Слайд 1
Научно-образовательные
космические проекты
МГУ им. М.В. Ломоносова
Слайд 2 Плесецк 20.01.2005
06час.00мин.
Старт ракеты-носителя «Космос-3м» с
микроспутником «Университетский – Татьяна»
Слайд 4
ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МИКРОСПУТНИКА
Орбита:
высота - 950-970 км
наклонение - 83о.
Масса – 31,6 кг
Масса научной
аппаратуры НИИЯФ 8,5кг
Срок активного существования - >1года
( реально – 25, 5 мес.)
Точность ориентации - (1.0 – 3.0)0.
( реально - хуже)
Радиоканал – 135 Мгц – вверх, 435 МГц - вниз
Характеристики СЭП:
мощность среднесуточная – 7 Вт;
Окончание миссии - 7 марта 2007г
Слайд 6Solar flare January, 20, 2005
Татьяна
Слайд 7UV (300- 400 nm) spectra
of atmospheric emissions
UV (300-
400 nm) spectra
of atmospheric emissions
What is the role of energetic particles?
Слайд 8
«Университетский-Татьяна»,
февраль, 2005г.
Экватор
UV – flashes (~ msec)
spatial distribution
Up to 10
MJ!
Слайд 10Основные итоги
Успешная работа в течение
двух с половиной лет;
Микроспутник может выполнять
серьёзные научные задачи;
Разработаны многочисленные
учебно-методические материалы;
Сформировалось
университетское сообщество, способное разрабатывать совместные научно-образовательные программы
Слайд 11Татьяна - 2
Цель научной программы проекта :
Исследование вспышек
электромагнитного излучения в верхней атмосфере Земли (TLE – Transient Light Events), с помощью аппаратуры, регистрирующей энергетические и пространственно-временные характеристики вспышки
Слайд 12 Татьяна-2
Комплекс детекторов:
1. Детектор УФ и красного излучения.
2. Детектор заряженных
частиц с эфф. площадью
400 cм2.
3. MTEL - короткофокусный УФ телескоп, покрывающий область атмосферы 160×160 км с разрешением 20 км.
4. MTEL - длиннофокусный УФ телескоп, покрывающий область атмосферы 56×56 км с разрешением 7 км.
5. Измерение временных профилей.
Слайд 13В новых проектах для наблюдений транзиентных световых явлений в атмосфере
Земли
будут применены новые ультрафиолетовые телескопы
с адаптивной оптикой
Слайд 15Перспективные проекты
НИИЯФ МГУ
2011 - 2014гг.
НУКЛОН (ОКР в программе
Роскосмоса)
ТУС (ОКР в программе Роскосмоса)
РЭЛЕК (ОКР в программе Роскосмоса)
ИНТЕРГЕЛИОЗОНД
ЛОМОНОСОВ
Слайд 17«Ломоносов»
Наблюдение космических лучей
сверхвысоких энергий
одновременные наблюдения гамма-всплесков
в оптикеи гамма-лучах
Исследование
источников и механизмов ускорения
Научные задачи
Слайд 18
Atmosphere
The Earth's surface
TUS field of vision
UV-collector
Satellite
Secondary
electrons
Primary particle
~10*19 - 10 *20 эВ
Fluorescent
emission
Cherenkov emission
Nmax
«Ломоносов»
Слайд 19 Experimental facility TUS on-board «Lomonosov»
Total mirror area – 1,68 m2
Altitude
H=550km
Covered surface – 5000 km2
Active life period – 5 years
Lower energy limit - 5.1019 eV
Слайд 20«Lomonosov»
2. Studies of transient phenomena
in the Earth's upper atmosphere
Scientific
missions
TUS facility will be used for transients’ studies within UV-range
Слайд 21«Lomonosov»
3. Simultaneous studies of gamma-bursts
by means of optic cameras
and gamma-detectors
Central engine ?
Prompt radiation
Scientific missions
Слайд 22ОБЩИЙ ВИД КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА
«МИХАЙЛО ЛОМОНОСОВ»
Унифицированная космическая платформа
Комплекс целевой аппаратуры
Слайд 23 ТУС (ТрековаяУСтановка)
Задача – наблюдение частиц сверх- и ультравысоких энергий
(до 20 Дж на частицу!) с помощью орбитального детектора, как альтернатива (или дополнение!) гигантским наземным установкам по регистрации ШАЛ
Слайд 24TUS Mission
Main goal is detection of Extreme Energy Cosmic Rays. For
this goal
a large mirror-concentrator is needed. Pixels cover 4000 km2 of the atmosphere (orbit height 450 km). For detection of TLE a pinhole camera is incorporated.
Satellite scientific payload:
mass 60 kg,
electric power 60 Wt,
orientation to nadir ±3º
mirror-concentrator area 2 m2
Слайд 25 Глобальная цель – поиски природного «ускорителя», разгоняющего частицы до энергий
в миллионы раз больших чем на земных ускорителях.
Аппаратура – сегментированное зеркало диаметром 1,8 м с матрицей малоинерционных фотоумножителей в фокусе.
Исполнители:
ЦСКБ «Прогресс», НИИЯФ МГУ, «Космическая регата», ОИЯИ (Дубна)
Слайд 26
Первый образец составного зеркала, работающего по принципу Френеля, подготовлен
для детектора ТУС.
Слайд 28В проекте ТУС-М предлагается создать орбитальный флуоресцентный детектор космических лучей ультравысоких
энергий (Е>1019 эВ) на борту МКС. По своей эффективной «экспозиции» такой детектор эквивалентен наземной установке Оже, создаваемой в Аргентине.
Площадь зеркала 10м2
Фотоприемник 2500ФЭУ
Размер ячейки 15мм
Масса детектора 170 Кг
Потребляемая энергия <200 вт
Слайд 29Для детектора ТУС-М разрабатывается составное зеркало- концентратор. В транспортном положении зеркало
(и фотоприемник) должны поместиться в корабле «Прогресс».
В рабочем положении
зеркало разворачивается
до площади 10 кв. метров.
Слайд 30BDRG + SHOK
X-ray, Gamma measurements,
Optical cameras for GRB’s
Trigger formation for GRB. measurements
Parameters:
Total mass: 30±5 kg;
Power cons: up to 70 W
Telemetry: up to 9 Gb/day
SINP/ MSU, GAISh/MSU
Слайд 31UFFO
Ultra Fast Flash Observatory UFFO Burst
Alert & Trigger Telescope
Goals:
-GRB observations in UV, Gamma & X-ray, trigger formation.
EWHA Womans Univ. (Korea), Danmark; UCB,USA; Norway; Spain; SINP /MSU
Parameters:
Dimensions: 600х600х200 mm;
Power cons: 20 W;
Mass: 20±3 кг;
Telemetry: 100 Mb/day
Слайд 32DEPRON
Goals:
- Charged particles fluxes measurements;
- Radiation monitoring .
SINP/MSU
Parameters:
Dimensions: 220х150х70 mm;
Mass:
4±5 kg;
Power cons: 5 W;
Telemetry: 10 Mb/day
Слайд 33ELFIN-L
Goals:
- Magnetic field measurements;
- Charged particles fluxes
measurements
UCLA, USA; SINP/MSU, Russia
Parameters:
Dimensions:200х100х720 mm.
Mass: 3±1 kg;
Telemetry: 10 Mb/day;
Power cons: 5 W
Слайд 34BI
Information Unit
BI tusks:
- control of scientific payload power;
- control of scientific
payload instruments operation;
- On-line data processing;
- Formation of telemetric frame of scientific data;
- GRB trigger generation and alert of event
Collaboration : MSU
parameters:
power: 30±3 W; mass: 10±2 kg;
informativity: 40 Мb/day
Слайд 35НУКЛОН
Цель – прямая регистрация космических лучей
в энергетическом диапазоне 1012
– 1015 эВ
с поэлементным разрешением заряда
в области Z =1 – 30;
Масса научной аппаратуры – 165 кг;
Общая масса полезной нагрузки – 265 кг;
Энергопотребление – 120 Вт;
Планируемый запуск 2011-2012 гг;
Планируемая продолжительность миссии – 5 лет
Слайд 36Состав аппаратуры
«Слоистая структура» с габаритными размерами 500х500х270 мм:
-
4 слоя падовых детекторов
(измерение заряда первичной частицы);
- 6 слоёв микростриповых детекторов
( определение энергии, локализации места и траектории частицы);
- 6 слоёв позиционно-чувствительных сцинциляционных детекторов
(выработка триггерного сигнала)
Слайд 37
Nucleon experiment intended on study of very-high energy cosmic ray composition
at the «knee» region
( < 1 PeV). Instrument is planned to be installed as the by-pass payload on the serial spacecraft.
Слайд 38РЭЛЕК
Основные задачи:
- Регистрация релятивистских электронов и их воздействие на атмосферу
Земли;
Реакция атмосферы на это воздействие;
Литосферно-ионосферные связи;
Атмосферно-ионосферные связи;
Регистрация нейтральных излучений Солнца ( в частности нейтронов);
Собственная внешняя атмосфера КА.
Слайд 39Что измеряет аппаратура РЭЛЕК
Протоны: от 3 МэВ до 50
МэВ;
Электроны: от 0,2 МэВ до 10 МэВ;
Нейтроны: от 0,01 эВ до 1 МэВ;
Рентген: от 10 кэВ до 100 кэВ;
Альфа-частицы: от 70 МэВ;
Накопленную дозу от 0 до 65000 Рад;
Н/ч и в/ч компоненты электромагнитных волн;
Квазипостоянные магнитное и электрическое поля;
Ультрафиолетовое свечение атмосферы
Слайд 40Принципиальные требования к аппаратуре
Одновременные наблюдения с высоким временным разрешением вариаций потоков
энергичных электронов и протонов и интенсивности низкочастотного электромаг-нитного излучения.
Измерение тонкой временной структуры транзиентных явлений в оптике, УФ, рентгеновском и гамма диапазонах.
Мониторирование заряженного и нейтраль-ного компонентов аппаратурного фона в различных областях околоземного пространства.
Слайд 41Характеристики приборов
детекторы электронов: широкий энергетический диапазон (~0.1-10.0 MэВ), временное разрешение ~1
мс, возможность измерения питч-угловог распределения, широкий динамический диапазон (от ~0.1 до 105 част./cм2с).
Низкочастотный анализатор: измерение по крайней мере двух компонентов электрического или магнитного поля, частотный диапазон ~0.1-10 кГц.
Рентгеновские и гамма детекторы: временное разрешение ~1 мкс, чувствительность к регистрации всплеска ~10-8 эрг/cм2.
Дополнительно: возможность регистрации протонов с энергями > 1 MэВ, широкопольные наблюдения атмосферы в оптике, УФ, рентгеновских и гамма-лучах с возможностью получения оптических изображений.
Слайд 42Аппаратура
ДРГЭ-1 и ДРГЭ-2 - два идентичных блока детекторов рентгеновского, гамма излучения
и высокоэнергичных электронов с высоким временным разрешением и чувствительностью.
ДРГЭ-3 - блок трех детекторов энергичных электронов, протонов и гамма-квантов, ориентированных по 3 осям.
Teлескоп-T - прибор для получения оптических изображений.
ДУФ - детектор УФ излучения
БЧК - блок регистрации заряженных и нейтральных частиц и квантов
НЧА - низко-частотный анализатор
РЧА - радиочастотный анализатор
DOSTEL - блок дозиметрических измерений
БЭ - блок управления и сбора данных
Слайд 43Блок ДРГ-1 (ДРГ-2)
Два идентичных фосвич детектора NaI(Tl)/CsI(Tl)/пластмассовый сцинтиллятор, оба ориентированы
в надир
Физические характеристики:
X- и гамма кванты электроны
энергетический диапзон 0.01-2.0 MэВ, 0.2-10.0 MэВ
эффективная площадь ~200 cм2 ~200 cм2ср (геом. фактор)
(полная ~800 cm2)
временне разрешение 0.1 мкс 1.0 мс
чувствительность ~5·10-9 эрг/см2 ~10-1 част./cм2с
Слайд 44Блок ДРГ-3
Три идентичных фосвич детектора NaI(Tl)/CsI(Tl)/пластмассовый сцинтиллятор, риентированные по трем
взаимно перпендикулярным осям
Физические параметры:
электроны протоны
энергетический диапазон 0.1-10.0 MэВ, 1.0-100.0 MэВ
геом. фактор ~2 cм2ср ~2 cм2ср
временное разрешение 1.0 мс 1.0 мс
чувствительность ~10 част./cм2с ~10 част./cм2с
Слайд 45Tелескоп -T
Оптический имейджер на основе мультизеркал
физические параметры:
Спектральный диапазон: 300-400 нм
угловое разрешение:
0.4o.
Угол зрения: ±7.5o.
Количество ячеек: 4000.
Количество каналов ФЭУ: 64.
Временное разрешение: 100 мкс.
Амплитудный диапазон: 105.
Слайд 48magnetic and electric field component meters
Слайд 51THE “INTERHELIOSOND” PROJECT
(THE “INTERSONG” AND THE “SKI-4” DEVICES)
Studing neutral
component of solar flare radiations (neutrons, x-ray and gammas) near to the Sun on a distances up to 25 solar radii
Studing fluxes of an electrons, protons and alpha - particles
The “INTERSONG” device allows to detect:
neutrons ( 0.01 - 5 MeV, 20 - 100 MeV )
x-ray radiation ( 0.03 - 0.1 MeV )
gamma - quantums ( 0.1 - 20 MeV )
The “SKI-4” device allows to detect:
protons ( 1.6 - 24 MeV, 80 - 200 MeV )
electrons ( 0,04 - 2,5 MeV )
alpha - particles ( 2.5 - 13 MeV / nucl )
Terms of realization of the project – 2014 - 2015 years
Слайд 52Ближний космос – неисчерпаемая естественная лаборатория
различных физических процессов
Электродинамика
Физика плазмы
Статистическая физика
Волновые
процессы и оптика
Механика
Атомная и ядерная физика
Слайд 53
Университетский микроспутник –летающая учебная лаборатория
в которой студент любого вуза может выполнить
задачу естественнонаучного практикума или при надлежащей подготовке курсовую и дипломную работу.
На сегодняшний день защищено около 30 дипломных работ в Московском, Ульяновском, Костромском и Волгоградском университетах по результатам полёта «Университетского-Татьяны»
Слайд 54
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ИМЕНИ М.В.ЛОМОНОСОВА
НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ЯДЕРНОЙ ФИЗИКИ
ИМЕНИ Д.В.СКОБЕЛЬЦЫНА
КОСМИЧЕСКИЙ ПРАКТИКУМ
Первое издание
Москва
2005
2-е издание
«Космического практикума»
рекомендовано в качестве
учебного пособия для студентов ВУЗов,
обучающихся по специальности
«Физика»
и передано в большинство
классических университетов России
Слайд 56
Общая часть
Магнитосфера и радиационные пояса Земли
Научная аппаратура ИСЗ «Университетский-Татьяна»
Космофизические
данные в Интернете
Слайд 57Наблюдение радиационных поясов Земли
Динамика потоков частиц во время магнитных бурь
Солнечные космические лучи
Солнечный ветер в гелиосфере
Внутренний радиационный пояс и потоки захваченных частиц в области Южно-Атлантической аномалии
Полярные сияния и свечение ночной атмосферы Земли
Вариации плотности атмосферы на орбите ИСЗ и разбухание атмосферы во время периодов солнечной активности
Задачи практикума
Слайд 61
Прикладной космический практикум
Носители, запуски, орбиты
Проекции орбит ИСЗ
на карту Земли
Радиационные условия на различных орбитах
Движение ИСЗ в верхней атмосфере
Использование служебной телеметрии в образовательных целях
Слайд 62
Ежегодные школы-семинары
«Космос и образование»
для
студентов и преподавателей России и СНГ
Ульяновск
- 2004, 2005, 2006, 2007
Слайд 63 5-я школа
«Космос и образование»
Ульяновск,
20-25 октября 2008г.
Тема:
Участие
студентов и преподавателей
в перспективных космических проектах
Слайд 64UNIVERSAT-2009
“University Satellites
in Space Education”
International Conference
May 25-31, 2009
Moscow State University,
Moscow, Russia
cosmos.msu.ru/universat2009
Слайд 65
Надеемся на дальнейшее
сотрудничество !