Пыль-УФ

Пыль-УФ
Шифр эксперимента: Пыль-УФ
Направление НПИ: 1. Физико-химические процессы и материалы в условиях космоса
Секция КНТС: Космическое материаловедение
Наименование эксперимента: Изучение фотоионизационной пылевой плазмы в условиях микрогравитации
Цель эксперимента:

Получение и изучение плазменно-пылевых образований, индуцированных УФ-излучением Солнца в космическом пространстве; радиочастотное и оптическое зондирование плазменно-пылевых образований; участие студентов и аспирантов в подготовке и проведении КЭ по изучению пылевой плазмы, индуцированной УФ-излучением Солнца в условиях микрогравитации.

Описание эксперимента:

Для проведения сеансов экспериментов будет использоваться целевая аппаратура, в которую будут входить блоки и агрегаты, разработанные для проведения экспериментов в открытом пространстве. С помощью аппаратуры в открытом космическом пространстве на удалении 10-500 м от корабля «Прогресс» будет формироваться плазменно-пылевое облако, исследование которого будет проводиться как оптическими методами (видеосъемка, измерение оптической плотности с помощью лидара) так и при помощи радиочастотного излучения (измерение коэффициента ослабления радиосигнала).

Для транспортировки на «Прогресс» и вброса дисперсных частиц в забортное пространство будет использоваться транспортно-пусковой контейнер, представляющий собой камеру, которая будет открываться таким образом, чтобы частицы оказывались в зоне воздействия солнечного УФ-излучения.

Диагностика пылевого облака будет проводится следующими методами:

1.   Радиочастотня диагностика: несколько блоков, сканирующих по частоте в пределах одной октавы (разные блоки – сканирование вблизи разных частот)

2.           Оптическая диагностика: зондирование лазерным лучом с помощью лидарной системы, измерение ослабления луча, видеосъемка на камеру (возможно лазерный нож).

Видеоинформация о динамическом поведении частиц будет сохраняться на устройство записи.

 

Новизна эксперимента:

Первый пробный плазменно-пылевой эксперимент на борту орбитальной станции «Мир» был проведен сотрудниками ОИВТ РАН в 1998 году. В настоящее время несомненным мировым лидером в проведении плазменно-пылевых экспериментов в условиях микрогравитации является объединенная российско-германская группа из ОИВТ РАН и Института внеземной физики (ИВФ) общества им. Макса Планка (г. Гархинг, Германия). В период с 2001 по 2005 гг. на борту Международной космической станции (МКС) успешно проводился плазменно-пылевой эксперимент “Плазменный кристалл-Нефедов” (ПК-Нефедов или ПК-3) в радиочастотном емкостном РЧ(е) разряде. В настоящее время на МКС начались эксперименты на аналогичной, но значительно усовершенствованной установке ПК-3-Плюс. Новый планируемый плазменно-пылевой эксперимент является логическим продолжением предыдущих проектов по исследованию УФ-зарядки плазменно-пылевых структур в условиях микрогравитации, однако в тоже время это принципиально новый эксперимент. Главными его отличительными особенностями являются формирование и диагностика протяженных крупномасштабных облаков пылевых частиц в открытом космосе с целью моделирования динамики пыли в открытом космосе и вблизи поверхности планет и их спутников.

Научная аппаратура:

Для проведения первого этапа КЭ используется целевая аппаратура КЭ «Пыль-УФ1», для проведения второго этапа КЭ используется целевая аппаратура КЭ «Пыль-УФ2», также для выполнения КЭ используются и средства обеспечения КЭ.

Целевая аппаратура КЭ «Пыль-УФ1» и «Пыль-УФ2» используется при проведении экспериментов в открытом пространстве.

Целевая аппаратура КЭ «Пыль-УФ1» включает:

-              Транспортно-пусковые контейнеры (ТПК), заполненные дисперсными пылевыми частицами. Предназначены для транспортировки на КА и выброса дисперсных частиц в забортное пространство КА.

-              Две скоростные видеокамеры с записывающими устройствами. Предназначены для съемки и записи видеоинформации о динамике расширения плазменно-пылевого образования, индуцированного УФ-излучением Солнца. Скорость съемки видеокамер – не менее 30 кадров в секунду, размер матриц видеокамер не менее 0,3 мегапикселя.

-              Комплект карт флэш-памяти (КФП). Предназначены для хранения записанной видеоинформации.

-              Блок приема-передачи (БПП). Предназначен для генерации зондирующего радиоизлучения в спектральном диапазоне от 1 ГГц до 5 ГГц, его ориентирования на плазменно-пылевое образование, а также для регистрации радиоизлучения, рассеянного плазменно-пылевым образованием.

-              Лидарная система с дальностью действия до 500 м. Предназначена для генерации зондирующего оптического излучения, его ориентирования на плазменно-пылевое образование, а также для регистрации оптического излучения рассеянного плазменно-пылевым образованием.

-              Блок позиционирования (БПоз). Предназначен для относительного позиционирования создаваемого плазменно-пылевого образования, приемо-передающих устройств блока приема-передачи, блока системы визуализации и скоростных видеокамер, обеспечивающего одновременную видеосъемку плазменно-пылевого образования и его зондирование электромагнитным излучением в радиочастотном и оптическом диапазонах.

-              Блок управления и регистрации (БУР). Предназначен для управления с борта РС МКС работой составных частей аппаратуры «Пыль-УФ», находящихся на ТГК при выполнении сеансов эксперимента, а также для регистрации научной информации и данных по эксперименту. 

-              Комплект кабелей (КК). Предназначен для соединения между собой составных частей блоков аппаратуры. 

        Блоки НА «Пыль-УФ» – БПП, ТПК, видеокамеры, лидар, БПоз, а также штанга конструктивно объединены в сборку, показанную в приложении Г. Сборка монтируется в ГрО ТГК. По результатам проработки может потребоваться раздельное хранение блоков НА «Пыль-УФ» в ГрО ТГК. 

        Состав целевой аппаратуры КЭ «Пыль-УФ2» будет уточнен по результатам первого этапа КЭ. Предварительный состав аппаратуры КЭ «Пыль-УФ2»  включает:

-              Транспортно-пусковые контейнеры (ТПК), заполненные дисперсными пылевыми частицами. Предназначены для транспортировки на КА, выброса дисперсных частиц в забортное пространство КА и формирования пылевого облака заданной конфигурации.

-              Блок системы визуализации (БСВ). Предназначен для лазерной подсветки элементов фотоионизационных плазменно-пылевых образований, фиксируемых скоростными видеокамерами.

-              Две скоростные видеокамеры с записывающими устройствами. Предназначены для съемки и записи видеоинформации о временной эволюции динамики отдельных пылевых частиц и упорядоченных структур фотоионизационных плазменно-пылевых образований. Скорость съемки видеокамер – не менее 150 кадров в секунду, размер матриц видеокамер не менее 1 мегапикселя.

-              Комплект карт флэш-памяти (КФП) (2 штуки). Предназначены для хранения записанной видеоинформации.

-              Блок приема-передачи (БПП). Предназначен для генерации зондирующего радиоизлучения в спектральном диапазоне от 1 ГГц до 5 ГГц, его ориентирования на плазменно-пылевое образование, регистрации радиоизлучения, рассеянного плазменно-пылевым образованием, а также для приема сигнала, прошедшего через плазменно-пылевое образование.

-              Лидарная система с дальностью действия до 500 м. Предназначена для генерации зондирующего оптического излучения, его ориентирования на плазменно-пылевое образование, а также для регистрации оптического излучения рассеянного плазменно-пылевым образованием.

-              Блок позиционирования (БПоз). Предназначен для относительного позиционирования создаваемого плазменно-пылевого образования, приемо-передающих устройств блока приема-передачи, блока системы визуализации и скоростных видеокамер, обеспечивающего одновременную видеосъемку плазменно-пылевого образования и его зондирование электромагнитным излучением в радиочастотном и оптическом диапазонах.

-              Блок управления и регистрации (БУР). Предназначен для управления с борта РС МКС работой составных частей аппаратуры «Пыль-УФ», находящихся на ТГК при выполнении сеансов эксперимента, а также для регистрации научной информации и данных по эксперименту.

-              Комплект кабелей (КК). Предназначен для
соединения между собой составных частей и блоков аппаратуры.


Ожидаемые результаты:

Области применения результатов КЭ "Пыль-УФ"

1.Прикладная наука:

Изучение характеристик космической пыли (структурных, динамических, пропускательной способности для электромагнитных волн оптического и радиочастотного спектра) с целью разработки методов контроля над пылью и пылевыми облаками вблизи поверхности летательных аппаратов и космических тел, лишенных атмосферы (проблема лунной пыли);

2.      Фундаментальная наука:

-            физика сильнонеидеальной однокомпонентной пылевой плазмы, физика плазменно-пылевых кулоновских кристаллов и жидкостей, фазовые переходы, кооперативные явления, регулярная и стохастическая динамика;

-            физическое моделирование поведения космической пыли, облучаемой ультрафиолетовым излучением и высокоэнергетичными частицами.

Сроки проведения: 2020-2022 гг.
Состояние эксперимента: Готовится
Организация постановщик: Объединённый институт высоких температур РАН (ОИВТ РАН)
Научный руководитель: Фортов В.Е., ОИВТ РАН, академик РАН
Последнее обновление: 20.06.2019
Страна: Россия