на их частоту проявления и наблюдений, являются одним из самых загадочных природных явлений. Последние десятилетия принесли серьезные изменения в наше понимание природы грозовых разрядов, что было также связано и с космическими исследованиями. В начале 90-х годов прошлого века космическая гамма-обсерватория COMPTON (НАСА, время работы 1991 - 2000 г.г.) обнаружила исключительно мощные импульсы гамма-излучения земного происхождения, которые были связаны с молниевыми разрядами. Позже эти наблюдения подтвердил спутник RHESSI (НАСА, запуск 2002 г.). Кроме этого, во время гроз были обнаружены радиоимпульсы сверхвысокой мощности и энергии, создававшие радиоизлучение в очень широком диапазоне частот. Интересно отметить, что они появлялись чуть раньше самих молний в течение 2…3 предшествующих миллисекунд.

На основе проведенного анализа сформирован комплекс научной аппаратуры (КНА "Гроза"), ориентированный на проведение измерений на орбите (~500 км) и решающий научные задачи:

а) по изучению ступенчатого лидера высотных молний;

б) высотного распределения разрядов облако – поверхность Земли и облако – облако;

в) узких биполярных радио- импульсов (NBP);

г) фона радиоизлучений в диапазоне 20…50 МГц;

д) всплесков УФ- излучения;

е) электромагнитных параметров космической погоды в диапазоне 10^-2 … 2*10⁴ Гц.

Проведена разработка алгоритмов КНА «Гроза» [3-5, 7].

Разработана конструкторская документация документация на КНА «Гроза», изготовлены натурно-габаритно-массовые и тепловые макеты приборов. Проведено изготовление лабораторных макетов приборов. Начата стыковка лабораторных макетов с целью проверки протоколов электрических и информационных обменов всего КНА «Гроза». В стадии завершения находится изготовление лётных комплектов приборов КНА «Гроза».

Подготовлен к печати сборник «Миссия «Чибис-М»», в котором изложены научные задачи, аппаратурный состав микроспутника «Чибис-М», включая служебные системы и комплекс задач по созданию командно-информационной системы псего проекта.

1. Ангаров, В.Н., С.И. Климов, В.Г. Родин, Л.М. Зелёный. Изучение новых физических явлений в атмосферных грозовых разрядах. Конференция «Физика плазмы в солнечной системе» 17-20 февраля 2009 г., ИКИ РАН, г. Москва, Сборник тезисов с. 35. http://solarwind.cosmos.ru/txt/2009/conf2009thesis.pdf

2. Гуревич А.В., Зелёный Л.М., Климов С.И. Научные задачи миссии «Чибис-М». Выездной семинар «Механика, Управление и Информатика. Миссия «Чибис-М»» Россия, Таруса 24-27 февраля 2009 г. ИКИ РАН, тезисы с. 1-2.

http://chibis.cosmos.ru/index.php?id=685&tx_ttnews[tt_news]=184&cHash=c551dc2447

3. Климов С.И., Козлов В.М. Алгоритмы работы комплекса научной аппаратуры «Гроза» по изучению ступенчатого лидера высотных молний. Выездной семинар «Механика, Управление и Информатика. Миссия «Чибис-М»» Россия, Таруса 24-27 февраля 2009 г. ИКИ РАН, тезисы с. 6-7

http://chibis.cosmos.ru/index.php?id=685&tx_ttnews[tt_news]=191&cHash=7462e7e922

4. Angarov, V.N., G.K.Garipov, V.M.Gotlib, A.V.Gurevich, S.I.Klimov, V.G.Rodin, S.I.Svertilov, L.M.Zelenyi. Investigation of new physical phenomena in the atmospheric lightning discharges. Micro-satellite “Chibis-M”. Small Satellites for Earth Observation. 7^th International Symposium of the International Academy of Astronautics (IAA), Berlin, May 4-8, 2009. Editors: Rainer Sandau, Hans-Peter Roeser, Arnoldo Valenzuela. Wissenschaft und Technik Verlag, Berlin. p. 69-72

5. Angarov, V.N., V.M. Gotlib, S.I. Klimov, V.G. Rodin, L.M. Zelenyi, G.K. Garipov, S.I. Svertilov, A.V.Gurevich. Investigation of atmospheric lightning discharges on the micro-satellite “Chibis-M”. AGU Chapman Conference on the Effects of Thunderstorms and Lightning in the Upper Atmosphere. Penn State University, State College, PA, USA, 10-14 May 2009, p. 49.

6. Panasyuk, M.I., V.V Bogomolov, G K Garipov, Yu I Denisov; B A Khrenov; P A Klimov; L L Lazutin; S I Svertilov; N N Vedenkin; I V Yashin; S I Klimov, L M Zelenyi, V S Makhmutov; Yu I Stozkov; N S Svirzhevsky, V V Klimenko, E.A. Mareev; Y V Shlyugaev; V E Korepanov; I.H. Park; H.I Salazar; H. Rothkaehl. Transient Luminous Event Phenomena and Energetic Particles Impacting the Upper Atmosphere: Russian Space Experiment Programs. AGU Chapman Conference on the Effects of Thunderstorms and Lightning in the Upper Atmosphere. Penn State University, State College, PA, USA, 10-14 May 2009, p. 37.

7. Korepanov, V., A. Marusenkov, S. Belyayev, S. Klimov, L. Zelenyi, D. Novikov, Cs. Ferencz, J. Lichtenberger, L. Bodnar. Earth observation microsatellite “Chibis”. 60th International Astronautical Congrees, Daejeon, Republic of Korea, 12 – 16 October, 2009.
IAC-09-B1.1.11 (publication on CD).

ОКР «КВД-СМ» «Изготовление и приёмо-сдаточные испытания лётного комплекта плазменно-волнового комплекса (ПВК) для эксперимента «ОБСТАНОВКА 1-й этап» на Российском сегменте Международной космической станции».

Завершено изготовление лётного комплекта плазменно-волнового комплекса (ПВК). Выпущена эксплуатационная документации для проведения приёмо-сдаточных испытаний в ИКИ РАН, проходит согласование с РКК «Энергия» программы и методики реализации эксперимента «ОБСТАНОВКА 1-й этап».

Проведены в РКК «Энергия» с положительным результатом испытания технологического комплекта ПВК на комплексном стенде Служебного модуля российского сегмента МКС.