КЭ «Плазма-МКС»«Исследование плазменной обстановки на внешней поверхности МКС по

характеристикам оптического излучения»

Постановщик КЭ - ФГУП ЦНИИМАШ Сроки проведения 2005г. – 2009г.ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ

Электрический потенциал поверхностей МКС постоянно изменяется в зависимости от функционирования бортовых систем, вызывая различные электроразрядные процессы (ЭРП) в плазменном окружении МКС.

НАУЧНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

•Для определения участков орбиты, на которых ЭРП усиливаются, разработана методика прогнозирования SPEED (Spacecraft Plasma Environment Electric Discharges).

•Проанализировано влияние на интенсивность электроразрядных процессов следующих факторов ОКП: солнечное излучение, набегающий ионосферный поток и магнитное поле Земли.

•Установлено, что магнитное поле Земли В играет доминирующую роль в определении интенсивности электроразрядных процессов в плазменном окружении станции.

Индикатором состояния плазменного окружения является струя ксеноновой плазмы, создаваемая штатным блоком плазменных контакторов – блок PCU.Для видеорегистрации объектов исследования и измерения их спектров излучения используется спектрозональная система “Фиалка-МВ-Космос” разработки ЦНИИМАШ.

ЭРП создают повреждающие и помеховые воздействия на элементы и системы КА и влияют на безопасность эксплуатации МКС. Усиление ЭРП зависит от ряда факторов ОКП и сопровождается усилением интенсивности оптического свечения.

На основе созданных моделей и полученных результатов разрабатываются и уже применяются меры для снижения рисков эксплуатации станции.

•Ток, протекающий через плазменную струю, резко возрастает на тех участках орбиты, где струя под действием магнитного поля замыкается на солнечные батареи.

КЭ «Плазма-Прогресс»«Исследование отражательных характеристик плазменного окружения

космического аппарата при работе бортовых двигателей наземными средствами наблюдения в радио и оптическом диапазонах»

Постановщик КЭ - ФГУП ЦНИИМАШ Участники КЭ – ИСЗФ СО РАН Сроки проведения 2007г. – 2010г.

ИССЛЕДУЕМАЯ ПРОБЛЕМЫ

Реактивные струи ЖРД ионизуются под действием солнечного излучения и атомарного кислорода. В результате вокруг МКС возникает крупномасштабное и сравнительно плотное плазменное окружение.

Это плазменное окружение изменяет радиофизические характеристики среды вокруг МКС.Его размеры сопоставимы с размерами МКС. Концентрация плазмы вблизи различных элементов конструкции МКС отличается на порядок .

РЕШАЕМЫЕ ЗАДАЧИ

•Определение по отражательным характеристикам в натурных условиях орбиты МКС параметров плазменных образований, возникающих при работе ЖРД, тождественных двигателям МКС.•Исследование влияния на плазменные образования набегающего ионосферного потока, магнитного поля Земли и излучения Солнца.

МЕТОДИКА И АППАРАТУРА

В КЭ «Плазма-Прогресс» используется экспериментальный комплекс Института солнечно-земной физики Сибирского отделения Российской академии наук (ИСЗФ СО РАН), предназначенный для оптико-электронного и радиофизического мониторинга ионосферы и низкоорбитальных космических объектов.

Эксперимент проводится на ТГК «Прогресс» на этапе автономного полета после отделения от МКС.

Во время сеанса КЭ производится генерация струи ЖРД в зоне видимости наземных средств наблюдения

КЭ «Радар-Прогресс»«Исследование наземными средствами наблюдения отражательных

характеристик плазменных неоднородностей, генерируемых в ионосфере при работе бортовых двигателей ТГК «Прогресс» »

3 0 к м

6 0 к м

9 0 к м

С

Ю

ВЗ

" П р о гр есс"

Постановщик КЭ - ФГУП ЦНИИМАШ Соисполнитель КЭ – ИСЗФ СО РАН Сроки проведения 2010г. – 2014г.

ЦЕЛЬ ЭКСПЕРИМЕНТА

Определение пространственно-временных зависимостей плотности, температуры, ионного состава локальных неоднородностей ионосферы, возникающих в результате работы бортовых ЖРД

МЕТОДИКА И АППАРАТУРА

Эксперимент проводится на ТГК «Прогресс» на этапе автономного полета после отделения от МКС. Во время сеанса КЭ производится генерация струи ЖРД в зоне видимости наземных средств наблюдения. В качестве средств наблюдения используется комплекс наземных средств Института солнечно-земной физики (ИСФЗ) Сибирского отделения Российской академии наук (г.Иркутск). Наземные средства наблюдения ИСФЗ регистрируют параметры ионосферных неоднородностей, генерируемых работой бортовых двигателей коррекции, отражательные характеристики ТГК и ионосферных неоднородностей, УКВ сигнал и его искажения.

ИССЛЕДУЕМАЯ ПРОБЛЕМА

Зона плазменных возмущений, генерируемых при работе бортовых двигателей, распространяется на несколько десятков километров и существует более десяти минут. Дрейф возникающих неоднородностей определяется такими факторами, как направление скорости струи, индукцией геомагнитного поля, направлением термосферных ветров и некоторыми другими, пока слабоизученными. При этом в зоне неоднородности меняется не только плотность и температура плазмы, но и её ионный состав.

200 250 300 350 400 450 500

Высота, км

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

Ne

105

20:36

20:42

20:46

20:49

20:53

20.09.2007

200 250 300 350 400 450 500

Высота, км

0

0 .1

0 .2

0 .3

0 .4

0 .5

0 .6

0 .7

0 .8

0 .9

1

Ne

105

21:40

21:44

21:50

21:59

22:03

19.09.2007

20.0 20.5 21.0 21.5U T

200

300

400

500

600

Вы

сота

, км

0.1

0 .2

0 .3

0 .4

0 .5

0 .6

0 .7

0 .8

0 .9

1 .0

1 .1

1 .2

1 .3

Ne 10 /см5 3

20.09.2007

20.0 20.5 21.0 21.5 22.0U T

200

300

400

500

600

Вы

сота

, км

0.10.20.30 .40 .50 .60 .70 .80 .91 .01 .11 .21 .31 .4

N e 10 /см5 3

21.09.2007

Момент включения ЖРД Появление ионосферной «дыры»Изменение ПЭС после включения

ЖРД

Генерация локальных ионосферных неоднородностей при работе ЖРД ТГК «Прогресс»

Изменение ионосферы после включения ЖРД ТГК «Прогресс»

№ Наименование прибора (устройства)

Индекс

Разработчик

1 Комбинированный волновой датчик

КВД(2) (CWD)

Украина, Львовский центр ИКИ НАНУ/НКАУ

2 Феррозондовый магнитометр с аналоговым

выходом

ДФМ1 (DFM1)

Россия, ИКИ РАН

3 Феррозондовый магнитометр с цифровым

выходом

ДФМ2 (DFM2)

Украина, Львовский центр ИКИ НАНУ/НКАУ

4 Зонд Ленгмюра ЗЛ(2) (LP)

Болгария, ЛСЗВ, БАН

5 Датчик потенциала ДП(2) (DP)

Болгария, ИКИ БАН

6 Корреляционый спектрограф электронов

КОРЕС (CORES)

Англия, Сассекский университет

8 Радиочастотный анализатор

РЧА (RFA)

Польша, ЦКИ ПАН; Швеция, ИКФ;

9 Анализатор низко- частотных излучений

ШАШ3 (SAS3)

Венгрия, Етвосский университет

10 Устройство сбора данных и управления режимами

работы

ДАКУ(2) (DACU)

Венгрия, КФКИ-РМКИ

11 Блок хранения телеме-трической информации

БХТИ (BSTM)

Венгрия, КФКИ-РМКИ;

12 Автоматическая cистема обеспечения

терморежима

АСОТР(2) (ASOTR)

Россия, ИКИ РАН

12 Штанги для выноса датчиков

ШВД(2) Россия, РКК «Энергия»

Космический эксперимент «Обстановка 1-й этап»«Исследования в приповерхностной зоне плазменно-волновых процессов взаимодействия «Исследования в приповерхностной зоне плазменно-волновых процессов взаимодействия

сверхбольших космических аппаратов с ионосферой".сверхбольших космических аппаратов с ионосферой".

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, включая протоны от солнечных вспышек, и широким спектром плазменных волновых движений и неоднородностей. 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 некоторые параметры "космической погоды". Одновременная реализация эксперимента "Обстановка 1-й этап" на борту служебного модуля российского сегмента МКС и проекта "ЧИБИС" по мониторингу окружающей космической среды электромагнитно - чистыми микро-спутниками, интегрированными в инфраструктуру МКС, может существенно повысить эффективность исследований “космической погоды”.

Посещение Центра подготовки космонавтов международной группой

участников эксперимента.

Цели эксперимента:Геофизические исследования плазменно-волновых процессов, связанных с проявлением в ионосфере солнечно – магнитосферно – ионосферно – атмосферно - земных связей;Экологический мониторинг низкочастотных электромагнитных излучений антропогенного характера и связанных с глобальными катастрофами.

Плазменно-Волновой Комплекс (ПВК) разрабатывается и изготавливается в ИКИ РАН с участием международной

кооперации.

Блоки КВД1 и КВД2 с соответствующими штангами размещаются на внешней поверхности Служебного модуля РС МКС, блок БХТИ внутри

Служебного модуля РС МКС.

Космический эксперимент «Импульс»«Модификация ионосферы импульсными источниками плазмы»«Модификация ионосферы импульсными источниками плазмы»

Цели эксперимента:

Исследование возмущений и модификаций ионосферы при инжекции с борта СМ РС МКС импульсных плазменных потоков.

Постановщик КЭ: ИЗМИРАН Участники КЭ: НИИПМЭ, НПОИТ, ИКИ РАН, РКК «Энергия»

Задачи эксперимента:•изучение влияния импульсных плазменных потоков на электрофизические параметры среды вблизи поверхности РС МКС и на ионосферу;•изучение вариаций постоянной и переменной составляющих электрического поля вблизи поверхности РС МКС в зонах с аномальными параметрами ионосферы и магнитного поля Земли, •изучение геофизических эффектов воздействия искусственных потоков плазмы на ионосферу и магнитосферу: высыпаний энергичных электронов и протонов из радиационных поясов Земли, нагрев ионосферы, формирование ионосферных неоднородностей с помощью измерения сигналов навигационных систем и диагностических измерений на РС МКС.•исследование влияний возмущений ионосферы на радионавигационные сигналы системы «Альфа» •измерения генерируемых и индуцированных излучений с использованием наземных средств в УНЧ/КНЧ/ОНЧ – диапазонах

Научная аппаратура

«ИПИ-СМ» предназначен для формирования и инжекции в космическое пространство импульсных потоков плазмы .

ККЭП предназначен для исследования электрофизических параметров вблизи поверхности СМ РС МКС Приемно-регистрирующий низкочастотный комплекс ИЗМИРАН в КНЧ/ОНЧ - диапазонах и навигационные станции системы «Альфа».

ККЭП

ПлатформаСПУАСЭО

Электроды

ИПИ-100

Размещение ИПИ-СМ на РС МКС