Результаты исследований и экспериментов
|
Скачать 0.85 Mb.
|
|
ЭКСПЕРИМЕНТ «ОБСТАНОВКА (1 ЭТАП)» Современный уровень развития космической техники характеризуется необходимостью разработки и создания сверхбольших космических аппаратов (КА) со сроком эксплуатации 10-15 лет и более. Предшествующий опыт эксплуатации КА свидетельствует, что длительное нормальное функционирование бортовой аппаратуры (служебной аппаратуры и полезной нагрузки) на КА зависит не только от качества ее комплектующих изделий, но и от технологии ее изготовления и в значительной мере от электромагнитной обстановки (ЭМО) на КА. ЭМО зависит не только от собственных электромагнитных полей, генерируемых работающей аппаратурой, но и определяется взаимодействием функционирующего КА с окружающей средой. Сам КА как физическое тело, помещенное в плазму, является своеобразным зондом, электрический потенциал которого определяется как физико-химическими характеристиками его наружной поверхности, так и параметрами окружающей плазмы и потоками на него широкого спектра электромагнитных излучений от ультрафиолета до рентгена. Электрические и магнитные поля и токи у поверхности КА определяются параметрами окружающей среды (космической плазмы) и характером взаимодействия материалов, находящихся на поверхности КА, с этой средой. Данные о магнитном поле, кроме того, что они представляют научную ценность сами по себе, необходимы для интерпретации результатов практически всех плазменных измерений. Проводимые на борту измерения позволяют проследить изменения этих полей в орбитальном полете в зависимости от параметров орбиты и характеристик окружающей среды, которые определяются степенью внешних геофизических возмущений и их природой. Опыт проведения этих измерений свидетельствует о том, что в ряде случаев эти поля достигали значений, приводящих к выходу из строя отдельных приборов и систем. Исходя из этого, такие измерения необходимо проводить и на МКС. Одним из направлений исследований является изучение и предсказание «космической погоды», то есть текущего и прогнозируемого состояния ионосферы. Эти данные необходимы для групп, управляющих работой прикладных КА на орбите, с целью обеспечения их долговременной активной работы. Плазменные процессы – составная часть «космической погоды». Такой подход основан на одной из современных физических идей – взгляд на плазму, в том числе плазму в космическом пространстве, как на динамическую среду с заряженными частицами и широким спектром плазменных волновых движений и неоднородностей. При прогнозировании космической погоды вопросы диагностики выступают на первое место, так как во многих случаях основные ошибки прогноза происходят от неверной оценки текущего состояния. Плазменные процессы сопровождаются электромагнитными излучениями в низкочастотном диапазоне (менее 20 Мгц), что является их отличительной особенностью. Для изучения и прогнозирования «космической погоды» необходимы постоянные глобальные наблюдения. В частности, экологический плазменно-волновой мониторинг околоземного космоса поможет измерить важные параметры «космической погоды».  Рис. 40. Схематическое представление факторов «космической погоды» Долговременный мониторинг параметров ионосферы и некоторых областей магнитосферы с борта орбитальных станций может оказать неоценимую помощь, во-первых, для потребителей текущей информации о состоянии ионосферы (радиосвязь и навигация), а также для исследователей солнечно-земных связей. Уникальность эксперимента «Обстановка (1 этап)» на РС МКС заключается в изучении электромагнитных излучений практически во всем диапазоне плазменных колебаний в ионосфере и проведении длительных измерений непосредственно в области F2 ионосферы. Эксперимент проводится в обеспечение создания банка данных однокомпонентных измерений электромагнитных полей около МКС при воздействии факторов космического пространства, включая воздействия искусственного происхождения. Результаты будут использованы в области прикладной геофизики, экологии, для прогноза космической погоды и корректировки эксплуатационных требований изделий РКТ. Цели эксперимента «Обстановка (1 этап)»: • геофизические исследования, которые предполагают долгосрочные мониторинговые измерения параметров плазмы и плазменно-волновых процессов, связанных с проявлением в ионосфере солнечно-магнитосферно-ионосферных и ионосферно-атмосферных связей; • исследования в приповерхностной зоне плазменно-волновых процессов взаимодействия сверхбольшого КА, каким является МКС, с ионосферой необходимы как для прикладных, так и для фундаментальных геофизических исследований. Электрические и магнитные поля и токи у поверхности КА определяются параметрами окружающей космической плазмы и характером взаимодействия материалов, находящихся на поверхности КА, с этой средой.
КЭ «Обстановка (1 этап)» реализуется с помощью плазменно-волнового комплекса научной аппаратуры - ПВК, разрабатываемого на основе приборов, успешно использовавшихся ранее ИКИ РАН с участием  Рис. 42. Результаты измерения параметров магнитного поля магнитометром ДФМ-1 международной кооперации при проведении фундаментальных исследованиях в космосе. Основой волновых измерений является комбинированная волновая диагностика (КВД), которая позволяет в широком диапазоне частот, включая и постоянные поля, исследовать мощность электромагнитных, электростатических и магнитных полей, а также спектр флуктуаций частиц плазмы. Непрерывная работа ПВК необходима также для исследования орбитальных, суточных и сезонных вариаций процессов взаимодействия. Важнейшей задачей комплекса ПВК является изучение процессов «космической погоды», для которых, также как и для метеорологической погоды, требуются непрерывные наблюдения. Эксперимент «Обстановка 1 этап» реализуется путем размещения на служебном модуле (СМ) РС МКС научной аппаратуры ПВК. Аппаратура ПВК размещается как на внешней поверхности, так и внутри: блоки КВД1 и КВД2 с соответствующими штангами размещаются на внешней поверхности Служебного модуля РС МКС, блок хранения телеметрической информации (БХТИ) внутри Служебного модуля РС МКС.
Комплекс физических параметров, измеряемых ПВК в процессе реализации КЭ «Обстановка (1 этап)», позволяет исследовать широкий круг физических явлений в ионосфере и в приповерхностной зоне МКС. Плазменно-волновой комплекс (ПВК) эксперимента содержит 11 научных приборов, осуществляющих широкий спектр электромагнитных и плазменных измерений. Научные приборы, входящие в ПВК, практически являются приемниками электромагнитных излучений широкого диапазона частот и имеют высокую чувствительность (более подробно по следующей ссылке:http://www.cosmos.ru/obstanovka/). Эксперимент «Обстановка (1 этап)» имеет своей задачей максимально использовать преимущества Международной космической станции как носителя научной аппаратуры широкого спектра измерений. Эти преимущества: инженерная поддержка эксперимента со стороны экипажа как на этапе монтажа и ввода в строй аппаратуры, так и в процессе долговременного эксперимента на орбите; достаточные энергетические ресурсы, не сдерживающие быстродействие и производительность аппаратуры; стабильная орбита, дающая возможность статистически выделить из долговременных измерений компоненты геофизического происхождения. Для отображения результатов измерения параметров магнитного поля магнитометром ДФМ-1 (рисунок 43) создана и отлажена программа, результаты работы которой представлены на рисунке 42. Параллельно с генерацией графического файла с графиками, программа формирует текстовые файлы с числовыми величинами измеренных параметров. На трёх верхних панелях рисунка 42 в нанотеслах представлена высокочастотная составляющая трёх компонент магнитного поля. На четвёртой панели показаны три компоненты и модуль полного магнитного поля Земли. На пятой панели – разности модуля магнитного поля и разности юлианского времени. Разности времени позволяют судить о равномерности результатов измерения. В частности, скачки полного поля, скорее всего, обусловлены изменением тока в системе солнечные батареи – аккумуляторы – электропотребители при переходе через терминатор, а не перерывом в данных. По другим приборам работающего комплекта комбинированной волновой диагностики (КВД1), данные от которых были доступны на этом временном интервале, авторами приборов выполнены работы по визуализации и предварительному анализу полученной информации. Для декоммутации и анализа информации поступающей по интерфейсу Ethernet в блок сопряжения полезных нагрузок (БСПН) была отлажена программа приведения данных к формату, в котором данные записываются на сменный носитель информации (СНИ), находящийся в БХТИ. Программа необходима для того, чтобы с данными могли работать все участники эксперимента и все аппаратные средства, использовавшиеся при наземной отработке ПВК. В частности, контрольно-измерительная аппаратура (КИА) ПВК, получив данные в этом формате, способна выдавать экспресс информацию о кадрах телеметрии. Прикладные программы, разработанные всеми участниками эксперимента, тоже рассчитаны на такой формат.
Применение оборудования «Зонд Ленгмюра» (блок ЗЛ) (рисунок 46), также входящего в комплект ПВК, позволит получить независимую информацию о потенциале РС МКС относительно окружающей плазмы, провести сравнительный анализ данных зонда Ленгмюра и данных от американского оборудования FPMU (Floating Potential Measurementt Unit), и анализ влияния электрофизических факторов на функционирование бортовых систем РС МКС в части их неблагоприятного воздействия. В ходе реализации КЭ «Обстановка (1 этап)» по прибору Зонд Ленгмюра (ЗЛ1) получен (рисунок 47) график вольтамперной характеристики плазмы вокруг МКС.
В состав научной аппаратуры ПВК также входят датчики потенциала (ДП) и комбинированный волновой зонд (КВЗ). Два прибора ДП разработаны для независимой и непрерывной работы, а также и для изучения способов взаимодействия МКС с нейтральной и заряженной компонентами окружающей среды, что особено важно при формировании МКС, так как структура МКС изменяется периодически. Непрерывная работа необходима также для исследования орбитальных, суточных и сезонных вариаций процессов взаимодействия. Важнейшей задачей ДП является изучение влияния параметров плазмы на процессы "космической погоды", для которых, также как и для метеорологической погоды, требуются непрерывные наблюдения.
Измерение разности потенциалов между чувствительным элементом и корпусом МКС является основной научной задачей прибора ДП. Это позволяет изучать физические явления, связанные с процессами изменения электрического заряда МКС и временными вариациями электрического потенциала. Наличие двух идентичных приборов ДП, установленных на расстоянии порядка 3 м друг от друга, позволяет осуществить измерение пространственных характеристик электростатического потенциала в окресностях станции МКС. По прибору Датчик потенциала (ДП1) получен отклик (рисунок 50), позволяющий судить о том, что прибор готов к точной настройке с помощью команд задания напряжений на его электродах и других параметров, определяющих режим измерений.
В качестве датчика электромагнитных волн в космической плазме был разработан и изготовлен комбинированный волновой зонд (КВЗ), предназначенный для измерения отдельных компонент флуктуаций магнитного поля, плотности электрического тока и напряженности электрического поля в ионосферной плазме. КВЗ является комбинированным устройством, объединяющим конструктивно четыре типа измерительных преобразователей. КВЗ измеряет суммарное квадратичное отклонение по секундным интервалам. Его данные, после перенормировки, представлены на рисунке 51.
Установлено, что все информационные интерфейсы исправны как аппаратно, так и программно-логически. Все заложенные при планировании эксперимента параметры выполнены. Получение новых данных об электромагнитных параметрах ионосферной плазмы необходимы для уточнения моделей ближнего космоса в той его области, где, в частности, осуществляются долгосрочные полеты с человеком на борту. При длительных сроках функционирования орбитальных станций (10-15 лет и более), наряду с кратковременными возмущениями (например, магнитные бури), можно исследовать долговременные колебания геомагнитных возмущений, например 11-летний цикл солнечной активности. Исследования электромагнитных полей и других плазменных параметров (концентрации частиц, температуры, потенциалов, токов натекания) окружающей МКС среды, а также факторов, влияющих на их формирование вблизи поверхности станции, представляют несомненный научный и прикладной интерес. Актуальность этих исследований определяется практическими задачами как по созданию аппаратуры и систем для длительного использования на КА, так и по изучению возможностей и вариантов размещения на КА, в частности на модулях РС МКС, чувствительной к воздействию электромагнитных полей и плазмы аппаратуры. |
||||||||||||||||||||||
Похожие:
 |
Программа модуля составлена в соответствии с Федеральными государственными... Целью данной дисциплины является сформировать у студентов способности: использовать компьютерные технологии для организации экспериментальных... |
 |
Тема современные методы системных исследований Основные направления социологических исследований. Методы, используемые в рамках социологических исследований. Методологическая стратегия... |
|
Набор для экспериментов прекрасная возможность погрузиться в удивительный... Набор для экспериментов – прекрасная возможность погрузиться в удивительный микромир. Занятия с этим набором будут интересны и детям,... |
|
Новосибирск В монографии приведены результаты теоретических и практических исследований в области контрактивной биоэлектрокинетики, позволяющие... |
|
4 класс Результаты освоения учебного предмета Личностные результаты Личностные результаты: воспитание патриотизма, чувства гордости за свою Родину, российский народ и историю России |
|
Институт ядерных исследований учёный совет Институт ядерных исследований Российской академии наук образован в 1970 году для создания экспериментальной базы и проведения фундаментальных... |
|
«здоровье» подсевшие на игру Результаты недавних исследований показывают, что в некоторых школах страны до 80% учеников всерьез «подсели» на азартные игры».... |
|
Научные разработки ниу рамн практическому здравоохранению (выпуск четвертый) Результаты научных исследований, готовые к практическому применению, обобщены Организационно-аналитическим управлением рамн по материалам,... |
|
Райнер Пацлаф "Застывший взгляд" Излагаемые им новые, подчас неожиданные результаты исследований подтверждают вывод, что воздействие телевизионных образов на физиологию... |
|
Стратегическая программа исследований Состояния и тенденции развития исследований и разработок в сфере деятельности платформы |
|
1. Результаты биоиндикационных исследований с использованием амфибий Проведена оценка пресса антропогенной нагрузки на водные экосистемы морфофизиологическими индикаторами и цитогенетическим подходом... |
|
Психология рекламы К отрасли психологической науки. В ней наиболее полно представлены основные теоретические направления, история развития психологии... |
|
В. А. Гага и др. Мотивационные элементы организационных отношений... Тношений мотивационных систем в производственных и банковских корпорациях. Представляет собою: результаты исследований В. А. Гаги... |
|
Подготовка пациента к сдаче анализов Строгое соблюдение пациентом правил подготовки к лабораторному исследованию крайне важно для получения точных результатов. Очень... |
|
Видев и увидя: жизнь и смерть нестандартных деепричастий Исаченко [1960]. Так, например, обстоит дело даже в очень подробной и представительной «Морфологии» Санкт-Петербургского университета... |
|
Результаты экспериментальных исследований влияния Мфт при помощи преобразователя частоты. Натяжение в набегающей ветви кви измерялось тензодатчиком и регистрировалось тензостанцией.... |